AT526349A4 - Pyrotechnic actuator - Google Patents
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Abstract
Der pyrotechnische Aktuator weist ein Gehäuse (1), einen darin verschiebbaren Kolben (2) mit einer Kolbentulpe (3) und einer massiven Kolbenstange sowie ein Treibladungsgehäuse (4), in dem sich eine Treibladung (5) befindet, auf. Der Kolben (2) ist gegen das Treibladungsgehäuse (4) vorgespannt und zwischen Gehäuse (1) und Kolbentulpe (3) befindet sich ein Spalt. Erfindungsgemäß besteht während der Zündung der Treibladung (5) zusätzlich zum Spalt zwischen Gehäuse (1) und Kolbentulpe (3) eine gasleitende Verbindung (10) zwischen dem Inneren des Treibladungsgehäuses (4) und der Innenwand des Gehäuses (1). Die gasleitende Verbindung (10) kann durch zumindest eine Nut (8) oder eine Bohrung (7) in der Kolbentulpe (3) gebildet sein. Sie kann aber auch durch Rippen oder Wellen (9) am Treibladungsgehäuse (4) realisiert sein. Auch ein Abstandshalter zwischen Kolbentulpe (3) und Treibladungsgehäuse (4) ist möglich. Der Querschnitt der gasleitenden Verbindung (10) beträgt vorzugsweise zumindest 2 mm², besonders bevorzugt zumindest 5 mm².The pyrotechnic actuator has a housing (1), a piston (2) displaceable therein with a piston tulip (3) and a solid piston rod, and a propellant charge housing (4) in which a propellant charge (5) is located. The piston (2) is biased against the propellant charge housing (4) and there is a gap between the housing (1) and the piston tulip (3). According to the invention, during the ignition of the propellant charge (5), in addition to the gap between the housing (1) and the piston tulip (3), there is a gas-conducting connection (10) between the interior of the propellant charge housing (4) and the inner wall of the housing (1). The gas-conducting connection (10) can be formed by at least one groove (8) or a bore (7) in the piston tulip (3). However, it can also be implemented by ribs or waves (9) on the propellant charge housing (4). A spacer between the piston tulip (3) and the propellant charge housing (4) is also possible. The cross section of the gas-conducting connection (10) is preferably at least 2 mm², particularly preferably at least 5 mm².
Description
ist und sich zwischen Gehäuse und Kolbentulpe ein Spalt befindet. and there is a gap between the housing and the piston tulip.
Systeme zur Minderung der Verletzungsschwere von Fußgängern bei Unfällen mit Kraftfahrzeugen finden immer stärkere Verbreitung. Neben dem Notbremsassistenten, der im idealen Fall den Zusammenstoß des Fahrzeuges mit dem Fußgänger gänzlich verhindert, zumindest aber die Anprallgeschwindigkeit verringert, kommen auch Systeme zur Abmilderung der Unfallfolgen in nicht abwendbaren Situationen zum Einsatz. Diese stellen einen zusätzlichen Deformationsraum zwischen der Motorhaube und den harten Komponenten im Motorraum bereit, indem die Motorhaube im Scharnierbereich, bei manchen Premium-Fahrzeugen zusätzlich auch im Schlossbereich, angestellt wird. Zumeist wird diese Anstellung mit pyrotechnischen Aktuatoren bewerkstelligt, die bei geringem Bauraum Systems to reduce the severity of injuries to pedestrians in accidents involving motor vehicles are becoming increasingly widespread. In addition to the emergency braking assistant, which ideally completely prevents the vehicle from colliding with a pedestrian or at least reduces the impact speed, systems are also used to mitigate the consequences of an accident in unavoidable situations. These provide additional deformation space between the hood and the hard components in the engine compartment by adjusting the hood in the hinge area, and in some premium vehicles also in the lock area. This adjustment is usually accomplished with pyrotechnic actuators, which require little installation space
die entsprechenden Kräfte gut aufbringen können. can muster the appropriate forces well.
Ein derartiger Aktuator ist beispielsweise in DE 102017112054 Al von Hirtenberger (heute: Astotec) beschrieben. Es existiert eine große Anzahl an Herstellern und Varianten, beispielsweise wird auf die Such an actuator is described, for example, in DE 102017112054 Al from Hirtenberger (today: Astotec). There are a large number of manufacturers and variants, for example the
EP 2699455 Bl von Autoliv oder die US 10875491 B2 von Key Safety Systems (heute: Joyson Safety Systems) verwiesen. All diesen Systemen gemeinsam ist der Aufbau, bestehend aus einem Gehäuse, in dem eine EP 2699455 Bl from Autoliv or US 10875491 B2 from Key Safety Systems (today: Joyson Safety Systems). What all these systems have in common is the structure, consisting of a housing in which a
Kolbentulpe mittels eines Gasgenerators druckbeaufschlagt wird. Piston tulip is pressurized by means of a gas generator.
Je nach der gewünschten Kraft, die beim Zünden der Treibladung aufgebracht werden soll, gibt es zwei Ausführungsarten: entweder liegt die Kolbentulpe dicht, z.B. mit einem O-Ring, am Gehäuse an Depending on the desired force that is to be applied when igniting the propellant charge, there are two versions: either the piston tulip lies tightly against the housing, e.g. with an O-ring
(US 10875491 B2), dann ist die gesamte Querschnittsfläche der Kolbentulpe wirksam, oder aber die Kolbentulpe liegt nicht dicht am Gehäuse an (DE 102017112054 Al oder EP 2699455 B1), hat z.B. einen kleinen Spalt zum Gehäuse, dann ist nur die Querschnittsfläche der Kolbenstange wirksam, die Kraft also entsprechend geringer, weil der (US 10875491 B2), then the entire cross-sectional area of the piston tulip is effective, or the piston tulip is not close to the housing (DE 102017112054 Al or EP 2699455 B1), for example, has a small gap to the housing, then only the cross-sectional area of the piston rod effective, the force is correspondingly lower because the
Bereich zwischen Kolbenstange und Gehäuse auch druckbeaufschlagt ist. The area between the piston rod and the housing is also pressurized.
geringer Spalt zwischen Kolbentulpe und Gehäuse vorhanden ist. There is a small gap between the piston tulip and the housing.
Dies verhindert man, indem man bei der Öffnung, durch welche die Kolbenstange aus dem Gehäuse ragt, eine elastische Kappe vorsieht, die This can be prevented by providing an elastic cap at the opening through which the piston rod protrudes from the housing
den Kolben gegen das Treibladungsgehäuse drückt. presses the piston against the propellant charge housing.
Diese Systeme funktionieren, weisen aber eine Schwankungsbreite der abgegebenen Leistung insbesondere über das Temperaturband auf, die immer noch ein Problem darstellt. Wie im Rahmen der vorliegenden Erfindung erkannt wurde, liegt das daran, dass die Abbrandgeschwindigkeit sowohl von der Temperatur als auch vom vorherrschenden Druck abhängig ist. Besonders einflussreich ist die Abhängigkeit vom vorherrschenden Druck. Dies liegt am so genannten Druckexponenten: Wenn erhöhter Druck vorherrscht, kommt es zu einer These systems work, but have a variation in output power, particularly across the temperature band, which is still a problem. As was recognized in the context of the present invention, this is because the burning rate depends on both the temperature and the prevailing pressure. The dependence on the prevailing pressure is particularly influential. This is due to the so-called pressure exponent: If increased pressure prevails, a
überproportional erhöhten Abbrandgeschwindigkeit. disproportionately increased burning rate.
Bei den bekannten Systemen besteht nun das Problem, dass je nach den Fertigungstoleranzen das von der Treibladung freigesetzte Gas - bevor sich der Kolben bewegt - entweder nicht (oder kaum) zwischen Treibladungsgehäuse und Kolbentulpe entweichen kann, oder aber sehr wohl entweichen kann. Somit kann ein selbstverstärkender Effekt vorliegen: Kann das Gas nicht entweichen bzw. kommt es zu Anstauungen von Gas, sorgt das für Druckspitzen, und diese Druckspitzen erhöhen dann die Abbrandgeschwindigkeit, wodurch sehr plötzlich noch mehr Gas entsteht, was die Druckspitzen und somit die Kraft auf den Kolben erheblich erhöht. Andererseits kann es sein, dass auf Grund von Fertigungstoleranzen (z.B. könnte die Kolbentulpe oder das Treibladungsgehäuse leicht elliptisch sein) das Gas sehr wohl von Anfang an zwischen Kolbentulpe und Treibladungsgehäuse hindurch und dann an der Kolbentulpe vorbei bis in den Bereich zwischen Kolbenstange und Gehäuse strömen kann, sodass es nicht zu der eben beschriebenen Druckspitze und somit nicht zur Erhöhung der The problem with the known systems is that, depending on the manufacturing tolerances, the gas released by the propellant charge - before the piston moves - either cannot (or hardly) escape between the propellant charge housing and the piston tulip, or can very well escape. This means that there can be a self-reinforcing effect: If the gas cannot escape or if gas builds up, this creates pressure peaks, and these pressure peaks then increase the burning rate, which very suddenly creates even more gas, which increases the pressure peaks and thus the force the piston increases significantly. On the other hand, it may be that due to manufacturing tolerances (e.g. the piston tulip or the propellant charge housing could be slightly elliptical) the gas can flow right from the start between the piston tulip and the propellant charge housing and then past the piston tulip into the area between the piston rod and the housing , so that there is no pressure peak just described and therefore no increase in the pressure
Abbrandgeschwindigkeit kommt. Burning speed comes.
manchmal nicht, wodurch die abgegebene Leistung sehr stark variiert. sometimes not, which means that the power delivered varies greatly.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Schwankungsbreite der It is the object of the present invention to reduce this range of fluctuation
Leistung zu verringern. to reduce performance.
Diese Aufgabe wird durch einen pyrotechnischen Aktuator der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass während der Zündung der Treibladung eine gasleitende Verbindung zwischen dem Inneren des Treibladungsgehäuses und der Innenwand des Gehäuses besteht. Somit wird sichergestellt, dass das Gas immer in einer ähnlichen Weise entweichen kann und somit die Schwankungsbreite der Leistungsabgabe This object is achieved according to the invention by a pyrotechnic actuator of the type mentioned in that during the ignition of the propellant charge there is a gas-conducting connection between the interior of the propellant charge housing and the inner wall of the housing. This ensures that the gas can always escape in a similar manner and thus the fluctuation range of the power output
deutlich reduziert wird. is significantly reduced.
In besonders einfacher weise lässt sich die Erfindung ausführen, indem sich die gasleitende Verbindung zumindest teilweise in der Kolbentulpe befindet. Somit muss nur die Kolbentulpe adaptiert werden und es ist The invention can be carried out in a particularly simple manner in that the gas-conducting connection is at least partially located in the piston tulip. So only the piston tulip has to be adapted and it is
keine Anpassung des Treibladungsgehäuses notwendig. no adjustment of the propellant charge housing necessary.
Eine bevorzugte Adaption des Kolbens besteht darin, dass die gasleitende Verbindung durch zumindest eine Nut in der Kolbentulpe gebildet ist. Somit kann die Kolbentulpe in einfacher und kostengünstiger Weise produziert werden und die gasleitende Verbindung entsteht in der Nut der Kolbentulpe zwischen der Kolbentulpe und dem A preferred adaptation of the piston is that the gas-conducting connection is formed by at least one groove in the piston tulip. The piston tulip can therefore be produced in a simple and cost-effective manner and the gas-conducting connection is created in the groove of the piston tulip between the piston tulip and the
Treibladungsgehäuse. Propellant charge housing.
Es ist aber auch möglich, die Kolbentulpe so zu adaptieren, dass die gasleitende Verbindung durch zumindest eine Bohrung gebildet ist. Eine Bohrung stellt eine kostengünstige und einfach zu produzierende Lösung However, it is also possible to adapt the piston tulip in such a way that the gas-conducting connection is formed by at least one bore. Drilling provides a cost-effective and easy-to-produce solution
dar. represents.
zwischen dem Treibladungsgehäuse und dem Gehäuse hergestellt. between the propellant charge housing and the housing.
Alternativ oder zusätzlich zur Realisierung der gasleitenden Verbindung in der Kolbentulpe ist es auch möglich, dass die gasleitende Verbindung zumindest teilweise im Treibladungsgehäuse Alternatively or in addition to implementing the gas-conducting connection in the piston tulip, it is also possible for the gas-conducting connection to be at least partially in the propellant charge housing
realisiert ist. is realized.
ES kann sich auch ein Teil der gasleitenden Verbindung in der Kolbentulpe und ein anderer Teil im Treibladungsgehäuse befinden, um Part of the gas-conducting connection can also be located in the piston tulip and another part in the propellant charge housing
die gasleitende Verbindung zu ermöglichen. to enable the gas-conducting connection.
Eine Adaptierung des Treibladungsgehäuses kann so gestaltet sein, dass die gasleitende Verbindung durch Rippen oder Wellen am Treibladungsgehäuse realisiert ist. Durch diese Ausführung wird sowohl sichergestellt, dass die Kolbentulpe noch gut am Treibladungsgehäuse anliegt und somit keine Geräusche von sich gibt, als auch dass das An adaptation of the propellant charge housing can be designed in such a way that the gas-conducting connection is implemented by ribs or waves on the propellant charge housing. This design ensures that the piston tulip still fits well on the propellant charge housing and therefore does not make any noise, as well as that
Treibladungsgehäuse billig produziert werden kann. Propellant charge housing can be produced cheaply.
Natürlich sind aber auch alle anderen Formen der Oberseite, d.h. dem zünderfernen Ende des Treibladungsgehäuses, sowie der Unterseite der Of course, all other shapes of the top, i.e. the end of the propellant charge housing remote from the detonator, as well as the bottom of the
Kolbentulpe möglich, die eine gasfließende Verbindung ermöglichen. Piston tulip possible, which enable a gas-flowing connection.
Eine weitere Möglichkeit, die gasleitende Verbindung zwischen Kolbentulpe und Treibladungsgehäuse zu realisieren, besteht darin, dass die gasleitende Verbindung durch einen Abstandshalter zwischen Kolbentulpe und Treibladungsgehäuse gebildet ist. Dieser Abstandshalter kann beispielsweise ein Kunststoffteil sein, zum Beispiel eine Scheibe mit zentraler Bohrung, die radiale Nuten Another possibility for realizing the gas-conducting connection between the piston tulip and the propellant charge housing is that the gas-conducting connection is formed by a spacer between the piston tulip and the propellant charge housing. This spacer can, for example, be a plastic part, for example a disk with a central bore that has radial grooves
besitzt. owns.
Damit die gasleitende Verbindung ihre Aufgabe ausreichend erfüllen So that the gas-conducting connection fulfills its task adequately
kann, ist bevorzugt, dass der Querschnitt der gasleitenden Verbindung can, it is preferred that the cross section of the gas-conducting connection
abgegebenen Leistung ausreichend reduziert werden. output power can be sufficiently reduced.
An Hand der beiliegenden Zeichnungen wird die vorliegende Erfindung The present invention is illustrated using the accompanying drawings
näher erläutert. Es zeigt: explained in more detail. It shows:
Fig. 1 eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform eines Aktuators, bei der die gasleitende Verbindung durch eine Bohrung in der Kolbentulpe ausgebildet ist; 1 shows a first embodiment of an actuator according to the invention, in which the gas-conducting connection is formed by a bore in the piston tulip;
Fig. 2 ein Detail der Ausführungsform von Fig. 1; Fig. 2 shows a detail of the embodiment of Fig. 1;
Fig. 3 und Fig. 5 weitere Ausführungsformen mit Nuten in der Kolbentulpe, um die gasleitende Verbindung zu formen; 3 and 5 further embodiments with grooves in the piston tulip to form the gas-conducting connection;
Fig. 4 und Fig. 6 jeweils ein Detail der Ausführungsformen von Fig. 3 bzw. Fig. 5; 4 and 6 each show a detail of the embodiments of FIG. 3 and FIG. 5, respectively;
Fig. 7 eine weitere Ausführungsform mit Nuten im Treibladungsgehäuse; und Fig. 7 shows a further embodiment with grooves in the propellant charge housing; and
Fig. 8 ein Detail der Ausführungsform von Fig. 7. Fig. 8 shows a detail of the embodiment of Fig. 7.
Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Aufbau des pyrotechnischen Fig. 1 shows a structure according to the invention of the pyrotechnic
Aktuators, der ein Gehäuse 1, einen Kolben 2 mit Kolbentulpe 3 und ein Treibladungsgehäuse 4, in dem sich eine Treibladung 5 befindet, aufweist. Hierbei liegt die Kolbentulpe 3 an dem Treibladungsgehäuse 4 an, damit der Kolben 2 bei auftretenden Erschütterungen keine Geräusche von sich gibt. Diese Lage kann durch eine Kappe (nicht Actuator, which has a housing 1, a piston 2 with a piston tulip 3 and a propellant charge housing 4 in which a propellant charge 5 is located. Here, the piston tulip 3 lies against the propellant charge housing 4 so that the piston 2 does not make any noise when vibrations occur. This situation can be achieved by a cap (not
dargestellt) fixiert sein. shown) must be fixed.
Wenn die Treibladung 5 gezündet wird, verhindert der O-Ring 6 das Austreten der entstehenden Gase von dem Kolben 2 weg. Auf der anderen Seite reißt das Treibladungsgehäuse 4 in Richtung des Kolbens 2 auf. Somit stellt sich das oben beschriebene Problem, dass manchmal die Kolbentulpe 3 und das Treibladungsgehäuse 4 sehr genau aneinander anliegen und sich bei der Zündung der Treibladung 5 der Druck sehr schnell stark erhöht, wodurch sich die Abbrandgeschwindigkeit und When the propellant charge 5 is ignited, the O-ring 6 prevents the resulting gases from escaping away from the piston 2. On the other side, the propellant charge housing 4 tears open in the direction of the piston 2. Thus, the problem described above arises that sometimes the piston tulip 3 and the propellant charge housing 4 lie very closely against each other and when the propellant charge 5 is ignited, the pressure increases very quickly, which increases the burn rate and
somit infolge die abgegebene Leistung erhöht. Dieser Effekt ist aber thus as a result the output output increases. But this effect is
Aktuators in vergrößerter Ansicht dargestellt. Actuator shown in an enlarged view.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem ähnlichen Aufbau wie in Fig. 1. Der Unterschied zu Fig. 1 besteht darin, dass die Bohrungen 7 aus Fig. 1 durch acht Nuten 8 ersetzt sind. Auch durch die Nuten 8 entsteht eine gasleitende Verbindung 10 wie oben beschrieben. Diese Ausführungsform kann eine billig zu produzierende Lösung darstellen. Fig. 4 zeigt das in Fig. 3 eingekreiste Detail des pyrotechnischen Aktuators in vergrößerter Fig. 3 shows an embodiment of the present invention with a similar structure to that in Fig. 1. The difference from Fig. 1 is that the bores 7 from Fig. 1 are replaced by eight grooves 8. The grooves 8 also create a gas-conducting connection 10 as described above. This embodiment may represent a cheap to produce solution. Fig. 4 shows the enlarged detail of the pyrotechnic actuator circled in Fig. 3
Ansicht. Opinion.
Fig. 5 zeigt einen ähnlichen Aufbau zu Fig. 3. Der Unterschied besteht in der Anzahl der Nuten 8 und der Form des Treibladungsgehäuses. In Fig. 5 sind nur vier Nuten 8 vorhanden. So lange ein ausreichender Querschnitt der gasleitenden Verbindung 10 während der Betätigung gewährleistet ist, kann die Anzahl der Nuten 8 verringert werden, um beispielsweise Produktionskosten zu senken. Fig. 6 zeigt das in Fig. 5 eingekreiste Detail des pyrotechnischen Aktuators in vergrößerter Fig. 5 shows a similar structure to Fig. 3. The difference is in the number of grooves 8 and the shape of the propellant charge housing. In Fig. 5 there are only four grooves 8. As long as a sufficient cross section of the gas-conducting connection 10 is ensured during actuation, the number of grooves 8 can be reduced, for example to reduce production costs. Fig. 6 shows the enlarged detail of the pyrotechnic actuator circled in Fig. 5
Ansicht. Opinion.
Fig. 7 zeigt einen erfindungsgemäßen pyrotechnischen Aktuator mit Fig. 7 shows a pyrotechnic actuator according to the invention
ähnlichem Aufbau wie in den Figuren 1 bis 6. In Fig. 7 wird die Similar structure to that in Figures 1 to 6. In Figure 7 the
pyrotechnischen Aktuators in vergrößerter Ansicht. Pyrotechnic actuator in an enlarged view.
Bezugszeichenliste: List of reference symbols:
1 Gehäuse 1 case
2 Kolben 2 pistons
3 Kolbentulpe 3 bulb tulip
4 Treibladungsgehäuse 5 Treibladung 4 Propellant charge housing 5 Propellant charge
6 O-Ring 6 O-ring
7 Bohrung 7 hole
8 Nut 8 groove
9 Wellen 9 waves
10 gasleitende Verbindung 10 gas-conducting connection
Claims (1)
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