CZ201696A3 - Optimalizovaný miniaktuátor na bázi pyrotechnické komponenty - Google Patents

Abstract

Optimalizovaný miniaktuátor sestává v podstatě z pouzdra (1) a z pístu (4) s pyrotechnickým iniciátorem (3). Má ve svém pouzdru (1) vložen a pomocí spoje (2) uchycen pístový iniciátor (3), tvořený pístem (4) s dutinou (5), která je vyplněna energetickým materiálem (6) a ve které je pomocí spoje (9) uchycen odporový element (7) s nosičem (8). Vnější průměr pístového iniciátoru (3) je menší než vnitřní průměr pouzdra (1) a stěny obklopující dutinu (5) pístu (4) jsou v místě přilehlém k energetickému materiálu (6) s výhodou opatřeny zeslabením (10). Pouzdro (1) je ze strany odlehlé od nosiče (8) odporového elementu (7) s výhodou kontinuálně opatřeno těsnicí izolační vrstvou (11) a ze strany nosiče (8) odporového elementu (7) opatřeno izolačním plastovým tělem (13). Píst (4) je na svém vnějším obvodu s výhodou opatřen těsnicím O-kroužkem (12) přiléhajícím ke stěnám pouzdra (1).

Description

Optimalizovaný miniaktuátor na bázi pyrotechnické komponenty

Oblast techniky

Vynález se týká optimalizovaného miniaktuátoru na bázi pyrotechnické komponenty, který je při zapojení na zdroj elektrického proudu schopen konat práci prostřednictvím pístu. Řešení podle vynálezu je dobře využitelné v oblasti bezpečnostních systémů, zejména v prostorově velmi omezených podmínkách. Je určeno pro zajištění rychlé akce - pro perforaci membrán, pro posunutí pojistek, zablokování pohyblivých dílů apod.

Dosavadní stav techniky

Jak je doposud známo, v automobilovém průmyslu nebo i v dalších příbuzných průmyslových odvětvích, je pro některé aplikace s výhodou využíváno pyrotechnických aktivačních prvků.

V praxi jsou známy a používány dvě základní varianty těchto výrobků. Jednou z nich jsou tzv. pinové aktivační prvky (aktivátory) pro připojení konektoru, sestávající z ocelového nosiče pyrotechnického zdroje plynů, který je robustní, z kovové trubky a zpístku, který není nosičem pyrotechnického zdroje plynů, takže celý takto sestavený aktivátor je větších rozměrů a robustní konstrukce.

Alternativním řešením k tomuto typu aktivačních prvků jsou lankové aktivátory s přívodními vodiči. Od pinových aktivačních prvků se odlišují tím, že místo prostoru pro připojení konektoru z nich rovnou vycházejí přívodní vodiče. I pro tyto ale platí, že obsahují robustní tělo nosiče pyrotechnického zdroje plynů, které je prodlužuje a činí těžšími a nákladnějšími, než by pro některé aplikace bylo vhodné.

Oba typy popsaných aktivačních prvků jsou obvykle celokovové nebo s vysokým podílem kovových materiálů. To zvyšuje nejen jejich cenu, ale i hmotnost a tím také celkovou hmotnost vozidla. Hlavním důvodem jejich vysoké hmotnosti je fakt, že pyrotechnický iniciátor bývá standardně většího průměru než jeho základní funkční element a bývá umístěn do robustního nosiče, což prodlužuje celkovou délku a zvyšuje průměr výrobku. Nepříznivý dopad na hmotnost vyššího celku aplikovaného v automobilu, kde je právě hmotnost velmi citlivým a sledovaným kritériem, je zřejmý.

Dané technické výzvy řeší například český UV 22484, ve kterém je navržen miniaktuátor na bázi elektrického iniciátoru typu GTMS (glass to metal sealed). Tento aktuátor je již poměrně velmi malých rozměrů, nicméně je tvořen třemi hlavními komponentami - elektrickým iniciátorem a dvěma mechanickými částmi - pouzdrem a pístem. Z toho vyplývá nutnost nejprve vyrobit samotný elektrický iniciátor, pouzdro aktuátoru a píst, které se následně skládají dohromady. Přitom iniciátor k sestavě potřebuje komponentu navíc, a to kovový kalíšek se zeslabeným dnem naseknutým do hvězdy, který je komplikovaný a poměrně drahý. Píst také musí být v pouzdru aktuátoru nějakým způsobem fixován, což s sebou nese nutnost použití dalších komponent nebo výrobních operací.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nevýhody a nedostatky dosud známých klasických typů aktivátorů do značné míry odstraňuje optimalizovaný miniaktuátor na bázi pyrotechnické komponenty, sestávající z pouzdra s pístem a iniciátorem, podle vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že do jeho pouzdra je vložen a pomocí spoje uchycen pístový iniciátor, tvořený pístem s dutinou, která je vyplněna energetickým materiálem a ve které je umístěn odporový element s nosičem, těsně připojeným obvodovým spojem k obvodu dutiny v pístu.

Optimalizovaný miniaktuátor na bázi pyrotechnické komponenty podle vynálezu má s výhodou vnější průměr pístového iniciátoru menší než vnitřní průměr pouzdra a stěny pístového iniciátoru má opatřeny zeslabením. Materiálem pouzdra je nejlépe nerezová ocel, lasere#rsvařenás vnějším obvodem pístového iniciátoru.

Miniaktuátor na bázi pyrotechnické komponenty podle vynálezu má s výhodou pouzdro ze strany odlehlé od nosiče odporového elementu opatřeno těsnicí izolační vrstvou, která je případně doplněna adhezivní páskou. Tento celek je s výhodou ze strany nosiče odporového elementu zastříknut do izolačního plastového těla, z něhož vyčnívají pouze elektrické kontakty, sloužící k aktivaci miniaktuátoru, a zbytek tvoří elektricky izolovaný výrobek.

Píst je na svém vnějším obvodu s výhodou opatřen těsnicím O-kroužkem přiléhajícím ke stěnám pouzdra.

Výhody miniaktuátoru podle vynálezu vyplývají ze skutečnosti, že tento miniaktuátor na rozdíl od dosud známých (mini)aktuátorů není již sestaven klasicky ze tří základních samostatných komponent (elektrický pyrotechnický iniciátor, pouzdro a píst) do jednoho celku, nýbrž integruje do pístu s primárně mechanickou funkcí zároveň i funkci pyrotechnické komponenty - obalu pro pyrotechnickou slož. Tímto řešením dojde k fyzickému propojení dvou nezbytných komponent systému do jedné při zachování jejich funkcí, přičemž popsaná integrovaná komponenta miniaktuátoru podle vynálezu je zde nazvána pístový iniciátor. U tohoto řešení tedy odpadá dosud nutný kovový kalíšek na pyrotechnickou slož a provedené zjednodušení ve svém důsledku umožňuje snížení celkové délky a hmotnosti vytvořeného systému. Přináší také významné konstrukční výhody a tím i usnadnění výroby miniaktuátoru, neboť není třeba řešit fixaci pístu ve výchozí pozici, dané již geometrií systému, není třeba vyrábět elektrický iniciátor předem nebo jej dodávat jako samostatnou komponentu. Optimalizovaný miniaktuátor podle vynálezu má tak jen dvě základní komponenty - pouzdro aktuátoru a pístový iniciátor, který v sobě integruje funkci pyrotechnického iniciátoru a pístu. Evidentní je také výhoda vyplývající z faktu, že spalovací prostor pro pyrotechnický materiál je hermeticky uzavřen až do okamžiku spuštění výrobku, takže oproti stávajícím konstrukcím aktuátorů odpadá riziko například kondenzace vzdušné vlhkosti ve spalovacím prostoru mezi pístem a squibem, která způsobí zhoršení podmínek pro hoření energetického materiálu pyrotechnické slože.

Miniaktuátor podle vynálezu má tedy vytvořenou v zadní části pístu dutinu, do které se umístí dávka pyrotechnické slože a dutina tak nahradí dosud samostatný díl - kovový kalíšek. Umístěním odporového elementu s nosičem do takto připravené pyrotechnické slože a spojením nosiče s dutým pístem se pak vytvoří pístový iniciátor.

Výhodou optimalizovaného miniaktuátoru podle vynálezu je tedy jednoduchá konstrukce oproti v daném oboru známým aktuátorům - není třeba řešit kovový kalíšek pro slož squibu, ani dorazy a fixace pístu ve výchozí poloze - a možnost zmenšení rozměrů, především celkové délky a současně i hmotnosti výrobku, protože byly funkce dvou komponent původně umístěných jednotlivě v řadě za sebou integrovány do jedné. Miniaktuátor podle vynálezu je výhodný i v tom, že umožňuje přímou montáž na PCB (printed circuit board - plošný spoj pro montáž elektronických komponent) bez nutnosti použít standardních automobilních interface. Rovněž je ale možné tento miniaktuátor zapracovat i do standardních automobilních interface ·*- 22-02-16 .

(pinového nebo lankového provedení) či opatřit montážním závitem, takže je velmi univerzální, což je jeho další nespornou výhodou.

Objasnění výkresů

Konkrétní vyhotovení optimalizovaného miniaktuátoru podle vynálezu, odpovídající dále popsaným příkladům uskutečnění vynálezu, jsou znázorněna na přiložených výkresech, kde značí:

- obr. 1 - pinový miniaktuátor s hermeticky uzavřeným pouzdrem,

- obr. 2 - pinový miniaktuátor s otevřeným pouzdrem.

Příklady uskutečnění vynálezu

Příklad 1

Optimalizovaný miniaktuátor na bázi pyrotechnické komponenty - zdroje plynů, znázorněný ve statickém stavu na obr. 1, je vytvořen na bázi pouzdra 1 s pístovým iniciátorem 3. Tento miniaktuátor má pouzdro 1, do něhož je vložen a pomocí spoje 2 uchycen pístový iniciátor 3. Pístový iniciátor 3 je tvořen pístem 4 s dutinou 5, která je vyplněna energetickým materiálem 6, do něhož zasahuje zde umístěný odporový element 7 s nosičem 8. Nosič 8 je těsně připojen obvodovým spojem 9 k obvodu dutiny 5 v pístu 4. Vnější průměr pístového iniciátoru 3 je menší než vnitřní průměr pouzdra 1 a stěny dutiny 5 pístového iniciátoru 3 jsou opatřeny zeslabením JO.

Pouzdro 1 je zvenčí opatřeno těsnicí izolační vrstvou 11 z plastu a ze strany elektrických kontaktů nosiče 8 odporového elementu 7 zastříknuto do izolačního plastového těla 13. Materiálem pouzdra 1 je nerezová ocel, laserově svařená s vnějším obvodem pístového iniciátoru 3. Píst 4 je na svém vnějším obvodu opatřen těsnicím O-kroužkem 12 přiléhajícím ke stěnám pouzdra 1. Pístový iniciátor 3 je získán tak, že nosič 8 odporového elementu 7 se vsune a svaří pomocí obvodového spoje 9 s vnitřním obvodem dutiny 5 pístu 4, vyplněné předem energetickým materiálem 6. Tělo pístu 4 se následně zasune do pouzdra 1 a na svém vnějším obvodu se pomocí spoje 2 svaří s pouzdrem K

Funkce tohoto miniaktuátoru se spouští přivedením elektrického odpalovacího impulzu do pístového iniciátoru 3, což má za následek vytvoření tlakového plynu, který způsobí prasknutí zeslabení 10 ve stěnách obklopujících dutinu 5 pístu 4 pístového iniciátoru 3 a posunutí

pracovní části pístového iniciátoru 3 těsněné těsnicím O-kroužkem 12 v pouzdru 1 tak, že dřík pístu 4 je vytlačen ven z pouzdra 1 a přitom koná práci, například propíchne membránu nebo sepne relé. Izolační plastové tělo 13 společně s těsnicí izolační vrstvou Π ochrání miniaktuátor před možností ukostření.

Příklad 2

Miniaktuátor na bázi pyrotechnického zdroje plynů, znázorněný ve statickém stavu na obr. 2 je tvořen stejnými funkčními součástmi jako pinový miniaktuátor popsaný v příkladu 1, zejména pístovým iniciátorem 3, pouze s tím rozdílem, že neobsahuje těsnicí O-kroužek F2 a pouzdro 1 není před funkcí svou těsnicí izolační vrstvou 11 hermeticky uzavřeno, výstupní otvor má pouze překrytý adhezivní páskou 14. Toto provedení zajišťuje běžnou těsnost systému, která je pro většinu aplikací v interiéru postačující.

Funkce tohoto miniaktuátoru je rovněž zcela analogická jako již popsaná funkce pinového miniaktuátoru popsaná v příkladu 1.

Průmyslová využitelnost

Vynález je využitelný především v oblasti bezpečnostních systémů, pasivní ochrany posádky automobilu nebo chodců, dále při konstrukci automatických hasících systémů pro průmysl i použití v domácnosti (např. v kotelnách, kuchyních, garážích a na dalších místech se zvýšeným rizikem vzniku požáru).

-6Seznam vztahových značek:

- pouzdro

- spoj

- pístový iniciátor

- píst

- dutina

- energetický materiál

- odporový element

- nosič

- obvodový spoj

- zeslabení (stěn pístového iniciátoru 3)

- těsnicí izolační vrstva

- těsnicí O-kroužek (pístu 4)

- izolační plastové tělo

- adhezivní páska

Claims (7)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Optimalizovaný miniaktuátor na bázi pyrotechnické komponenty, sestávající v podstatě z pouzdra a pístu s pyrotechnickým iniciátorem, vyznačující se t í m, že do jeho pouzdra (1) je vložen a pomocí spoje (2) uchycen pístový iniciátor (3), tvořený pístem (4) s dutinou (5), která je vyplněna energetickým materiálem (6) a ve které je pomocí spoje (9) uchycen odporový element (7) s nosičem (8).
2. 2. Optimalizovaný miniaktuátor na bázi pyrotechnické komponenty podle nároku 1, v y značující se tím, že vnější průměr pístového iniciátoru (3) je menší než vnitřní průměr pouzdra (1).
3. 3. Optimalizovaný miniaktuátor podle nároku 1,vyznačující se tím, že stěny obklopující dutinu (5) pístu (4) jsou v místě přilehlém k energetickému materiálu (6) opatřeny zeslabením (10).
4. 4. Optimalizovaný miniaktuátor podle nároku 1,vyznačující se tím, že pouzdro (1) je ze strany odlehlé od nosiče (8) odporového elementu (7) kontinuálně opatřeno těsnicí izolační vrstvou (11), která je případně doplněna adhezivní páskou (14).
5. 5. Optimalizovaný miniaktuátor podle nároku 1,vyznačující se tím, že píst (4) je na svém vnějším obvodu opatřen těsnicím O-kroužkem (12) přiléhajícím ke stěnám pouzdra (1).
6. 6. Optimalizovaný miniaktuátor podle nároku 1,vyznačující se tím, že pouzdro (1) je ze strany nosiče (8) odporového elementu (7) opatřeno izolačním plastovým tělem (13).
7. 7. Optimalizovaný miniaktuátor podle nároku 1, v y z n a č u j í c í se t í m, že materiálem pouzdra (1) je nerezová ocel, lasere*® svařená s vnějším obvodem pístového iniciátoru (3).