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Das
technische Gebiet der Erfindung ist das der pyrotechnischen Aktuatoren,
die einen Kolben umfassen und deren wesentliche Funktion darin besteht,
eine Schubkraft auszuüben,
um einen Gegenstand durch Herausfahren des Kolbens zu bewegen. Die
erfindungsgemäßen pyrotechnischen
Aktuatoren sind besonders geeignet für den Einsatz in Sicherheitssystemen,
die in Kraftfahrzeugen verwendet werden und beispielsweise dazu
bestimmt sind, die Bewegung bestimmter Teile, die bei einem mechanischen
Zusammenprall des Kraftfahrzeugs mit einem äußeren Element in Bewegung versetzt
worden sind, zu dämpfen,
wie zum Beispiel einen Sicherheitsgurt, einen vorderen Stoßfänger des
Fahrzeugs, die Lenksäule
oder die Motorhaube des Fahrzeugs im Falle eines Frontalzusammenstoßes zwischen
dem Fahrzeug und einem Fußgänger.
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Pyrotechnische
Aktuatoren mit einem Kolben sind bereits Gegenstand mehrerer Patentanmeldungen
gewesen.
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Genannt
werden kann das Patent
EP 0 550 321 ,
das einen pyrotechnischen Stellantrieb mit gedämpftem Hub beschreibt, der
in jedweder Art von Energieaufnahmesystem verwendet werden kann. Dieser
Stellantrieb umfaßt
einen pyrotechnischen Gasgenerator, einen Kolben, eine Kammer zum
Verbrennen pyrotechnischer Stoffe und eine Gegendruckkammer sowie
eine zwischen der Brennkammer und einem Ende des Kolbens befindliche
Zwischenkammer. Ein Kanal verbindet die Zwischenkammer mit der Gegendruckkammer.
Die durch den Generator ausgestoßenen Gase setzen die Zwischenkammer
unter Druck, um der Bewegung des Kolbens entgegenzuwirken und um
somit dessen Hub zu dämpfen,
wobei ein Teil der Gase über
den Kanal zur Gegendruckkammer geleitet wird.
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Die
Patentanmeldung
FR 2 824 875 betrifft einen
pyrotechnischen Aktuator, der einen Körper, einen Kolben sowie eine
Scheibe zum Halten des Kolbens in dem Körper besitzt. Entsprechend
der Ausgangsstellung des Kolbens in dem Körper, kann der Aktuator entweder
durch Herausfahren des Kolbens aus dem Körper einen Schub auf einen
Gegenstand ausüben,
oder er kann durch erneutes Hineinfahren des Kolbens in den Körper ein
mechanisches Teil freigeben.
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Die
in diesen beiden Patenten beschriebenen pyrotechnischen Aktuatoren
haben einen Nennbetrieb, der durch eine Bewegung mit konstantem Ausschlag
des Kolbens gekennzeichnet ist, wodurch lediglich eine Wirkung auf
die Teile oder Gegenstände
erzeugt wird, die dazu bestimmt sind, mit den Aktuatoren in Wechselwirkung
zu treten. Die erfindungsgemäßen pyrotechnischen
Aktuatoren umfassen eine mechanische Einrichtung zur Druckregelung
in der Gleitkammer des Kolbens, die ermöglicht, die Schubkraft oder
den Bewegungsausschlag des Kolbens zu kontrollieren. So sind die
erfindungsgemäßen pyrotechnischen
Aktuatoren Aktuatoren mit variabler Schubwirkung oder gar mit parametrierbarem
Hub und können
sich folglich an eine Vielzahl von Ausführungen anpassen, die eine
mehr oder weniger starke Bewegung des Kolbens erfordern. Genannt
werden kann auch der in dem Patent
EP
1 418 121 beschriebene pyrotechnische Aktuator.
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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein pyrotechnischer Aktuator
mit einem pyrotechnischen Gasgenerator, einer Brennkammer, einem Kolben,
der sich unter der Wirkung der Gase in einer Gleitkammer bewegen
kann, wobei die beiden Kammern miteinander in Verbindung stehen.
Das Hauptmerkmal eines erfindungsgemäßen Aktuators ist das, daß er eine
Verschlußvorrichtung
aufweist, die nach Auslösen
des Aktuators verwendet wird, um die Verbindung zwischen den Kammern
zu unterbrechen, wobei die Verschlußvorrichtung in die Gleitkammer
eingeschlossen ist. So ist die Verschlußvorrichtung in einer bereits
vorhandenen Kammer untergebracht, wodurch vermieden werden kann,
eine dritte Kammer ausbilden zu müssen. Hieraus ergibt sich, daß die erfindungsgemäßen Aktuatoren
platzsparend sind und daß sich
ihre Bearbeitung vereinfacht.
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Vorteilhafterweise
ist die Verschlußvorrichtung
unabhängig
und kann von einer Steuerzentrale aus ausgelöst werden. Die Entkopplung
der Auslösung
der Verschlußvorrichtung
von derjenigen des Aktuators trägt
dazu bei, die Flexibilität
der Verwendung des Aktuators dadurch zu erhöhen, daß eine einfache Programmierung
der Folge der beiden Zündungen
ermöglicht
wird.
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Vorzugsweise
sind die beiden Kammern zylinderförmig und verlaufen ihre Drehachsen
parallel zueinander, wobei die Kammern über einen Verbindungskanal,
dessen Achse zu denjenigen der Kammern senkrecht verläuft, untereinander
verbunden sind.
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Diese
Merkmale verleihen dem Aktuator eine H-förmige Geometrie, deren Platzbedarf
minimal ist.
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Vorteilhafterweise
ist der pyrotechnische Gasgenerator in die Brennkammer eingeschlossen und
umfaßt
er einen Zünder
sowie eine pyrotechnische Ladung.
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Vorzugsweise
umfaßt
die Verschlußvorrichtung
einen in der Gleitkammer befestigten zylindrischen Hohlkörper, einen
Motor sowie einen Verschluß,
wobei der Körper
Verbindungsmittel besitzt, die in Kombination mit dem Verbindungskanal
ermöglichen,
die Verbindung zwischen der Brennkammer und dem Raum der Gleitkammer,
in dem sich der Kolben befindet, sicherzustellen.
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Vorteilhafterweise
sind die Verbindungsmittel von wenigstens einer seitlichen Bohrung,
die sich in dem zylindrischen Hohlkörper in Fortsetzung des Verbindungskanals
befindet, und von einem an einem der Enden des Körpers angeordneten Durchgang
gebildet, wobei der Durchgang die Verbindung zwischen dem Innenraum
des Körpers
und dem Raum der Gleitkammer, in dem sich der Kolben befindet, sicherstellt.
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Die
seitliche Bohrung stellt die Verbindung zwischen dem Verbindungskanal
und dem Innenraum des zylindrischen Hohlkörpers sicher.
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Vorzugsweise
weist der zylindrische Hohlkörper
eine kreisförmige
Umfangsnut auf, an deren Grund mehrere Bohrungen ausgebildet worden
sind, wobei die Nut teilweise durch die Innenwand der Gleitkammer
begrenzt ist und wobei der Verbindungskanal in die Nut mündet.
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Vorteilhafterweise
sind die Bohrungen gleichmäßig um den
Hohlkörper
herum verteilt.
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Vorzugsweise
gelangt der zylindrische Hohlkörper
an einer Innenschulter der Gleitkammer in Anschlag.
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Vorteilhafterweise
ist der Motor ein pyrotechnischer Gasgenerator.
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In
bevorzugter Weise ist der Motor von einem elektropyrotechnischen
Zünder
gebildet, der eventuell durch eine gaserzeugende Pulverladung verstärkt ist.
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Bevorzugterweise
ist der Verschluß in
dem zylindrischen Hohlkörper
gelagert und besitzt der Verschluß einen verbreiterten Kopf,
der geeignet ist, in dem Körper
dicht zu gleiten, wobei der Kopf durch einen zylindrischen Teil
mit verringertem Querschnitt verlängert ist, der durch einen
eine Abflachung aufweisenden verbreiterten zylindrischen Teil ausläuft. Genauer
gesagt ist die Außenseite
des verbreiterten Kopfes mit der Innenseite des Hohlkörpers in
Kontakt, wobei die Dichtigkeit mittels einer den Kopf umgebenden
Ringdichtung gewährleistet
ist, wobei die Dichtung gegen die Innenseite des Hohlkörpers zusammengedrückt wird.
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In
bevorzugter Weise weist der verbreiterte Kopf ein kegelstumpfförmiges Ende
auf und läuft
das Ende des Körpers,
in dem sich der Durchgang befindet, durch eine kegelstumpfförmige Ausnehmung aus,
welche geeignet ist, den kegelstumpfförmigen Teil des Verschlusses
aufzunehmen.
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Vorteilhafterweise
ist der Verschluß aus
einem verformbaren Material gefertigt, so daß sich der Verschluß nach Auslösen des
Motors in dem zylindrischen Hohlkörper soweit bewegt, bis sich
der kegelstumpfförmige
Teil des verbreiterten Kopfes perfekt in die kegelstumpfförmige Ausnehmung
des Körpers einfügt.
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Die
erfindungsgemäßen pyrotechnischen Aktuatoren
weisen den Vorteil auf, unabhängig
zu sein und dank einer großen
Einfachheit in der Gestaltung einen geringen Platzbedarf zu haben.
Sie können
folglich in jedwede Art von Vorrichtung oder Objekt eingebaut werden,
die bzw. das die Funktionen derartiger Aktuatoren benötigt. Sie
weisen zudem alle mit der Verwendung pyrotechnischer Ladungen verbundenen
Vorteile auf, nämlich
Zuverlässigkeit bedingt
durch die Kontrolle der Zündung,
geringen Platzbedarf aufgrund der kleinen Größe der pyrotechnischen Ladungen
sowie große
Variabilität
der Wirkungen aufgrund der Vielfalt der pyrotechnischen Zusammensetzungen,
die für
diese Aktuatoren gewählt
werden können.
Schließlich
ermöglicht
die Verwendung pyrotechnischer Ladungen eine vollkommen kontrollierte
sequentielle Zündung
zwischen dem Aktuator und der Verschlußvorrichtung.
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Nachfolgend
wird eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 eingehend
beschrieben.
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1 ist
eine Längsschnittansicht
eines erfindungsgemäßen Aktuators
zu Beginn des Betriebs.
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2 ist
eine Längsschnittansicht
des Aktuators der 1 im Laufe des Betriebs, wobei
die Verschlußvorrichtung
noch nicht ausgelöst
worden ist.
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3 ist
eine Längsschnittansicht
des Aktuators der 1 am Ende des Betriebs, wobei
die Verschlußvorrichtung
ausgelöst
worden ist.
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4 ist
eine Perspektivansicht eines Verschlusses eines erfindungsgemäßen Aktuators.
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Bezugnehmend
auf 1 umfaßt
ein erfindungsgemäßer Aktuator 1 einen
Gasgenerator 2, eine Brennkammer 3, eine Gleitkammer 4 sowie
eine Verschlußvorrichtung 5.
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Die
Brennkammer 3 weist eine zylindrische Form auf und enthält den Gasgenerator 2,
wobei der Generator 2 einen elektrisch auslösbaren Zünder 6 und
eine gaserzeugende pyrotechnische Ladung 7 umfaßt. Der
Zünder 6 verschließt das eine
der Enden der Brennkammer 3, während das andere Ende gestaltungstechnisch
verschlossen ist. Die pyrotechnische Ladung 7 liegt in
Form eines zylindrischen Propergolblocks vor, der in der Brennkammer 3 befestigt und
in der Nähe
des Zünders 6 angeordnet
ist. Die Brennkammer 3 ist über einen Teil ihrer Länge an die Gleitkammer 4 angefügt, die
selbst zylinderförmig ausgebildet
ist.
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Die
beiden Kammern 3, 4 sind derart zueinander positioniert,
daß ihre
Drehachsen parallel zueinander verlaufen, und sie sind über einen
zylindrischen Verbindungskanal 8, dessen Drehachse senkrecht
zu denjenigen der beiden Kammern 3, 4 verläuft, miteinander
verbunden. So weist der erfindungsgemäße Aktuator 1 eine
durch eine allgemeine H-Form bedingte kompakte Geometrie auf.
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Die
Gleitkammer 4 umfaßt
einen ersten Teil, welcher dem Ort entspricht, an dem sich die Verschlußvorrichtung 5 befindet,
sowie einen zweiten Teil, der einem zylindrischen Raum 9 entspricht,
in dem ein Kolben 10 angeordnet ist, wobei der Raum 9 in
der Fortsetzung der Verschlußvorrichtung 5 liegt. Der
Kolben 10 weist einen verbreiterten zylindrischen Körper 11 auf,
der geeignet ist, mittels einer den verbreiterten Körper 11 umgebenden
Dichtung 12 in dem Raum 9 dicht zu gleiten, wobei
der Körper 11 durch
eine Stange 13 mit geringerem Querschnitt fortgesetzt ist.
Die Verschlußvorrichtung 5 umfaßt einen
in der Gleitkammer 4 befestigten zylindrischen Hohlkörper 14,
einen Motor 15 in Form eines Zünders und einen Verschluß 16.
Die Verschlußvorrichtung 5 gelangt
an einer Innenschulter 17 der Gleitkammer 4 in
Anschlag. Der zylindrische Hohlkörper 14 weist eine
kreisförmige
Umfangsnut 18 auf, an deren Grund mehrere Bohrungen 19 ausgebildet
wurden, die um den Körper 14 herum
gleichmäßig verteilt sind,
wobei die Nut 18 teilweise durch die Innenwand der Gleitkammer 4 begrenzt
ist und in der Kammer 4 derart angeordnet ist, daß der Verbindungskanal 8 in die
Nut 18 mündet.
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Auf
diese Weise verbinden die Bohrungen 19, die mit radialen
Kanälen
vergleichbar sind, den Verbindungskanal 8 und folglich
die Brennkammer 3 mit dem inneren Teil 20 des
zylindrischen Hohlkörpers 14 der
Verschlußvorrichtung 5.
Der Hohlkörper 14 weist
ein Ende auf, das teilweise durch den Zünder 15 begrenzt ist,
während
das andere Ende einen Durchgang 21 aufweist, der ermöglicht,
den inneren Teil 20 des Hohlkörpers 14 mit dem Raum 9 zu
verbinden, in dem der Kolben 10 angeordnet ist. Die Gleitkammer 4 weist
ein durch den Zünder 15 verschlossenes
Ende auf, während
das andere Ende offen ist, so daß die Stange 13 des
Kolbens 10 ausgefahren werden kann.
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Bezugnehmend
auf 4 ist der Verschluß 16 von einem zylindrischen
Teil gebildet, das einen verbreiterten Kopf 22 aufweist,
der durch einen zylindrischen Teil 23 mit geringerem Querschnitt
fortgesetzt ist, welcher durch einen eine Abflachung 25 aufweisenden
verbreiterten zylindrischen Teil 24 ausläuft. Der
verbreiterte Kopf 22 weist eine kreisförmige Umfangsnut 26 auf,
die dazu bestimmt ist, eine Dichtung aufzunehmen, und besitzt ein
kegelstumpfförmiges
Ende 27. Der Verschluß 16 ist
aus einem flexiblen, elastomerartigen Material gefertigt.
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Das
Ende des zylindrischen Hohlkörpers 14, in
dem sich der Durchgang 21 befindet, der den inneren Teil
des Körpers 14 mit
dem Raum 9, in dem der Kolben 10 angeordnet ist,
verbindet, läuft
durch eine kegelstumpfförmige
Ausnehmung 28 aus. Vor Betrieb des Aktuators 1 wird
der Verschluß 16 in
dem zylindrischen Hohlkörper 14 in
einer Position angeordnet, in der er dem Zünder 15 möglichst
nahe ist, gleichzeitig werden die Bohrungen 19 und der
Durchgang 21 freigelassen, wodurch es möglich ist, die Verbindung zwischen
der Brennkammer 3 und dem Raum 9 der Gleitkammer 4,
in dem der Kolben 9 angeordnet ist, sicherzustellen.
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Der
Betrieb eines erfindungsgemäßen Aktuators 1 vollzieht
sich unter Einhaltung der folgenden Schritte.
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Bezugnehmend
auf 1 wird die Entzündung des in der Brennkammer 3 angeordneten
pyrotechnischen Gasgenerators 2 mit Hilfe des Zünders 6 initiiert,
der durch ein elektrisches Signal ausgelöst wird.
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Bezugnehmend
auf 2 strömen
die durch die Verbrennung der pyrotechnischen Ladung 7 erzeugten
Gase in die Brennkammer 3, anschließend in den Verbindungskanal 8,
um dann in die Umfangsnut 18 des zylindrischen Hohlkörpers 14 zu
gelangen, anschließend
den inneren Teil 20 des Körpers 14 zu durchqueren,
um schließlich
den Raum 9 zu erreichen, in dem der Kolben 10 angeordnet
ist. Die Druckbeaufschlagung des Raumes 9 bewirkt die Bewegung
des Kolbens 10, dessen Stange 13 nach und nach
aus der Gleitkammer 4 ausfahren wird.
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Bezugnehmend
auf 3 wird der Zünder 15 der
Verschlußvorrichtung 5 zu
einem gegebenen Zeitpunkt gezündet,
was die Bewegung des Verschlusses 16 in dem Hohlkörper 14 in
Richtung des Raums 9, in dem der Kolben 10 angeordnet
ist, bewirkt. Der Verschluß 16 beendet
seinen Hub dann, wenn sich das kegelstumpfförmige Ende 27 seines verbreiterten
Kopfes 22 vollkommen in die kegelstumpfförmige Ausnehmung 28 von
einem der Enden des Hohlkörpers 14 einfügt, wodurch
die Bohrungen 19 sowie der Durchgang 21 verschlossen
werden. Die Gase aus der Brennkammer 3 strömen dann
in den an der Rückseite
des Verschlusses 16 gelegenen Raum des Hohlkörpers 14,
wobei der Raum durch die Bewegung des Verschlusses 16 erzeugt worden
ist.
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Ermöglicht wird
der Übergang
der Gase in den genannten Raum dank der Abflachung 25 des Verschlusses 16,
die eine Öffnung
erzeugt. Die Druckbeaufschlagung des Raums trägt dazu bei, den Verschluß 16 in
seiner Position zum Verschließen des
die beiden Kammern 3, 4 verbindenden Kreises zu
halten.