FR2910941A1

FR2910941A1 - Actionneur pyrotechnique et son procede de fabrication.

Info

Publication number: FR2910941A1
Application number: FR0752512A
Authority: FR
Inventors: Evrard Borg; Eric Laspesa; Jean Paul Nadeau
Original assignee: SNPE Materiaux Energetiques SA
Current assignee: Safran Ceramics SA
Priority date: 2007-01-03
Filing date: 2007-01-03
Publication date: 2008-07-04
Anticipated expiration: 2027-01-03
Also published as: FR2910941B1; WO2008102087A2; WO2008102087A3

Abstract

Actionneur pyrotechnique à piston pour système de sécurité.L'actionneur comprend un boîtier (12) renfermant un piston (14), un générateur de gaz pyrotechnique (17) et un élément de liaison (20) cassable ou déconnectable définissant dans le boîtier, avant déclenchement, une chambre de combustion (19) de volume initial prédéterminé.

Description

L'invention se rapporte à un actionneur pyrotechnique à piston,

principalement destiné à être utilisé dans un système de sécurité, notamment pour automobile. L'invention concerne plus particulièrement un perfectionnement permettant de mieux maîtriser le volume initial de la chambre de combustion. Un autre aspect de l'invention est la mise à profit de ce perfectionnement dans un nouveau procédé d'assemblage des composants de l'actionneur, compatible avec une ligne de production robotisée à cadence élevée. Les applications principales envisagées concernent principalement les actionneurs pyrotechniques utilisés pour les organes de sécurité dans le domaine de l'automobile, tels que les prétentionneurs de ceinture de sécurité, les amortisseurs de colonne de direction, etc... De tels actionneurs peuvent aussi être utilisés dans les domaines aéronautique, spatial et maritime.

Un actionneur pyrotechnique classique comporte, dans un boîtier, un piston comprenant une tige d'actionnement faisant saillie à l'extérieur du boîtier et un générateur de gaz pyrotechnique, déclenché par une décharge électrique. Ces actionneurs trouvent leur application principale dans le domaine de la sécurité automobile. Ils sont fabriqués en très grande série et doivent être de conception simple et d'assemblage rapide tout en étant constitués de pièces mécaniques simples ne nécessitant pas d'usinage complexe. Au moment du déclenchement, le générateur émet un gaz sous forte pression dans une chambre de combustion dont l'une des parois est 25 constituée par le piston. Les performances d'un tel générateur de gaz pyrotechnique dépendent notamment du volume initial de la chambre de combustion. Plus particulièrement, on cherche à utiliser des poudres très vives dont la combustion est quasi immédiate pour fournir une impulsion motrice très 30 rapidement après déclenchement. Le volume initial est donné par le diamètre de la cavité et la position relative du générateur par rapport au piston, avant déclenchement. Par ailleurs, pour garantir un allumage efficace et reproductible du générateur de gaz, le piston doit résister un certain temps à l'effet de 35 poussée dû à la pression. Un déplacement trop immédiat du piston risquerait de provoquer une dépression qui pourrait éteindre le générateur. En outre, l'actionneur doit résister au choc avant montage. Un test normalisé consiste à lui faire subir une chute de 1 m de hauteur, sur une dalle de béton. Dans ce cas, un impact sur la tige ne doit pas modifier le volume initial, c'est-à-dire la position du piston par rapport au générateur de gaz. On doit donc imaginer des solutions de maintien du piston permettant : - de maîtriser les positions relatives des composants, - présentant une résistance prédéterminée, en début de course, 10 et - ayant une résistance élevée aux chocs et vibrations extérieurs. Le brevet US 4 412 420 décrit un actionneur pyrotechnique dans lequel le piston est bloqué initialement au moyen d'une rondelle placée sur la tige du piston et venant se loger dans une gorge du boîtier. 15 Par conséquent, ce système de blocage coulisse par déformation sur le piston lors du fonctionnement de l'actionneur. Ceci peut engendrer des efforts de retenue inutiles et un possible désalignement pouvant compromettre le bon fonctionnement du système. En outre, ce système ne permet pas de réserver un volume mort entre le générateur de gaz et 20 le piston. L'ensemble est complexe et nécessite l'usage de pièces mécaniques de précision, relativement coûteuses. En outre, l'assemblage des composants d'un tel actionneur implique de maîtriser des étapes à faible tolérance mécanique, ce qui rend 25 délicat un assemblage robotisé à haute cadence de production. L'invention permet de résoudre tous ces problèmes. Plus particulièrement, l'invention concerne un actionneur pyrotechnique comprenant un boîtier, un piston déplaçable dans une cavité de ce boîtier et un générateur de gaz pyrotechnique monté dans 30 ladite cavité, caractérisé en ce qu'il comporte un élément de liaison cassable ou déconnectable reliant ledit piston audit générateur de façon à définir dans ledit boîtier, avant déclenchement, une chambre de combustion de volume initial prédéterminé. De préférence, ledit élément de liaison est une douille. 35 Une telle douille peut être réalisée en un matériau semi-rigide choisi à la fois pour être assemblé audit piston et/ou audit générateur de gaz par déformation élastique et pour absorber l'énergie d'un choc sur ledit piston. Par exemple, cette douille peut être en matière plastique. Dans ce cas, la douille subit une fusion et/ou un étirement aboutissant à sa rupture, lors du fonctionnement du générateur de gaz. De plus, des zones de fragilisation peuvent être aménagées sur cette douille pour localiser et calibrer sa rupture ou sa déconnexion. L'invention concerne également un actionneur pyrotechnique consistant à installer dans un boîtier un piston et un générateur de gaz pyrotechnique, caractérisé en ce qu'il consiste à préassembler un sous-ensemble comprenant au moins ledit piston et un élément de liaison cassable ou déconnectable avant d'insérer ce sous-ensemble dans ledit boîtier. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques avantageuses de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description qui va suivre de plusieurs modes de réalisation d'un actionneur pyrotechnique conforme à son principe, donnée uniquement à titre d'exemples et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 illustre les différents éléments d'un actionneur pyrotechnique selon l'invention, séparés mais alignés selon un axe commun d'assemblage X-X ; - la figure 2 est une vue en perspective de l'élément de liaison de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en coupe du générateur de gaz 25 assemblé à l'élément de liaison ; - la figure 4 est une vue partiellement en coupe d'un sous-ensemble comprenant le piston, l'élément de liaison et le générateur de gaz ; - la figure 5 est une vue en coupe de l'actionneur avant 30 déclenchement ; - la figure 6 est une vue en coupe du même actionneur pendant le déclenchement ; - la figure 7 illustre une variante de l'actionneur ; - la figure 8 illustre une autre variante de l'actionneur ; 35 - les figures 9 et 10 illustrent encore une autre variante ainsi qu'un mode d'assemblage des éléments constitutifs de cette variante ; et - les figures 11 à 14 illustrant un procédé d'assemblage des éléments de l'actionneur. Sur les figures 1 à 5, on a représenté un mode de réalisation possible d'un actionneur pyrotechnique conforme à l'invention. Cet actionneur 11 comprend un boîtier 12 renfermant un piston 14, un générateur de gaz pyrotechnique 17, ici installé dans un socle 18 en matière plastique moulé et un élément de liaison 20, cassable ou déconnectable reliant ledit piston 14 audit générateur 17 de façon à définir dans ledit boîtier, avant déclenchement, une chambre de combustion 19 de volume initial prédéterminé. Avant déclenchement, la tige d'actionnement 15 fait saillie à l'extérieur du boîtier 12, à une extrémité axiale de celui-ci. Dans l'exemple représenté, l'élément de liaison 20 a la forme générale d'une douille (voir figure 2). Le boîtier 12 a la forme d'un tube rectiligne, muni de deux épaulements : un épaulement avant 21 et un épaulement arrière 22. Le piston comporte deux joints d'étanchéité glissants 23, 24 logés dans des gorges correspondantes et son extrémité arrière est munie d'une gorge annulaire 26 pour le rattachement de l'élément de liaison 20.

Comme représenté sur la figure 2, l'extrémité de la douille 20 qui est reliée au piston 14 est munie de dents radiales internes 28 engagées dans la gorge annulaire 26 à l'extrémité adjacente du piston. Dans cet exemple, la douille est avantageusement en matériau semi-rigide choisi à la fois pour permettre l'assemblage au piston et/ou au générateur de gaz par déformation élastique et pour résister à l'énergie d'un choc sur le piston 14. Autrement dit, le matériau choisi doit être suffisamment rigide pour absorber sans se déformer l'énergie d'un choc qui serait communiqué au piston via la tige 15, ceci pour conserver le volume initial, avant déclenchement, de la chambre 19 et suffisamment flexible pour permettre le montage par emboîtement axial. Par exemple, la douille 20 peut être en matière plastique. Le piston 14 comporte également une collerette annulaire 30 de diamètre correspondant au diamètre interne de la partie médiane 31 du boîtier 12. Cette collerette annulaire 30 est susceptible de venir en butée contre l'épaulement avant 21 lors d'un déclenchement de l'actionneur, ce qui détermine la course de la tige 15.

Le générateur de gaz 17 est d'un type connu. Il comporte deux broches 35 faisant saillie à l'arrière, pour le raccordement électrique à un générateur de tension susceptible de déclencher la mise à feu de la poudre qu'il contient. Il est installé dans le socle 18 qui comporte une cavité ouverte 37 à l'arrière, dans laquelle les broches font saillie. Dans l'exemple, le socle 18 comporte une bordure annulaire 38 permettant d'assembler le générateur 17 au socle 18 (par exemple par sertissage à chaud) comme le montre la figure 3. Dans l'exemple, le socle 18 comporte une gorge périphé- rique 39 dans laquelle s'engage une nervure annulaire 41 définie à l'extrémité adjacente de la douille 20. Une fois la nervure 41 engagée dans la gorge 39 du socle, l'assemblage entre la douille et le socle (emprisonnant le générateur 17) peut être confirmé par sertissage périphérique. De cette façon, l'ensemble douille-générateur comporte une collerette 43 qui vient en appui contre l'épaulement arrière 22 du boîtier. On obtient ainsi un sous-ensemble 44 comprenant le piston 14, la douille 20, le générateur 17 et son socle 18. Ce sous-ensemble est représenté sur la figure 4, prêt à être introduit dans le boîtier 12. L'assemblage entre le sous-ensemble 44a et le boîtier 12 est confirmé par un sertissage supplémentaire 45 entre l'extrémité arrière du boîtier 12 et un épaulement arrière du socle 18. Ainsi achevé, l'actionneur pyrotechnique est conforme, avant déclenchement, à la figure 5. On comprend que, avant déclenchement, le volume de la chambre 19 est bien déterminé et stable. En outre, si un choc s'exerce axialement sur la tige 15, la douille 20 est en mesure de garantir la distance entre le piston et le générateur de gaz 17 et par conséquent le volume de la chambre 19. Si une impulsion électrique délivrée par une source de tension électrique non représentée, est appliquée au générateur 17, celui-ci émet un gaz qui provoque une augmentation brutale de la pression dans la chambre 19. Dans un premier temps, en raison de la présence de la douille 20, le piston 14 reste immobilisé, ce qui permet une montée en pression rapide dans la chambre 19. Puis, la douille se rompt (éventuellement par fusion partielle) ou se détache du piston et/ou du socle 18, ce qui libère brusquement le piston 14. Cette situation intermédiaire est représentée sur la figure 6. Le mouvement se poursuit jusqu'à ce que la collerette 30 arrive en butée contre l'épaulement avant 21 du boîtier. Dans la variante de la figure 7, le piston 14 est semblable à celui de l'actionneur décrit précédemment. En revanche, la douille 20a fait partie d'un corps en matière plastique 47 surmoulé autour du générateur de gaz. La douille, surmoulée, peut être munie de dents 28 comme dans l'exemple de la figure 2, pour un emboîtage à force à l'extrémité arrière du piston 14. Comme dans le cas précédent, la douille surmoulée peut être préassemblée au piston (avec le générateur auquel elle est liée) dans le prolongement dudit piston, à l'arrière de celui-ci. Dans cet exemple, le corps en matière plastique 47 surmoulé est pourvu d'un cordon électrique 49 bifilaire pour la mise à feu. Les fils électriques de ce cordon sont connectés au générateur de gaz, à l'intérieur du surmoulage. Le corps en matière plastique comporte un perçage transversal 50 pour le passage d'un tourillon 51. Il comporte aussi une collerette 48 pour son immobilisation axiale dans le boîtier 12. L'actionneur pyrotechnique peut ainsi être monté avec articulation à son extrémité arrière. Comme on le voit sur la figure 8, le montage à force entre la douille 20a et l'extrémité arrière du piston peut être remplacé par un montage de type baillonnette. Pour ce faire, l'extrémité du piston comporte des échancrures 52 débouchant dans la gorge 26. Le montage s'effectue alors par rotation du corps en matière plastique surmoulé par rapport au piston. Bien entendu, le montage conforme à la figure 8 peut aussi être retenu pour le mode de réalisation décrit en référence aux figures 1 à 5. La figure 9 décrit un autre mode de réalisation où la douille 20b, par exemple en matière plastique, comporte une partie massive 53 pourvue d'un trou borgne 54 axial dans lequel s'engage une extrémité 55 (de diamètre correspondant) du piston 14a. Dans ce cas, l'assemblage entre le piston et la douille se fait par simple emboîtement axial, éventuellement collé. Dans cette variante, la douille munie de dents radiales à son extrémité comporte des fentes longitudinales 57 facilitant sa mise en place par déformation élastique, ici pour contourner un épaulement annulaire 59 prévu autour du générateur de gaz. Un joint d'étanchéité 60 est prévu autour du corps en matière plastique 47a, dans une gorge définie à l'arrière de cet épaulement. Les dents de la douille viennent s'insérer dans la gorge 61 contenant le joint 60. On comprend que dans les exemples des figures 7 à 9, l'ordre d'assemblage des différents composants est indifférent dès lors qu'il aboutit à la constitution d'un sous-ensemble comprenant le piston, la douille et le générateur de gaz. La dernière opération consiste à glisser ce sous-ensemble dans le boîtier 12 par son extrémité arrière (figure 10) jusqu'à ce que la collerette 48 définie dans le corps en matière plastique surmoulé vienne en appui contre l'épaulement arrière 22 du boîtier. Pour ces modes de réalisation, un sertissage entre le corps en matière plastique et l'extrémité arrière du boîtier est possible. Il n'est pas indispensable étant donné que le tourillon 51 fixe et stabilise la position axiale du corps en matière plastique 47 surmoulé par rapport au boîtier 12. Par conséquent, à la mise à feu, c'est toujours l'élément de liaison en forme de douille qui se casse ou se déconnecte pour libérer le piston. En variante, on peut combiner d'autres façons les moyens d'assemblage entre la douille et le piston d'une part et la douille et le générateur d'autre part, conformément aux exemples qui ont été décrits ci-dessus. En particulier, les deux extrémités de la douille peuvent être munies de dents engagées par emboîtement à force dans des rainures annulaires correspondantes du piston et du générateur. L'invention concerne également un procédé d'assemblage des éléments d'un actionneur pyrotechnique comprenant un boîtier 12, un piston 14 et un générateur de gaz pyrotechnique 17, conformément aux exemples décrits ci-dessus. Le procédé d'assemblage est principalement caractérisé en ce qu'il consiste à préassembler un sous-ensemble comprenant au moins ledit piston et un élément de liaison cassable ou déconnectable puis à insérer ledit sous-ensemble dans le boîtier 12. Comme mentionné précédemment, l'ordre d'assemblage des éléments du sous-ensemble est indifférent. De préférence, l'élément de liaison est en forme de douille. Il peut être emboîté à force à une extrémité arrière du piston. Il peut aussi être emboîté à force à une extrémité du générateur. Il peut être serti à une extrémité du piston et/ou à une extrémité du générateur. Enfin, comme on l'a vu, l'élément de liaison et le générateur de gaz peuvent être combinés par surmoulage.

A titre d'exemple avantageux, les figures 11 à 14 décrivent les étapes d'un procédé d'assemblage des éléments de l'actionneur pyrotechnique. On commence par réaliser un sous-ensemble 44 comprenant (au moins) le piston 14 et l'élément de liaison 20 décrit ci-dessus (figure 11). A la figure 12 on insère ce sous-ensemble dans le boîtier 12. A la figure 13 on insère dans le boîtier, à l'arrière du sous-ensemble, un générateur de gaz pyrotechnique 17.

A la figure 14 on réalise un sertissage à l'extrémité arrière du boîtier, du côté du générateur de gaz, pour maintenir tous les composants dans le boîtier. Bien entendu, en variante, le générateur de gaz peut faire partie du sous-ensemble préassemblé que l'on insère dans le boîtier avant sertissage. On obtient ainsi le sous-ensemble 44a représenté sur la figure 4. D'autres variantes sont possibles. Par exemple, de la même façon que pour le mode de réalisation de la figure 9, la gorge 26 (figure 1) peut être supprimée, la douille venant alors se clipser dans la gorge du joint 24.

Claims

REVENDICATIONS

1. Actionneur pyrotechnique comprenant un boîtier (12), un piston (14) déplaçable dans une cavité de ce boîtier et un générateur de gaz pyrotechnique (17) monté dans ladite cavité, caractérisé en ce qu'il comporte un élément de liaison (20) cassable ou déconnectable reliant ledit piston audit générateur de façon à définir dans ledit boîtier, avant déclenchement, une chambre de combustion (19) de volume initial prédéterminé.

2. Actionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément de liaison (20) est une douille.

3. Actionneur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit élément de liaison (20) est en matériau semi-rigide choisi à la fois pour permettre son assemblage audit piston et/ou audit générateur de gaz par déformation élastique et pour absorber l'énergie d'un choc sur ledit piston.

4. Actionneur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite douille (20) est en matière plastique.

5. Actionneur selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'extrémité de ladite douille reliée audit piston est munie de dents radiales (28) internes engagées dans une gorge annulaire (26) à l'extrémité adjacente du piston.

6. Actionneur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le bord de ladite gorge annulaire, à l'extrémité du piston, comporte des échancrures (52) permettant un montage de type baïonnette.

7. Actionneur selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que l'extrémité de ladite douille reliée audit générateur est fixée à celui-ci, par exemple par sertissage.

8. Actionneur selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé 30 en ce que l'ensemble douille-générateur comporte une collerette (43, 48) en appui contre un épaulement interne dudit boîtier.

9. Actionneur selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que ladite douille (20a) fait partie d'un corps en matière plastique (47) surmoulé autour dudit générateur de gaz.

10. Actionneur selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit corps en matière plastique (47) est pourvu d'un cordon électrique bifilaire (49) pour la mise à feu du générateur de gaz (17).

11. Actionneur selon la revendication 9, caractérisé en ce que 5 ledit corps en matière plastique (47) comporte un perçage transversal (50) pour le passage d'un tourillon (51).

12. Actionneur selon l'une des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que ladite douille (20b) est assemblée audit piston dans le prolongement de celui-ci, par emboîtement. 10

13. Actionneur selon l'une des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que ladite douille est munie de fentes longitudinales (57) facilitant sa mise en place par déformation élastique.

14. Actionneur selon l'une des revendications 2 à 13, caractérisé en ce que les deux extrémités de ladite douille sont munies de 15 dents engagées par emboîtement à force dans des rainures correspondantes du piston et du générateur.

15. Actionneur selon l'une des revendications 2 à 13, caractérisé en ce que ladite douille s'emboîte dans une rainure (61) recevant un joint (60) dudit générateur. 20

16. Procédé d'assemblage des éléments d'un actionneur pyrotechnique consistant à installer dans un boîtier (12) un piston (14) et un générateur de gaz pyrotechnique (17), caractérisé en ce qu'il consiste à préassembler un sous-ensemble comprenant au moins ledit piston (14) et un élément de liaison (20) cassable ou déconnectable avant d'insérer ce 25 sous-ensemble dans ledit boîtier.

17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'on insère ledit générateur de gaz pyrotechnique dans ledit boîtier, dans le prolongement dudit élément de liaison et en ce qu'on referme ou resserre une extrémité du boîtier, du côté dudit générateur. 30

18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'on préassemble un sous-ensemble précité comprenant en outre ledit générateur de gaz pyrotechnique et en ce qu'on l'installe dans ledit boîtier.

19. Procédé selon l'une des revendications 16 à 18, caractérisé en ce que ledit élément de liaison en forme de douille est emboîté à force 35 à une extrémité dudit piston.

20. Procédé selon l'une des revendications 16 à 18, caractérisé en ce que l'élément de liaison en forme de douille est emboîté à force à une extrémité dudit générateur.

21. Procédé selon l'une des revendications 16 à 18, caractérisé 5 en ce que l'on surmoule l'élément de liaison en forme de douille autour dudit générateur de gaz.

22. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce que l'on fixe le corps en matière plastique (47) consistant en la douille et le générateur combinés par surmoulage au moyen un tourillon traversant.