AT526349A4

AT526349A4 - Pyrotechnischer Aktuator

Info

Publication number: AT526349A4
Application number: ATA50587/2022A
Authority: AT
Original assignee: Astotec Automotive Gmbh
Priority date: 2022-08-04
Filing date: 2022-08-04
Publication date: 2024-02-15
Also published as: AT526349B1

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.

Description

ist und sich zwischen Gehäuse und Kolbentulpe ein Spalt befindet.

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

die entsprechenden Kräfte gut aufbringen können.

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

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

Kolbentulpe mittels eines Gasgenerators druckbeaufschlagt wird.

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

(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

Bereich zwischen Kolbenstange und Gehäuse auch druckbeaufschlagt ist.

geringer Spalt zwischen Kolbentulpe und Gehäuse vorhanden ist.

Dies verhindert man, indem man bei der Öffnung, durch welche die Kolbenstange aus dem Gehäuse ragt, eine elastische Kappe vorsieht, die

den Kolben gegen das Treibladungsgehäuse drückt.

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

überproportional erhöhten Abbrandgeschwindigkeit.

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

Abbrandgeschwindigkeit kommt.

manchmal nicht, wodurch die abgegebene Leistung sehr stark variiert.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Schwankungsbreite der

Leistung zu verringern.

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

deutlich reduziert wird.

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

keine Anpassung des Treibladungsgehäuses notwendig.

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

Treibladungsgehäuse.

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

dar.

zwischen dem Treibladungsgehäuse und dem Gehäuse hergestellt.

Alternativ oder zusätzlich zur Realisierung der gasleitenden Verbindung in der Kolbentulpe ist es auch möglich, dass die gasleitende Verbindung zumindest teilweise im Treibladungsgehäuse

realisiert ist.

ES kann sich auch ein Teil der gasleitenden Verbindung in der Kolbentulpe und ein anderer Teil im Treibladungsgehäuse befinden, um

die gasleitende Verbindung zu ermöglichen.

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

Treibladungsgehäuse billig produziert werden kann.

Natürlich sind aber auch alle anderen Formen der Oberseite, d.h. dem zünderfernen Ende des Treibladungsgehäuses, sowie der Unterseite der

Kolbentulpe möglich, die eine gasfließende Verbindung ermöglichen.

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

besitzt.

Damit die gasleitende Verbindung ihre Aufgabe ausreichend erfüllen

kann, ist bevorzugt, dass der Querschnitt der gasleitenden Verbindung

abgegebenen Leistung ausreichend reduziert werden.

An Hand der beiliegenden Zeichnungen wird die vorliegende Erfindung

näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform eines Aktuators, bei der die gasleitende Verbindung durch eine Bohrung in der Kolbentulpe ausgebildet ist;

Fig. 2 ein Detail der Ausführungsform von Fig. 1;

Fig. 3 und Fig. 5 weitere Ausführungsformen mit Nuten in der Kolbentulpe, um die gasleitende Verbindung zu formen;

Fig. 4 und Fig. 6 jeweils ein Detail der Ausführungsformen von Fig. 3 bzw. Fig. 5;

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform mit Nuten im Treibladungsgehäuse; und

Fig. 8 ein Detail der Ausführungsform von Fig. 7.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Aufbau des pyrotechnischen

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

dargestellt) fixiert sein.

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

somit infolge die abgegebene Leistung erhöht. Dieser Effekt ist aber

Aktuators in vergrößerter Ansicht dargestellt.

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

Ansicht.

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

Ansicht.

Fig. 7 zeigt einen erfindungsgemäßen pyrotechnischen Aktuator mit

ähnlichem Aufbau wie in den Figuren 1 bis 6. In Fig. 7 wird die

pyrotechnischen Aktuators in vergrößerter Ansicht.

Bezugszeichenliste:

1 Gehäuse

2 Kolben

3 Kolbentulpe

4 Treibladungsgehäuse 5 Treibladung

6 O-Ring

7 Bohrung

8 Nut

9 Wellen

10 gasleitende Verbindung

Claims

Pyrotechnischer Aktuator, der ein Gehäuse (1), einen darin verschiebbaren Kolben (2) mit einer Kolbentulpe (3) und ein Treibladungsgehäuse (4), in dem sich eine Treibladung (5) befindet, aufweist, wobei der Kolben (2) gegen das Treibladungsgehäuse (4) vorgespannt ist und sich zwischen Gehäuse (1) und Kolbentulpe (3) ein Spalt befindet, dadurch gekennzeichnet, dass während der Zündung der Treibladung (5) eine gasleitende Verbindung (10) zwischen dem Inneren des Treibladungsgehäuses (4) und der Innenwand

des Gehäuses (1) besteht.

Pyrotechnischer Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die gasleitende Verbindung (10) zumindest teilweise in

der Kolbentulpe (3) befindet.

Pyrotechnischer Aktuator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gasleitende Verbindung (10) durch zumindest eine Nut (8)

in der Kolbentulpe (3) gebildet ist.

Pyrotechnischer Aktuator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gasleitende Verbindung (10) durch

zumindest eine Bohrung (7) gebildet ist.

Pyrotechnischer Aktuator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (7) einen Bereich der Mitte des zündernahen Endes

des Kolbens (3) mit der Außenseite des Kolbens (2) verbindet.

Pyrotechnischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die gasleitende Verbindung (10) zumindest

teilweise im Treibladungsgehäuse (4) realisiert ist. Pyrotechnischer Aktuator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

dass die gasleitende Verbindung (10) durch Rippen oder Wellen (9)

am Treibladungsgehäuse (4) realisiert ist.

Kolbentulpe (3) und Treibladungsgehäuse (4) gebildet ist. Pyrotechnischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch

gekennzeichnet, dass der Querschnitt der gasleitenden Verbindung

(10) zumindest 2 mm?, bevorzugt zumindest 5 mm?, beträgt.