AT7000U1 - Pyrotechnischer aktivator, insbesondere für die fahrzeug-sicherheitstechnik - Google Patents

Abstract

Pyrotechnische Aktivatoren haben in der Fahrzeug-Sicherheitstechnik weit Verbreitung gefunden. Sie haben einen Kolben (2) und einen Zünder (3), durch dessen Zündung der Kolben (2) mit Druck beaufschlagt wird, wodurch z.B. ein Gurt gestrafft oder eine Motorhaube angehoben wird. Um den Nachteil der nur einmaligen Verwendbarkeit zu beseitigen ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Kolben (2) nach der Zündung in die Ausgangslage zurückschiebbar ist und dass zumindest ein weiterer Zünder (3', 3"") vorgesehen ist, durch dessen Zündung der Kolben (2) ebenfalls mit Druck beaufschlagt wird. Um eine Verschmutzung der Kolben-Laufbahn zu verhindern, kann zwischen den Zündern (3, 3', 3"") und dem Kolben (2) ein Filter (4) vorgesehen sein. Um eine gleichmäßige Funktion zu gewährleisten, sollten die Zünder (3, 3', 3"") symmetrisch um die Mittelachse des Aktivators angeordnet sein. Vorzugsweise enthält der Aktivator eine Elektronik (6), die - solange noch ein intakter Zünder (3, 3', 3"") vorhanden ist - die Kontakte (7) des pyrotechnischen Aktivators mit einem der intakten Zünder (3, 3', 3'') verbindet. Damit kann der erfindungsgemäße Aktivator einfach anstelle eines herkömmlichen Aktivators eingebaut werden.

Description

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   Die vorliegende Erfindung betrifft einen pyrotechnischen Aktivator, insbesondere für die Fahrzeug-Sicherheitstechnik, mit einem Kolben und mit einem Zünder, durch dessen Zündung der Kolben mit Druck beaufschlagt wird. 



   Pyrotechnische Aktivatoren werden im Fahrzeugbau schon seit langer Zeit eingesetzt, vor allem im Insassenschutz. Typische Beispiele sind Sicherheitsgurtstraffer oder verstellbare Kopfstützen. Wenn ein Sensor einen Unfall detektiert, dann wird der pyrotechnische Aktivator ausgelöst, wodurch der Kolben verschoben wird, so dass der Sicherheitsgurt gestrafft wird bzw. die Kopfstütze ein Stück nach vor bewegt wird. 



   Es ist relativ leicht, einen Aufprall eines Fahrzeugs auf ein schweres Hindernis zu erkennen, da hierbei die auftreten- den Verzögerungen ganz erheblich grösser sind als im normalen Fahrbetrieb. Aus diesem Grunde sind Fehlauslösungen beim In- sassenschutz relativ selten. 



   In jüngster Zeit wird aber neben dem Insassenschutz auch dem Fussgängerschutz erhöhte Bedeutung beigemessen. In der WO 01/23225 A ist beschrieben, dass anhebbare Motorhauben be- reits im praktischen Einsatz sind. Dieser Idee liegen fol- gende Überlegungen zu Grunde: 
Bei einem Zusammenprall zwischen einem Fahrzeug und einem Fussgänger schlägt der Kopf des Fussgängers meist auf der Motorhaube auf, was schwere (meist tödliche) Kopfverletzungen zur Folge haben kann. Es wurde deshalb versucht, die Motor- haube aus einem weicheren Material herzustellen. Hier zeigte es sich jedoch, dass nun der Kopf bis zum Motorblock des Fahrzeugs durchschlagen kann, was noch schlimmer ist als ein Aufprall auf der (harten) Motorhaube. 



   Um Fussgänger wirkungsvoll zu schützen, muss also eine Motorhaube aus relativ weichem Material (zumindest beim Un- fall) einen genügenden Abstand zum Motorblock haben. Um keinen Platz zu vergeuden, hebt man die Motorhaube erst im Falle eines Zusammenstosses mit einem Fussgänger an. 



   Damit wird aber jetzt erstmals ein Sensor benötigt, der in der Lage ist, eine Kollision mit einem Fussgänger zu erkennen. 

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   Dies ist insofern wesentlich schwieriger, als die Masse eines 
Fussgängers verglichen mit der Masse eines Fahrzeugs sehr ge- ring ist, sodass also nur eine geringe Verzögerung bei der Kollision auftritt. Solche geringfügigen Verzögerungen unter- scheiden sich wesentlich weniger deutlich von Verzögerungen, wie sie auch im normalen Fahrbetrieb auftreten. Dadurch sind Fehlauslösungen wesentlich häufiger als beim Insassenschutz. 



   Da ein pyrotechnischer Aktivator normalerweise nur einmal ausgelöst werden kann, bedeutet dies, dass das Fahrzeug nach jeder Fehlauslösung in eine Werkstatt gebracht werden muss, wo es dann mit einem neuen Aktivator bestückt wird. Dies ist umständlich und kostet Geld. 



   Obwohl die Vorteile der pyrotechnischen Aktuatorik gross sind (schnelle Aktivierung, hoher Energieinhalt bei geringem Gewicht, grosse Kräfte möglich, langzeitstabil, kein Druckbe- hälter), trifft man daher insbesondere bei Anwendungen für den Fussgängerschutz immer auf den Einwand der mangelnden Reversibilität. Verschiedene Kfz-Hersteller versuchen, alternative Systeme zu realisieren, z. B. pneumatische Muskel (d. h. mit Druckluft angetriebene Bewegungselemente), Gedächt- nismetalle und ähnliches, welche zwar schlechtere Performance erzielen, jedoch wiederverwendbar sind. Für den Fall des Gedächtnismetalls ebenso wie bei magnetisch aktivierten Systemen wie Federspeichern werden sehr hohe Ströme zur Aktivierung benötigt, welche mit den normalen Airbag- Steuergeräten nicht bereit gestellt werden können.

   Dies kann durch spezielle Leistungsendstufen umgangen werden, jedoch müssen bei einem Unfall auch nach Abtrennung der Batterie alle Sicherheitssysteme funktionstüchtig bleiben. Es müssen also grosse Mengen an Energie gespeichert werden, während py- rotechnische Systeme die Energie bereits in sich beinhalten. 



  Für die pneumatischen Systeme gilt, dass einerseits ein Kom- pressor oder ähnliches die Druckluft bereitstellen muss und andererseits diese auch gespeichert werden muss, um im Fall eines Unfalls bereitzustehen. 



   In der bereits erwähnten WO 01/23225 A wird als Lösung 

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 dieses Problems vorgeschlagen, als Sensor einen Pre-Crash- Sensor einzusetzen, sodass also die Motorhaube angehoben wird, bevor der Unfall tatsächlich passiert. Man kann also beispielsweise die Motorhaube bei jeder Notbremsung anheben. 



  Hier steht natürlich genug Zeit zum Anheben der Motorhaube zur Verfügung, das System versagt aber, wenn der Fahrer vor dem Unfall nicht mehr reagieren kann, weil zum Beispiel der Fussgänger zwischen parkenden Fahrzeugen hervor läuft und nicht rechtzeitig gesehen werden kann. 



   Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Akti- vator zu schaffen, der die Vorteile der pyrotechnischen Ak- tuatorik aufweist und dennoch wiederverwendbar ist. 



   Diese Aufgabe wird durch einen pyrotechnischen Zünder der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Kolben nach der Zündung in die Ausgangslage zurückschieb- bar ist und dass zumindest ein weiterer Zünder vorgesehen ist, durch dessen Zündung der Kolben ebenfalls mit Druck be- aufschlagt wird. 



   Die erfindungsgemässe Ausführung eines Aktivators umgeht den Nachteil der mangelnden Reversibilität dadurch, dass der Ak- tivator mehrfach gezündet werden kann und nach jeder Auslö- sung wieder in die Ausgangslage zurückgeschoben wird. 



   Auch wenn die Vorteile beim Fussgängerschutz am deutlichsten zur Geltung kommen, kann ein erfindungsgemässer Aktivator na- türlich auch beim Insassenschutz oder auch bei allen anderen Anwendungsfällen für herkömmliche Aktivatoren eingesetzt wer- den. 



   Es ist günstig, wenn zwischen den Zündern und dem Kolben ein Filter vorgesehen ist. Das Filter verhindert die Ver- schmutzung der Kolbenlaufbahn. Dies ist deshalb vorteilhaft, weil der Kolben normalerweise mit einem O-Ring gedichtet ist, und dieser bei verschmutzter Kolbenlaufbahn beim Zurückschie- ben des Kolbens in die Ausgangslage beschädigt werden könnte. 



   Vorzugsweise sind die Zünder symmetrisch um die Mittelachse des Aktivators angeordnet. Dies hat einerseits den Vorteil, dass die Wirkung aller Zünder auf den Kolben gleich ist. Au- 

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   #erdem   bleibt in der Mitte Platz für weitere Bauelemente, beispielsweise für eine Elektronik. 



   Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung enthält der pyrotechnische Aktivator eine Elektronik, die - solange noch ein intakter Zünder vorhanden ist - die Kontakte des py- rotechnischen Aktivators mit einem der intakten Zünder ver- bindet. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass der er- findungsgemässe Aktivator einfach an Stelle eines herkömmli- chen Aktivators eingesetzt werden kann. Es sind keine Ände- rungen am Steuergerät zur Auslösung des Aktivators notwendig. 



  Die zusätzlich notwendige Intelligenz ist in der Elektronik, die ihm Aktivator eingebaut ist, realisiert. Die Elektronik kann beispielsweise den Widerstand der Zündbrücke messen. 



  Wenn dieser den üblichen Wert (natürlich mit entsprechender Toleranz) hat, dann ist dieser Zünder funktionsfähig, und die Elektronik verbindet die Kontakte des Aktivators mit dieser Zündbrücke. Ist der Widerstand wesentlich zu hoch (durchge- brannte Zündbrücke), wird dieser Test der Reihe nach mit allen weiteren Zündbrücken durchgeführt, bis ein funktions- fähiger Zünder gefunden ist. Ist kein funktionsfähiger Zünder mehr vorhanden, dann verhält sich der Aktivator wie ein herkömmlicher, bereits verwendeter Aktivator. 



   Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird die vorliegende   Erfindung näher erläutert. Es zeigt : Fig.1 einen Längs-   schnitt durch einen erfindungsgemässen Aktivator in zwei Ebenen A-A bzw. B-B (siehe Fig. 2); Fig. 2 einen Schnitt ent- lang der Ebene C-C in Fig. 1; und Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild einer Elektronik für den erfindungsgemässen Aktivator. 



   In einem Gehäuse 1 (siehe Fig. 1 und 2) befindet sich ein Kolben 2, der mittels eines O-Rings 5 abgedichtet ist. Es sind drei Zünder 3, 3', 3" vorgesehen (in Fig. 1 sind die vor der Ebene B-B liegenden Zünder 3', 3" nur durch eine strich- punktierte Linie angedeutet). Der Kolben 2 kann von jedem der eingebauten Zünder 3, 3', 3" in die Endlage geschossen wer- den. Ein Filter 4 verhindert die Verschmutzung der Kolben- 

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 laufbahn und vermeidet so Beschädigungen des O-Rings 5 beim Zurückschieben des Kolbens in die Ausgangslage. Eine Elektro- nik 6 schaltet Kontakte 7 des pyrotechnischen Aktivators zwi- schen den einzelnen Zündern 3 nach Gebrauch weiter. 



   Die Elektronik im Detail (siehe Fig. 3): 
Die Elektronik 6 prüft das Vorhandensein der Zündbrücken 8, 8', 8" aller Zünder 3, 3' und 3" im Aktivator mittels Strom- pulsen. Dies wird ausgenützt, um über die aktuelle Zündbrücke 8, 8' oder 8" einen Spannungsabfall zu erzeugen und daraus die Funktionsfähigkeit des Zünders 3,3' bzw. 3" zu überprü- fen. Ist der Widerstand der Zündbrücke 8, 8', 8" nicht inner- halb eines bestimmten Fensters (abgeschossener Zünder 3, 3', 3"), schaltet die Elektronik 6 zur nächsten Zündbrücke 8, 8', 8" weiter. Sind alle Zünder 3, 3', 3" verbraucht, verhält sich das System wie eine abgeschossene "normale" Zündpille mit unterbrochener Zündbrücke. Andernfalls wird das Steuerge- rät 9 an einen der noch funktionsfähigen Zünder 3, 3', 3" ge- schaltet. 



   Gemäss dem Stand der Technik ist am Zündausgang des Steuer- gerätes 9 nur ein Zünder angeschlossen. Wird der Zünder durch das Steuergerät 9 ausgelöst, muss man danach diesen Zünder durch einen neuen ersetzen, um die Funktion wieder herzustel- len. Erfindungsgemäss ist eine Elektronik 6 vorgesehen, die nach einer erfolgten Auslösung eines Zünders 3, 3', 3" auf einen weiteren Zünder 3, 3', 3" einer Mehrfachzündeinheit um- schaltet, solange, bis kein funktionstüchtiger Zünder 3,3', 3" mehr vorhanden ist. 



   Der erfindungsgemässe Aktivator kann zum Beispiel mit drei Zündern 3, 3', 3" realisiert werden. Eine von dem Steuergerät 9 durchgeführte Zünderprüfung zeigt solange keinen Fehler an, solange die Elektronik 6 den Zündausgang des Steuergerätes 9 mit einer intakten Zündbrücke 8, 8', 8" verbinden kann. 



   Die Elektronik 6 kann auf einer doppelseitigen Platine auf- gebaut sein, die vorzugsweise rund ist, wobei die Anschlüsse für die Zünder 3,3' und 3" auf einem Kreis symmetrisch um die Mittelachse des Aktivators angeordnet sein sollten (damit 

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 können auch Bauelemente in der Mitte der Platine platziert werden). Die Elektronik 6 wird vorteilhaft eingespritzt oder eingegossen, um sie vor schädlichen Umwelteinflüssen zu schützen, wie sie beispielsweise im Motorraum eines Kfz auf- treten. 



   Die Reversierung (Zurückdrücken der Kolbenstange in die Ausgangslage) kann in Fussgängerschutzanwendungen durch Anhe- ben der Motorhaube erfolgen, wobei eine Abströmöffnung bei Erreichen der Kolbenendlage die Druckfreiheit des Systems nach erfolgter Aktivierung ermöglicht. 



   Die Kontakte 7 des Aktivators können - wie in Fig. 1 darge- stellt - in einem Stecker realisiert sein, ebenso ist aber eine Leadwire-Ausführung (d. h. mit Kabelabgang) möglich.

Claims (4)

1. Ansprüche: 1. Pyrotechnischer Aktivator, insbesondere für die Fahrzeug- Sicherheitstechnik, mit einem Kolben (2) und mit einem Zünder (3), durch dessen Zündung der Kolben (2) mit Druck beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Kol- ben (2) nach der Zündung in die Ausgangslage zurück- schiebbar ist und dass zumindest ein weiterer Zünder (3', 3") vorgesehen ist, durch dessen Zündung der Kolben (2) ebenfalls mit Druck beaufschlagt wird.
2. 2. Pyrotechnischer Aktivator nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass zwischen den Zündern (3, 3', 3") und dem Kolben (2) ein Filter (4) vorgesehen ist.
3. 3. Pyrotechnischer Aktivator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zünder (3, 3', 3") symmetrisch um die Mittelachse des Aktivators angeordnet sind.
4. 4. Pyrotechnischer Aktivator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Elektronik (6) enthält, die - solange noch ein intakter Zünder (3, 3', 3") vorhanden ist - die Kontakte (7) des pyrotechnischen Aktivators mit einem der intakten Zünder (3, 3', 3") ver- bindet.