AT516050B1 - Pyrotechnischer Aktuator - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen pyrotechnischen Aktuator für das Anstellen einer Motorhaube eines Fahrzeugs, mit einem von einer pyrotechnischen Treibladung beaufschlagbaren, in einem Zylinder (17) verschiebbaren Kolben (2), der mit einem freien Ende aus dem Zylinder herausragt. Der Kolben (2) weist an seinem freien Ende eine stirnseitige Ausströmöffnung (14) auf, welche über einen Ausströmkanal (6) mit der Innenseite des Kolbens (2) verbunden ist. Im Inneren des Kolbens (2) ist in Ausgangsstellung vor der Zündung des Aktuators eine zweite Treibladung (3) vor dem Ausströmkanal (8) angeordnet, wodurch dieser durch die zweite Treibladung (3) abgedichtet ist. Der Ausströmkanal (6) weist einen sich gegen die freie Stirnseite (15) des Kolbens (2) vergrößernden, vorzugsweise stufig vergrößernden, Durchmesser auf, in dem ein Abdichtpfropfen (4) eingesetzt ist.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen pyrotechnischen Aktuator für das Anstellen einer Motorhaube eines Fahrzeugs, mit einem von einer pyrotechnischen Treibladung beaufschlagbaren, in einem Zylinder verschiebbaren Kolben, der mit einem freien Ende aus dem Zylinder herausragt, wobei der Kolben eine Ausströmöffnung aufweist, welche über einen Ausström-kanal mit der Innenseite des Kolbens verbunden ist, und wobei im Inneren des Kolbens in Ausgangsstellung vor der Zündung des Aktuators eine zweite Treibladung vor dem Ausströmkanal angeordnet ist, wodurch dieser durch die zweite Treibladung abgedichtet ist.

[0002] Die Sicherheitsanforderungen an Kraftfahrzeuge entwickeln sich permanent weiter und so nehmen auch die Zahl der passiven Sicherheitssysteme und deren Funktionalität zu. Im Bereich des Fußgängerschutzes sind mittlerweile aktive Scharniere Standard, welche im Falle einer Kollision - angetrieben durch pyrotechnische Aktuatoren - die Motorhaube im Scharnierbereich anheben, und somit einen Deformationsraum zwischen Motorhaube und den Komponenten im Motorraum schaffen.

[0003] Beim Anprall eines Fußgängers auf die Motorhaube gibt diese nach und sorgt so für einen definierten Abbau der Aufprallenergie, wodurch die Verletzungsschwere deutlich herabgesetzt wird. Falls Bedarf besteht, die Motorhaube auch im vorderen Bereich anzustellen, stehen hierfür aktive Schlösser oder aktive Schließbügelsysteme zur Verfügung, welche ebenfalls durch Pyrotechnik angetrieben werden. Für das Anstellen der Haube in der erforderlichen Zeitspanne stehen mittlerweile eine Vielzahl von Lösungen zur Verfügung.

[0004] Das Anstellen ist jedoch nur ein Teilbereich der Schutzfunktion, genauso wichtig ist es, dass nach dem Anstellen eine einstellbare und möglichst konstante Rückhaltekraft zur Verfügung gestellt wird, und diese idealerweise nach einer vorgegebenen Zeit auf einen sehr niedrigen Wert abfällt, um ein leichtes Reversieren des Schutzsystems in die Ausgangsposition zu ermöglichen. Diese Punkte sind bisher nur unzureichend gelöst. Bezüglich der Reversierung sind folgende Systeme bekannt: [0005] Entsprechend der AT 009 827 wird der Aktuator am Ende der Ausschubbewegung drucklos und die Energieaufnahme erfolgt über eine mechanische Dämpfung. Diese Variante ist mechanisch sehr aufwändig, und zum Reversieren muss die Kraft der mechanischen Dämpfung überwunden werden.

[0006] Weiters sind Aktuatoren bekannt, welche nach Zündung durch eine Blende permanent entlüften. Hier ist die Rückstellung sehr einfach möglich, jedoch sinkt die Kraftkurve sehr schnell ab.

[0007] Eine jüngere Entwicklung sind Systeme, welche beim Anstellen zunächst weitgehend dicht sind, und erst nach Rückdrücken in eine Entlüftungsposition den Gasdruck ablassen. Auch hier sinkt der Gasdruck im Aktuator durch die Abkühlung der Gase über die Zeit ab, zum Reversieren muss jedoch der immer noch nicht unbeträchtliche Restgasdruck überwunden werden.

[0008] Ein pyrotechnischer Aktivator der eingangs genannten Art ist aus US 2012/011847 A1 bekannt. Der Ausströmkanal verbindet - wenn die zweite Treibladung abgebrannt ist - die Innenseite des Kolbens (das ist die von der Treibladung mit Druck beaufschlagte Seite) mit einem Ringraum. Durch die zweite Treibladung ist eine Abdichtung des Ausströmkanals gegeben, sodass bei Zündung der ersten zünderseitigen pyrotechnischen Treibladung, die in üblicher Weise elektrisch erfolgen kann, der Kolben wie ein herkömmlicher dichter Kolben wirkt und rasch gegen seine ausgeschobene Stellung gedrängt wird, wodurch die Motorhaube angestellt wird. Gleichzeitig wird durch die entzündete pyrotechnische Treibladung auch die zweite Treibladung gezündet, die langsamer abbrennt und in der ersten Phase des Abbrennens über einen längeren Zeitraum für einen konstanten Druck im Aktuator sorgt und danach, nach vollständigem Abbrennen, den Ausströmkanal freigibt, sodass ein Druckausgleich zwischen Ringraum und Druckraum erfolgt. Laut dieser Schrift wird dadurch ein Rückstellen der Motorhaube ermöglicht, es ist aber unklar, wie der Druck aus dem Druckraum, der nur mit dem abgedichteten Ringraum, aber nicht mit der Umgebung verbunden ist, entweicht.

[0009] Aus EP 2048374 A1 ist ein pyrotechnischer Aktuator für das Anstellen einer Motorhaube eines Fahrzeugs mit einem von einer pyrotechnischen Treibladung beaufschlagbaren, in einem Zylinder verschiebbaren Kolben, der mit einem freien Ende aus dem Zylinder herausragt, bekannt, wobei der Kolben an seinem freien Ende eine stirnseitige Ausströmöffnung aufweist, welche über einen Ausströmkanal mit der Innenseite des Kolbens verbunden ist. Der Ausström-kanal ist durch ein Thermobimetallelement, welches durch die Treibladung verzögert aktiviert wird, zunächst verschlossen; wenn es nach einer Verzögerung öffnet, kann die Motorhaube in die Ausgangsstellung zurückgedrückt werden.

[0010] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Vorteile dieser beiden Lösungen zu vereinen, wobei zusätzlich eine zuverlässigere Abdichtung des Ausströmkanals erreicht werden soll.

[0011] Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass die Ausströmöffnung am freien Ende des Kolbens stirnseitig vorgesehen ist und dass der Ausströmkanal einen sich gegen die freie Stirnseite des Kolbens vergrößernden, vorzugsweise stufig vergrößernden, Durchmesser aufweist, in dem ein Abdichtpfropfen eingesetzt ist.

[0012] Dadurch, dass der Ausströmkanal am freien Ende des Kolbens stirnseitig mündet, verbindet er den Druckraum mit der Umgebung, sodass - wenn der Ausströmkanal freigegeben ist - der Druck vollständig abgebaut werden kann. Da der Ausströmkanal - im Gegensatz zur US 2012/011847 A1 - mit der Umgebung in Verbindung steht, kommt der Abdichtung besondere Bedeutung zu, um den Gassatz vor Feuchtigkeit zu schützen. Durch die erfindungsgemäße Ausführung wird eine sehr zuverlässige Abdichtung erzielt, die bei mechanischer Einwirkung von außen sogar noch verbessert wird, weil sich der Abdichtpfropfen gegen seinen Sitz drückt. Die Brennzeit der zweiten Treibladung liegt typischerweise im Bereich von etwa 50 bis 2000 ms. Nach dem Abbrand des Gassatzes sorgt der Druck im Aktuator für die Entfernung der Abdichtung.

[0013] Zusätzlich kann der Ausströmkanal an der freien Stirnfläche des Kolbens mittels einer Folie abgedichtet sein. Dadurch wird ein sehr sicherer, dauerhafter und kostengünstiger Schutz gegen das Vordringen von Feuchtigkeit zum Inneren des Kolbens erreicht.

[0014] Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist es, dass die Treibladungen Guanidin und/oder Guanidinderivate, wie beispielsweise Nitroguanidin oder Guanidinnitrat, enthalten. Diese Mittel können als Granulat verpresst werden und über die Zusammensetzung der Treibladungen können die Abbrandgeschwindigkeiten der beiden Treibladungen eingestellt werden.

[0015] Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist es vorgesehen, dass die zweite Treibladung in einer axialen Bohrung des Kolbens angeordnet ist, die zum Innenraum des Kolbens hin offen ist. Durch diese Maßnahme ist einerseits eine sichere Aufnahme für die zweite Treibladung geschaffen, und andererseits ist die Treibladung nur von einer Seite aus zugänglich, wodurch sie nur an der zum Innenraum hin offenen Seite, nach dem Prinzip eines Stirnbrenners, abbrennen kann. Die Abbrandgeschwindigkeit kann somit nicht nur durch das Material der Treibladung, sondern auch durch den Durchmesser der Bohrung sowie die Höhe der in der Bohrung befindlichen Treibladung beeinflusst werden.

[0016] Um einen sicheren Halt der Treibladung in der Bohrung des Kolbens zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, dass die Innenseitenflächen der Bohrung zur Aufnahme der zweiten Treibladung zumindest über einen Teil ihrer Tiefe mit Strukturen, z.B. mit Rillen oder einem Gewinde, versehen sind.

[0017] Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist es, dass die zweite Treibladung in die Bohrung des Kolbens eingepresst ist. Die Treibladung kann so sehr einfach durch Verpressen vor dem Ausströmkanal positioniert werden und diesen entsprechend abdichten. Das Material der Treibladung kann dabei einfach oder auch mehrfach eingepresst werden, um eine ausreichende Abdichtung des Ausströmkanals zu gewährleisten.

[0018] Schließlich ist es ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass durch das Abbrennen der zweiten Treibladung der Druck zumindest im Zeitfenster von 35-80 ms nach der Zündung konstant ist, wobei die maximale Abweichung vom Mittelwert des Drucks innerhalb dieses Zeitfensters 10% beträgt. Dadurch wird sichergestellt, dass der Aktuator die notwendige verlängerte Zeitspanne über mit Druck beaufschlagt bleibt.

[0019] Die Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert, wobei die [0020] Fig. 1 schematisch einen Kolben für einen erfindungsgemäßen Aktuator zeigt.

[0021] Der Kolben 2, der in einem Zylinder 17 eines Aktuators axial verschiebbar gehalten ist, umfasst einen Kolbenverschluss 1 und ein Rohr 16, in welchem der Kolbenverschluss 1 dicht gehalten ist. Der Kolbenverschluss 1 ist im gezeigten Beispiel mit dem Rohr 16 fest verbunden und bildet mit diesem eine Einheit. Diese Verbindung kann z.B., wie in der Fig. 1 dargestellt, durch eincrimpen des Kolbenverschlusses 1 in das Rohr 16 gebildet sein. Das zünderseitige Ende des Zylinders 17 mit dem Zünder sowie einer ersten Treibladung des Aktuators ist nicht dargestellt und kann in üblicher Weise aufgebaut sein.

[0022] Der Kolbenverschluss 1 weist einen Kopf 9 auf, dessen Durchmesser den Außendurchmesser des Rohres 16 übersteigt und der mit einer Schulter 10 an einer Stirnfläche des Rohres 16 anliegt.

[0023] In einer axialen zur Innenseite hin offenen Bohrung 12 des Kolbens 2 bzw. des Kolben-veschlusses 1 ist eine zweite Treibladung 3 eingepresst. Dabei ist die zylindrische Wand dieser Bohrung 12 zumindest über einen Teil ihrer Tiefe, mit Strukturen 8, z.B. einem Gewinde oder umlaufenden Rillen, versehen, um den Halt der zweiten Treibladung 3 in der Bohrung 12 zu verbessern.

[0024] Die zweite Treibladung 3 dichtet einen Ausströmkanal 6 ab, über den, nach vollständigem Abbrennen der zweiten Treibladung 3, Brenngase aus dem Aktuator abströmen können. Der Ausströmkanal 6 weist einen sich in Richtung der freien Stirnseite 15 des Kolbens 2 zum Teil stufig vergrößernden Durchmesser auf. Dabei ist in einem Abschnitt des Ausströmkanals 6 ein Abdichtpfropfen 4 aus einem elastomeren Material gehalten, der ein Vordringen von Feuchtigkeit zur Treibladung 3 verhindert.

[0025] Zur Abdichtung des Kolbenverschlusses 1 im Rohr 16 ist ein O- Ring 7, vorgesehen, der in einer umlaufenden Nut 13 des Kolbenverschlusses 1 gehalten ist.

[0026] An der freien Stirnseite 15 des Kolbens 2 ist eine Austrittsöffnung 14 des Auströmkanals 6 mit einer Folie 5 abgedeckt.

[0027] Kommt es zu einer Zündung einer Treibladung und somit zu einer Druckbeaufschlagung des Kolbens 2 im nicht dargestellten Teil des Zylinders des Aktuators, so wird der Kolben 2 ausgeschoben und aufgrund der Temperatur der Brenngase der ersten Treibladung zündet auch die zweite Treibladung 3 und brennt langsam ab. Dadurch bleibt der Druck im Zylinder 17 des Aktuators auch nach Abbrennen der ersten Treibladung weitgehend konstant. Schließlich brennt die zweite Treibladung soweit ab, dass der Ausströmkanal 6 freigegeben wird und sich der Druck im Zylinder 17 des Aktuators rasch abbauen kann. Dabei wird der Abdichtpfropfen 4 ausgestoßen und die Folie 5 durchbrochen. Der Aktuator erfüllt also alle Erfordernisse, um die gestellten Aufgaben in einfacher Art und Weise zu lösen. In einer ersten Phase der Zündung wird der Kolben 2 durch die erste Treibladung rasch ausgeschoben und führt zu einem entsprechend schnellen Anstellen der Motorhaube. In einer zweiten Phase wird der Druck im Kolben 2 durch den langsamen Abbrand der zweiten Treibladung 3 für einen verlängerten Zeitraum möglichst konstant gehalten und in einer dritten Phase wird nach dem Abbrand der zweiten Treibladung 3 der Druck im Zylinder 17 rasch abgebaut, wodurch die Rückstellung der Motorhaube durch Zurückdrücken des Kolbens 2 in den Zylinder 17 ohne großen Kraftaufwand ermöglicht ist.

Claims (7)

1. Patentansprüche 1. Pyrotechnischer Aktuator für das Anstellen einer Motorhaube eines Fahrzeugs, mit einem von einer pyrotechnischen Treibladung beaufschlagbaren, in einem Zylinder (17) verschiebbaren Kolben (2), der mit einem freien Ende aus dem Zylinder (17) herausragt, wobei der Kolben (2) eine Ausströmöffnung (14) aufweist, welche über einen Ausströmkanal (6) mit der Innenseite des Kolbens (2) verbunden ist, und wobei im Inneren des Kolbens (2) in Ausgangsstellung vor der Zündung des Aktuators eine zweite Treibladung (3) vor dem Ausströmkanal (6) angeordnet ist, wodurch dieser durch die zweite Treibladung (3) abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausströmöffnung (14) am freien Ende des Kolbens (2) stirnseitig vorgesehen ist und dass der Ausströmkanal (6) einen sich gegen die freie Stirnseite (15) des Kolbens (2) vergrößernden, vorzugsweise stufig vergrößernden, Durchmesser aufweist, in dem ein Abdichtpfropfen (4) eingesetzt ist.
2. 2. Pyrotechnischer Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausströmkanal (6) an der freien Stirnfläche (15) des Kolbens (2) mittels einer Folie (5) abgedichtet ist.
3. 3. Pyrotechnischer Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibladungen (3) Guanidin und/oder Guanidinderivate, wie beispielsweise Nitroguanidin oder Guanidinnitrat, enthalten.
4. 4. Pyrotechnischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Treibladung (3) in einer axialen Bohrung (12) des Kolbens (2) angeordnet ist, die zum Innenraum des Kolbens (2) hin offen ist.
5. 5. Pyrotechnischer Aktuator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseitenflächen der Bohrung (12) zur Aufnahme der zweiten Treibladung (3) zumindest über einen Teil ihrer Tiefe mit Strukturen (8), z.B. mit Rillen oder einem Gewinde, versehen sind.
6. 6. Pyrotechnischer Aktuator nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Treibladung (3) in die Bohrung (12) des Kolbens (2) eingepresst ist.
7. 7. Pyrotechnischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Abbrennen der zweiten Treibladung (3) der Druck zumindest im Zeitfenster von 35-80 ms nach der Zündung konstant ist, wobei die maximale Abweichung vom Mittelwert des Drucks innerhalb dieses Zeitfensters 10% beträgt. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen