AT525443B1

AT525443B1 - Pyrotechnischer Aktuator

Info

Publication number: AT525443B1
Application number: ATA50816/2021A
Authority: AT
Original assignee: Astotec Automotive Gmbh
Priority date: 2021-10-12
Filing date: 2021-10-12
Publication date: 2023-04-15
Also published as: DE102022126359A1; AT525443A4

Abstract

Ein pyrotechnischer Aktuator (1), der insbesondere zum Anheben einer Motorhaube dient, weist ein Gehäuse (2) und einen im Gehäuse (2) mittels eines Zünders (11) verschiebbaren Kolben (6') mit Kolbenstange (6) auf, die am zünderfernen Ende durch eine Austrittsöffnung des Gehäuses (2) aus diesem ragt und an der außerhalb des Gehäuses (2) ein weiteres Bauteil (14), beispielsweise eine gestanzte Scheibe, befestigt ist. Das weitere Bauteil (14) ist durch plastische Deformation an der Kolbenstange (6) formschlüssig fixiert. Die Kolbenstange (6) besteht aus Vollmaterial und am zünderfernen Ende der Kolbenstange (6) ist ein Vorsprung (13) vorgesehen, der durch eine Öffnung des weiteren Bauteils (14) ragt, wobei dieser Vorsprung (13) durch plastische Deformation verbreitert ist, sodass das weitere Bauteil (14) formschlüssig fixiert ist. Erfindungsgemäß weist das weitere Bauteil (14) zur Vergrößerung der Auftrefffläche einen Durchmesser auf, der geringer ist als der Durchmesser des Gehäuses (2) im Bereich der Austrittsöffnung für die Kolbenstange (6). Dadurch wird die Motorhaube auch dann zuverlässig angehoben, wenn nicht die Kolbenstange (6), sondern nur das weitere Bauteil (14) den Auftreffpunkt der Motorhaube trifft.

Description

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen pyrotechnischen Aktuator, insbesondere zum Anheben einer Motorhaube, mit einem Gehäuse und einem im Gehäuse mittels eines Zünders verschiebbaren Kolben mit Kolbenstange, die am zünderfernen Ende durch eine Austrittsöffnung des Gehäuses aus diesem ragt, wobei außerhalb des Gehäuses ein weiteres Bauteil befestigt ist, dessen radiale Erstreckung größer als die radiale Erstreckung der Kolbenstange im Bereich des zünderfernen Endes ist, wobei das weitere Bauteil durch plastische Deformation an der Kolbenstange formschlüssig fixiert ist, wobei die Kolbenstange aus Vollmaterial besteht und am zünderfernen Ende der Kolbenstange ein Vorsprung vorgesehen ist, der durch eine Öffnung des weiteren Bauteils ragt, wobei dieser Vorsprung durch plastische Deformation verbreitert ist, Sodass das weitere Bauteil formschlüssig fixiert ist.

[0002] Pyrotechnische Aktuatoren finden in der automotiven Sicherheitstechnik weite Verbreitung, wenn es darum geht, in kurzer Zeit hohe Kräfte freizusetzen. Eine typische Anwendung sind aktive Fußgängerschutzsysteme, die im Falle eines Zusammenpralls des Fahrzeugs mit einem Fußgänger die Motorhaube anstellen und so einen zusätzlichen Deformationsraum zu den harten Komponenten im Motorraum bereitstellen. Vor der eigentlichen Anstellung muss eine Fixierung der Ausgangslage gelöst werden, hierbei handelt es sich oft um Abreißelemente im Scharnier.

[0003] In der EP 2699455 B1 von Autoliv ist eine kostengünstige Lösung für einen Aktuator dargestellt, die jedoch nur einen kleinen Durchmesser des Endes der Kolbenstange zulässt. Durch Toleranzen im Rohbau der Karosserie und Montage des Aktuators ist es schwierig, die Auslösepositionen im Scharnier immer zuverlässig zu treffen. Um dem entgegenzuwirken, wird die Kolbenspitze oft vergrößert, was mit großem Aufwand verbunden ist. In der US 9956938 B2 von Takata ist beispielsweise eine Mutter geoffenbart, die auf ein Gewinde am Ende der Kolbenstange geschraubt wird. Ebenso sind umgekehrte Lösungen bekannt, bei denen ein weiteres Bauteil in den Kolben geschraubt oder gecrimpt wird.

[0004] All diese Lösungen sind jedoch sehr aufwändig.

[0005] Die Vergrößerung der Trefferfläche kann nämlich bei vielen Aktuatorkonzepten erst nach Verbau des Kolbens samt Kolbenstange im Gehäuse stattfinden, weil nämlich meist weder der Kolben noch das weitere Bauteil durch das Gehäuse geschoben werden kann. Das macht beim Einschrauben eine Fixierung des Kolbens im Gehäuse notwendig, damit sich der Kolben bzw. die Kolbenstange nicht drehen kann, und diese Fixierung muss dem für das Anschrauben des weiteren Bauteils notwendigen Drehmoment standhalten. Oft erfordert der Prozess des Verschraubens auch eine zusätzliche Sicherung, etwa in Form eines Sicherungslacks.

[0006] Aus der AT 522245 B1 ist bereits bekannt, eine Art Stopfen auf einer rohrförmigen Kolbenstange zu fixieren. Dabei ragt der Stopfen mit einem Zapfen in das Innere der Kolbenstange. Dieser Zapfen hat einen Außendurchmesser, der im Wesentlichen dem Innendurchmesser der rohrförmigen Kolbenstange entspricht. Dieser Zapfen weist einen Hals mit verringertem Durchmesser auf, und in diesem Bereich ist das Ende der rohrförmigen Kolbenstange nach innen gebogen, sodass der Stopfen formschlüssig fixiert ist. Diese Lösung ist jedoch für massive Kolbenstangen nicht geeignet. Bei vielen Aktuatorkonzepten darf außerdem der Kolben während der Montage nicht über seine Startposition hinaus gedrückt werden, z.B. weil sonst die Verriegelung der Ausgangslage der Kolbenstange zerstört würde - dadurch ist ein seitliches Verpressen mit großen Designeinschränkungen verbunden.

[0007] Ein pyrotechnischer Aktuator der eingangs genannten Art ist aus GB 2395693 A bekannt. Der dort beschriebene pyrotechnische Aktuator ist teleskopartig aufgebaut: In einem Gehäuse (cylindrical guide 41) ist ein Hohlkolben (cylindrical piston 44) verschiebbar angeordnet, und im Hohlkolben ist ein Kolben (piston unit 48) mit einer Kolbenstange (piston rod 49) aus Vollmaterial verschiebbar angeordnet.

[0008] Das dort beschriebene weitere Bauteil ist eine Kappe (cap 56), welche das obere Ende des Gehäuses und des Hohlkolbens abdeckt. Diese Kappe ist also bloß eine Abdeckkappe. De-

ren Durchmesser ist im Vergleich zur Kolbenstange viel zu groß und ihre Dicke viel zu gering, um große seitliche Kräfte aufzunehmen, wie dies der Fall wäre, wenn die Kolbenstange nicht genau die Auslöseposition trifft und daher die Kappe die gesamte zum Anstellen der Motorhaube notwendige Kraft übertragen müsste.

[0009] Aus EP 2394870 A1 ist eine Baugruppe bekannt, die zusätzlich zu einem pyrotechnischen Aktuator vorgesehen werden kann, damit die Motorhaube, nachdem sie vom pyrotechnischen Aktuator angehoben wurde, in der angehobenen Lage gehalten und nur mit großer, festgelegter Kraft (wie sie beim Aufprall des Kopfes auftritt) zurückgedrückt werden kann. Diese Baugruppe beinhaltet eine Kolbenstange, die durch die Kraft einer Feder ausgefahren werden kann. Eine an der Kolbenstange befestigte Scheibe dient als Auflagefläche für diese Feder und nicht zum Vergrößern der Trefferfläche.

[0010] Auch gemäß DE 102015102052 A1 wird eine Kolbenstange durch die Kraft einer Feder ausgefahren. Auch hier ist eine Scheibe an der Kolbenstange vorgesehen, die als Auflagefläche für die Feder dient. Die Scheibe ist an der Kolbenstange, die in diesem Bereich hohl ist und ein Innengewinde aufweist, mit einer Schraube angeschraubt.

[0011] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung zu finden, die für massive Kolbenstangen geeignet ist, die weniger aufwändig ist als die bekannten Lösungen und die geeignet ist, große Kräfte aufzunehmen, wie sie auftreten, wenn die Kolbenstange nicht genau trifft und somit das weitere Bauteil die außermittig auftretende Kraft übertragen muss.

[0012] Diese Aufgabe wird durch einen Aktuator der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das weitere Bauteil zur Vergrößerung der Auftrefffläche einen Durchmesser aufweist, der geringer ist als der Durchmesser des Gehäuses im Bereich der Austrittsöffnung für die Kolbenstange.

[0013] Die formschlüssige Fixierung erfolgt erfindungsgemäß also auf der (aus dem Gehäuse vorstehenden) Stirnfläche der Kolbenstange, und dieser Bereich ist sehr gut zugänglich. Am einfachsten ist es, wenn der Vorsprung auf der zünderabgewandten Seite des weiteren Bauteils umgeformt wird. Denkbar ist aber auch, dass die plastische Deformation in einen Inneneinstich des weiteren Bauteils erfolgt.

[0014] Wenn der Vorsprung rohrförmig ist, kann man ihn auf der zünderabgewandten Seite des weiteren Bauteils nach außen umbiegen, was ganz einfach z.B. durch Einführen eines kegelförmigen Werkzeugs in das Innere des rohrförmigen Vorsprungs möglich ist. Dieses kegelförmige Werkzeug liegt bei der Verformung außerhalb und in der Verlängerung des Aktuators, wo es keinerlei Platzprobleme gibt.

[0015] Alternativ dazu kann der Vorsprung auch vollzylindrisch, also massiv (nicht hohl) sein und vertaumelt oder vernietet werden, sodass das weitere Bauteil formschlüssig fixiert ist. Taumeln und Nieten sind ähnliche Kaltumformverfahren. Beim Taumeln wird durch eine taumelnde Bewegung des oberen Gesenks an einem rotationssymmetrischen Werkstück immer nur eine Teilfläche des Werkstückes verformt, dadurch lässt sich mit relativ geringem Kraftaufwand eine große Umformung verwirklichen. Beim Nieten wird hingegen das gesamte Werkstück gleichzeitig verformt, was einen entsprechend höheren Kraftaufwand benötigt.

[0016] In beiden Fällen ist die formschlüssige Verbindung dann besonders effektiv, wenn die Öffnung im weiteren Bauteil angesenkt ist, sich also konisch verbreitert. Dadurch kann der deformierte Vorsprung vollflächig in dieser Ansenkung des weiteren Bauteils anliegen.

[0017] Günstigerweise erfolgt die Herstellung der Kolbenstange durch Kaltumformung, wobei die Herstellung aus einem Aluminiumdraht durch sogenanntes "Schlagen" besonders bevorzugt ist. Klassisches Fließpressen von beispielsweise Edelstahl ist ebenfalls möglich.

[0018] Das weitere Bauteil ist bevorzugt scheibenförmig und kann durch einen Stanzprozess günstig erzeugt werden. Ggf. kann diese Scheibe auch durchgebogen sein. Dabei ist bevorzugt, dass der Außendurchmesser der Scheibe zumindest 1 mm, besonders bevorzugt 2 mm größer als der Durchmesser der Kolbenstange ist.

[0019] Alternativ kann das weitere Bauteil auch ein (fließ-)gepresster oder geschlagener Teil sein, hier wird eine Formgebung mit zumindest einseitiger Bombierung bevorzugt.

[0020] Der Vorsprung der Kolbenstange hat bei der Herstellung den Vorteil, dass die Kolbenstange mit einem Dorn "geholt" werden kann. Das Gehäuse hat eine Austrittsöffnung für die Kolbenstange. Durch diese Austrittsöffnung steckt man von außen einen Dorn in das Gehäuse und verschiebt ihn so lange, bis er am zünderseitigen Ende des Gehäuses wieder hervorkommt. In dieser Lage drückt man den Vorsprung der Kolbenstange gegen den Dorn und bewegt dann beide Teile gleichzeitig in die Gegenrichtung, bis die Kolbenstange durch die Austrittsöffnung gleitet.

[0021] Ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Aktuators ist daher dadurch gekennzeichnet, dass man durch die Austrittsöffnung des Gehäuses für die Kolbenstange von außen einen Dorn in das Gehäuse einführt und ihn so lange verschiebt, bis er am zünderseitigen Ende des Gehäuses hervorkommt, dass man in dieser Lage den Vorsprung der Kolbenstange gegen den Dorn drückt und dann beide Teile gleichzeitig in die Gegenrichtung bewegt, bis die Kolbenstange durch die Austrittsöffnung gleitet, wonach man das weitere Bauteil mit seiner Öffnung auf den Vorsprung legt und den überstehenden Teil des Vorsprungs umformt, sodass ein umgebogener Bereich entsteht und das weitere Bauteil formschlüssig mit der Kolbenstange verbunden ist, und dass man vor oder nach der Fixierung des weiteren Bauteils in üblicher Weise die Treibladung und den Zünder montiert.

[0022] In einer Variante dieses Ablaufs können Durchführen und formschlüssiges Verbinden durch Umformen in einem Arbeitsgang erfolgen.

[0023] An Hand der beiliegenden Zeichnungen wird die vorliegende Erfindung näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Aktuator im Schnitt; Fig. 2 das Detail A von Fig. 1 in vergrößertem Maßstab; und Fig. 3 eine perspektivische Außenansicht des pyrotechnischen Aktuators.

[0024] Gemäß Fig. 1 besteht der Aktuator 1 aus einem rohrförmigen Gehäuse 2, in dem eine Kolbenstange 6 verschiebbar ist. Diese Kolbenstange 6 ist unten zu einem Kolben 6' erweitert. An ihrem dem Kolben 6' gegenüberliegenden Ende ist die Kolbenstange 6 in einem Zwischenstück 3 geführt. Das Zwischenstück 3 besitzt zwei O-Ringe 5a, 5b (siehe Fig. 2) zur Abdichtung zwischen dem Gehäuse 2 und der Kolbenstange 6.

[0025] Hinter dem der Kolbenstange 6 abgewandten Ende des Kolbens 6' (siehe Fig. 1) befindet sich ein Zünder 11 mit Anschlussdrähten 18, die in einem Kabel 17 weitergeführt werden. Dem Zünder 11 benachbart befindet sich eine Treibladung 16.

[0026] Wird der Zünder 11 gezündet, indem über das Kabel 17 bzw. die Anschlussdrähte 18 ein entsprechender Spannungsimpuls angelegt wird, explodiert auch die Treibladung 16 und erzeugt dadurch einen hohen Druck, sodass der Kolben 6' samt Kolbenstange 6 ausfährt (nach oben, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt).

[0027] Da die Kolbenstange 6 einen relativ geringen Durchmesser hat (er muss wegen des Zwischenstücks 3 deutlich geringer sein als der Durchmesser des Kolbens 6’), besteht die Gefahr, dass das zu betätigende Element nicht getroffen wird. Aus diesem Grund ist ein weiteres Bauteil 14 vorgesehen, das einen größeren Durchmesser hat als die Kolbenstange 6.

[0028] Zur Fixierung dieses weiteren Bauteils 14 (siehe Fig. 2) hat die dem Kolben 6' abgewandte Stirnfläche der Kolbenstange 6 einen Vorsprung 13, der durch eine entsprechende Öffnung des weiteren Bauteils 14 ragt. Im Ausführungsbeispiel ist dieser Vorsprung rohrförmig (hohlzylindrisch). Oberhalb der Öffnung (so wie in Fig. 1 und 2 gesehen) ist der Vorsprung 13 nach außen umgebogen, er bildet einen umgebogenen Bereich 15. Dadurch ist das Bauteil 14 formschlüssig gehalten.

[0029] Das Gehäuse 2 weist am oberen Ende, d.h. dem Ende, das dem Zünder 11 abgewandt ist, eine Verjüngung 21 auf, mit der es in eine Offnung eines Halters 12 gesteckt ist. Zur Fixierung im Halter 12 ist das Gehäuse 2 oberhalb des Halters 12 nach außen umgebogen, sodass sich

ein umgebogener Bereich 22 ergibt.

[0030] Hergestellt wird der Aktuator 1 wie folgt: zunächst wird das Gehäuse 2 mit seiner Verjüngung 21 in die Offnung des Halters 12 gesteckt. Dann wird das Gehäuse deformiert, um den umgebogenen Bereich 22 zu bilden.

[0031] Das Gehäuse ist nun mit dem Halter 12 fest (formschlüssig) verbunden.

[0032] Dann wird das Zwischenstück 3 mit den O-Ringen 5a, 5b in das Gehäuse (von unten, wie in Fig. 1 gesehen) eingeschoben, danach wird der Kolben 6' mit der Kolbenstange 6 voraus in das Gehäuse 2 eingeführt (wieder von unten, wie in Fig. 1 gesehen). Dies kann wie oben beschrieben mit Hilfe eines Dorns durchgeführt werden. Wenn die Kolbenstange 6 die in Fig. 1 und 2 dargestellte Position erreicht hat, also aus dem Gehäuse 2 etwas vorsteht, wird das weitere Bauteil 14 mit seiner Öffnung auf den Vorsprung 13 gelegt, danach wird der überstehende Teil des Vorsprungs 13 nach außen gebogen, sodass der umgebogene Bereich 15 entsteht und das weitere Bauteil 14 fest (formschlüssig) mit der Kolbenstange 6 verbunden ist. Schließlich werden in üblicher Weise die Treibladung und der Zünder montiert.

Claims

Patentansprüche

1. Pyrotechnischer Aktuator (1), insbesondere zum Anheben einer Motorhaube, mit einem Gehäuse (2) und einem im Gehäuse (2) mittels eines Zünders (11) verschiebbaren Kolben (6) mit Kolbenstange (6), die am zünderfernen Ende durch eine Austrittsöffnung des Gehäuses (2) aus diesem ragt, wobei außerhalb des Gehäuses (2) ein weiteres Bauteil (14) befestigt ist, dessen radiale Erstreckung größer als die radiale Erstreckung der Kolbenstange (6) im Bereich des zünderfernen Endes ist, wobei das weitere Bauteil (14) durch plastische Deformation an der Kolbenstange (6) formschlüssig fixiert ist, wobei die Kolbenstange (6) aus Vollmaterial besteht und am zünderfernen Ende der Kolbenstange (6) ein Vorsprung (13) vorgesehen ist, der durch eine Öffnung des weiteren Bauteils (14) ragt, wobei dieser Vorsprung (13) durch plastische Deformation verbreitert ist, sodass das weitere Bauteil (14) formschlüssig fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Bauteil (14) zur Vergrößerung der Auftrefffläche einen Durchmesser aufweist, der geringer ist als der Durchmesser des Gehäuses (2) im Bereich der Austrittsöffnung für die Kolbenstange (6).

2. Pyrotechnischer Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (13) rohrförmig und auf der zünderabgewandten Seite des weiteren Bauteils (14) nach außen umgebogen ist.

3. Pyrotechnischer Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (13) vollzylindrisch ist und das weitere Bauteil (14) durch Vertaumeln oder Vernieten des Vorsprungs (13) formschlüssig fixiert ist.

4. Pyrotechnischer Aktuator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung des weiteren Bauteils (14) angesenkt ist.

5. Pyrotechnischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (6) aus Aluminium besteht.

6. Pyrotechnischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (6) ein Fließpressteil oder ein geschlagener Teil ist.

7. Pyrotechnischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Bauteil (14) ein Stanzteil ist.

8. Pyrotechnischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Bauteil (14) ein gepresster oder geschlagener Teil ist.

9. Pyrotechnischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Bauteil (14) eine Scheibe ist.

10. Pyrotechnischer Aktuator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser der Scheibe zumindest 1 mm, besonders bevorzugt 2 mm größer als der Durchmesser der Kolbenstange (6) ist.

11. Pyrotechnischer Aktuator nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe gebogen ist.

12. Pyrotechnischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Bauteil (14) auf zumindest einer Seite bombiert ist.

13. Verfahren zur Herstellung eines pyrotechnischen Aktuators nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass man durch die Austrittsöffnung des Gehäuses (2) für die Kolbenstange (6) von außen einen Dorn in das Gehäuse (2) einführt und ihn so lange verschiebt, bis er am zünderseitigen Ende des Gehäuses (2) hervorkommt, dass man in dieser Lage den Vorsprung der Kolbenstange (6) gegen den Dorn drückt und dann beide Teile gleichzeitig in die Gegenrichtung bewegt, bis die Kolbenstange (6) durch die AustrittsÖffnung gleitet, wonach man das weitere Bauteil (14) mit seiner Öffnung auf den Vorsprung (13) legt und den überstehenden Teil des Vorsprungs (13) umformt, sodass ein umgebogener Bereich (15) entsteht und das weitere Bauteil (14) formschlüssig mit der Kolbenstange

(6) verbunden ist, und dass man vor oder nach der Fixierung des weiteren Bauteils (14) in üblicher Weise die Treibladung (16) und den Zünder (11) montiert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen