AT525523A1

AT525523A1 - Pyrotechnischer Aktuator

Info

Publication number: AT525523A1
Application number: ATA50724/2021A
Authority: AT
Original assignee: Astotec Automotive Gmbh
Priority date: 2021-09-15
Filing date: 2021-09-15
Publication date: 2023-04-15
Also published as: DE102022123404B4; DE102022123404A1; AT525523B1

Abstract

Ein pyrotechnischer Aktuator mit einem Gaserzeuger umfasst wie üblich einen Zünder, ein Gehäuse (11), einen im Gehäuse verschiebbaren Kolben (21) und ein am Kolben befestigtes Dichtelement (31), das während der Ausschubbewegung mittels einer am Gehäuse (11) gleitenden Dichtfläche (32) den Spalt zwischen Gehäuse (11) und Kolben (21) abdichtet. Erfindungsgemäß liegt die Dichtfläche (32) in der Ausgangslage in einem Bereich (18) des Gehäuses (11), der im Vergleich zu dem Bereich (19, 20), den die Dichtfläche (32) während der Ausschubbewegung überstreicht, einen vergrößerten Durchmesser aufweist. Dadurch wird verhindert, dass sich der Durchmesser des Dichtelements (31) bei wiederholter Wärmebelastung verringert. Der Bereich (19, 20) des Gehäuses, den die Dichtfläche während der Ausschubbewegung überstreicht, kann zylindrisch sein, bevorzugt ist er aber konisch verjüngt und/oder weist eine weitere Stufe (15, 16, 17) auf. Wenn der Zünder eine Zünderkappe (41) aufweist, kann diese den Kolben (21) im Ausgangszustand radial fixieren.

Description

abdichtet.

Pyrotechnische Aktuatoren werden in der Automobilindustrie eingesetzt, wenn es darauf ankommt, Sicherheitsfunktionen sehr schnell zu aktivieren. Die pyrotechnischen Aktuatoren sind zwar nicht mehrfach verwendbar, bieten aber bei kleinem Bauraum und niedrigem Gewicht eine große Leistungsfähigkeit. Geht man von seltener Verwendung aus, ist dies eine sehr effiziente Lösung. Bekannte Anwendungen sind die Anhebung der Motorhaube im Scharnier- und im Schlossbereich, um zusätzlichen Dämpfungsraum für den Kopfaufprall eines Fußgängers im

Crashfall zu erzeugen.

Ein Aktuator der eingangs genannten Art ist z.B. aus AT 12351 U1 bekannt.

Die Anhebung im Schlossbereich ist besonders herausfordernd, weil bei einer Integration des Aktuators im Mechanismus des Schlosses nur wenig Platz zur Verfügung steht und der Aktuator die Funktion des Schlosses nicht behindern soll, was eine leichte Rückstellbarkeit erfordert. Als Nachteil kommt hinzu, dass sich das Schloss in der Nähe der Kühlerbrücke befindet, oft auch direkt daran montiert ist, und deshalb deutlich erhöhten Temperaturen ausgesetzt ist. Diese Kombination aus hoher Temperaturbeständigkeit und leichter Rückstellbarkeit ist bis

Jetzt noch nicht ausreichend gut gelöst. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen pyrotechnischen Aktuator zu schaffen, der leicht rückstellbar ist und höhere

Temperaturbeständigkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird durch einen Aktuator der eingangs genannten Art

erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Dichtfläche in der

überstreicht, einen vergrößerten Durchmesser aufweist.

Wie im Rahmen der vorliegenden Erfindung festgestellt wurde, ist das Problem der geringen Temperaturbeständigkeit bei den bekannten Aktuatoren die Abdichtung zwischen Gehäuse und Kolben. Das Gehäuse weist üblicher Weise einen konstanten Durchmesser auf, das heißt das Dichtelement liegt mit Vorspannung am Gehäuse an. Wird das Dichtelement nun oftmals stark erwärmt, verformt es sich plastisch, es wird auf den Innendurchmesser des Gehäuses kalibriert, die Vorspannung geht nach und nach verloren. Eine Erhöhung der Vorspannung würde diesen Effekt zwar verlangsamen, aber die Reibung erhöhen, sodass der Aktuator - zumindest wenn er noch relativ neu ist - nur mit großem

Kraftaufwand rückstellbar wäre.

Erfindungsgemäß ist das Dichtelement im Ausgangszustand nicht oder kaum vorgespannt. Dadurch wird es bei der einwirkenden Temperaturwechsel-Belastung nicht auf den Innendurchmesser des Gehäuses des Aktivators kalibriert. Bei Zündung des Zünders bzw. des Gasgenerators zum Antrieb des Kolbens bewegt sich der Kolben vorwärts, wodurch das Dichtelement in einen etwas engeren Bereich des Gehäuses

und somit unter Spannung kommt und somit dichtend wirkt.

Damit der Aktuator möglichst kompakt ist, ist es zweckmäßig, wenn der Bereich des Gehäuses mit vergrößertem Durchmesser weniger als 5 mm, besonders bevorzugt weniger als 3 mm, von der Ausgangslage der

Dichtfläche entfernt endet.

Am besten ist es, wenn der Bereich des Gehäuses mit vergrößertem Durchmesser unmittelbar neben der Ausgangslage der Dichtfläche endet, nicht nur wegen der Kompaktheit, sondern auch deswegen, weil dadurch

der Kolben in der Ausgangslage zumindest lose fixiert ist.

Durch den vergrößerten Durchmesser ergibt sich zwangsläufig eine

Stufe, die vorzugsweise konisch ausgebildet ist. Der weitere

Innendurchmesser sein.

Die Variante mit zusätzlicher Stufe im Rohr ist besonders gut geeignet, wenn der Aktuator erst in ein Antriebssystem, z.B. eine Kulisse, eingreift und erst zu einem späteren Zeitpunkt die Hebearbeit leistet, d.h. wenn zunächst ein gewisser Totgang vorhanden ist. Nach Überwindung des Totgangs muss die Abdichtung zwischen Innenfläche des Gehäuses und dem Kolben bereits entsprechend druckbelastbar sein, was eine entsprechende Überdeckung zwischen Dichtlippe (in entspanntem

Zustand) und Innenwand des Gehäuses erfordert.

Die Variante mit einem Durchmessersprung und/oder kegelförmiger Abnahme des Innendurchmessers ist fertigungstechnisch besonders gut herstellbar, wenn das Gehäuse des Aktuators durch Tiefziehen

hergestellt wird.

Die Variante mit zylindrischem Durchmesser der Innenfläche des Gehäuses ist für geringere Kräfte vorgesehen, weil bei größerer

Überdeckung die Rückschiebekräfte höher liegen.

Das Dichtelement kann ein Spritzgussteil sein, wobei dieses vorzugsweise aus Polyamid besteht und wärmestabilisiert ist, damit es

den Temperaturschwankungen standhält.

Der Kolben ist vorzugsweise ein Tiefziehteil.

Damit die Dichtlippe tatsächlich nirgendwo vorgespannt ist, muss der Kolben radial fixiert sein. Dies ist möglich, indem sich der Kolben in der Ausgangslage mit seiner Schulter gegen das Gehäuse abstützt und die Dichtfläche gegenüber der Innenwand des Gehäuses radial freigestellt ist, und/oder dadurch, dass der Zünder eine Zünderkappe aufweist und dass der Kolben im Ausgangszustand durch die Zünderkappe

radial fixiert ist.

Auftulpung des Kolbens am Kolben fixiert ist.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Gehäuse eine Abströmöffnung besitzt. Auf diese Weise wird der Druck nach der Auslösung abgebaut und somit das Zurückdrücken erleichtert. Wenn die Länge der Dichtfläche kleiner als die Länge der Abströmöffnung - Jeweils in Bewegungsrichtung des Kolbens betrachtet ist, verliert die Dichtlippe bei Überfahren der Abströmöffnung ihre Dichtfunktion. Beim Überfahren der Abströmöffnung mit dem Dichtelement kommt es nämlich durch die heißen Gase zu einer Auswaschung des Kunststoffs, die die Dichtheit beeinträchtigt und somit das Einschließen von Luft beim Reversieren des Kolbens vermindert. Dieser Effekt tritt besonders dann auf, wenn die Auflagefläche des Dichtelements am Gehäuse kürzer als die Länge der Abströmöffnung ist. ES ist dabei günstig, wenn das Gehäuse von einem Außengehäuse aus Kunststoff umhüllt ist, welches die Abströmöffnung abdeckt. Auf diese Weise wird verhindert, dass Staub, Feuchtigkeit und dergleichen in das Innere des Gehäuses eindringen. Beim Auslösen des Aktuators ist der Druck so hoch, dass sich das Gas einen Weg zwischen dem Außengehäuse und dem Gehäuse sucht, wenn das Außengehäuse aus Kunststoff nicht

ohnehin bricht.

An Hand der beiliegenden Zeichnungen wird die vorliegende Erfindung näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 das zünderseitige Ende eines erfindungsgemäßen Aktuators in Ausgangslage; Fig. 2 denselben kurz

nach der Auslösung; und Fig. 3 denselben geringfügig später.

Das Gehäuse 11 des Ausführungsbeispiels weist am zünderseitigen Ende (rechts in den Abbildungen) einen Bereich 18 mit vergrößertem Durchmesser auf. Es sind zwei Abwinkelungen 12, 13 vorhanden, zwischen denen ein konischer Bereich 14 liegt, sodass sich eine (abgeflachte)

Stufe ergibt. Links von dem konischen Bereich 14, in einem Bereich 19,

davon.

Es sind noch zwei weitere Abwinkelungen 15, 16 vorhanden, zwischen denen sich ein weiterer konischer Bereich 17 befindet, sodass sich eine weitere (stark abgeflachte) Stufe ergibt. Die Konizität des konischen Bereichs 17 ist jedoch wesentlich geringer als die Konizität des konischen Bereichs 14. Dennoch gilt auch hier, dass der Durchmesser des Gehäuses 11 links vom konischen Bereich 17, in einem

Bereich 20, (geringfügig) kleiner ist als im Bereich 19 rechts davon.

Im Bereich 18 mit vergrößertem Durchmesser befindet sich ein Zünder,

von dem im Wesentlichen nur die Zünderkappe 41 dargestellt ist.

Im Gehäuse 11 befindet sich wie üblich ein Kolben 21, der an seinem zünderseitigen Ende eine konische Erweiterung 24 aufweist, die von zwei Abwinkelungen 22, 23 begrenzt ist. In das zünderseitige Ende ist ein Dichtelement 31 eingesetzt, das - an seinem der Zünderkappe 41 zugewandten Ende - eine Dichtfläche 32 in Form einer Dichtlippe 32 aufweist. Die Dichtlippe 32 hat einen geringen Abstand zum Gehäuse 11. Die Zünderkappe 41 liegt innerhalb der Dichtlippe 32 am Dichtelement 31 an, sodass das Dichtelement 31 und somit auch der Kolben 21 in der Ausgangslage radial fixiert sind und somit sichergestellt ist, dass die Dichtlippe 32 nirgends das Gehäuse 11 berührt. Das Dichtelement 31 ist durchgehend hohl, aber der Kolben 21 ist an seinem zünderfernen Ende (nicht dargestellt) geschlossen, sodass der Druck, der beim Zünden des Zünders entsteht, nicht entweichen kann. Der Kolben 21 kann

insbesondere durch Tiefziehen hergestellt, also einstückig, sein.

Zwischen dem Dichtelement 31 und dem Kolben 21 befindet sich eine ORing-Dichtung 33. Diese O-Ring-Dichtung 33 verhindert, dass Gase aus dem Inneren des Kolbens 21 zwischen Dichtelement 31 und Kolben 21 in das Gehäuse 11 strömen und dort einen Gegendruck aufbauen können. Sie bewirkt weiters eine gewisse Fixierung des Dichtelements 31 im Kolben

21.

statt:

Während der Lebensdauer ändert das Dichtelement 31 und insbesondere die Dichtlippe 32 durch den Einfluss der Temperatur seine bzw. ihre Dimension nicht, denn die Dichtlippe 32 ist in Einbaulage nicht vorgespannt und wird deshalb auch nicht bei den Phasen hoher Temperatur auf den Innendurchmesser des Gehäuses 11 kalibriert, um danach bei Auslösung bei Raumtemperatur zu klein zu sein. Dieser Effekt ist besonders bei niedrigen Innendrücken, die die Dichtlippe 32 nicht gegen die Innenwand des Gehäuses 11 drücken können, zu

berücksichtigen.

Bei Auslösung verlässt der Kolben 21 seine Ausgangslage und kommt nach ca. 1-2 mm in den ersten Bereich 19 mit verkleinertem Durchmesser (siehe Fig. 2). Hier ist die Dichtlippe 32 bereits etwas radial vorgespannt und treibt den Mechanismus zur Anhebung des Schließbügels an. (In Fig. 2 ist die Dichtlippe 32 im entspannten Zustand gezeichnet, sodass sie mit dem Gehäuse 11 überlappt. Tatsächlich wird sie natürlich nach innen gedrückt, sodass sie mit Druck an der

Innenseite des Gehäuses 11 anliegt.)

Kurz bevor im Antriebssystem der Kraftschluss zur eigentlichen Hubarbeit eintritt, kommt die Dichtlippe 32 in den Bereich 17, wo sich der Durchmesser des Gehäuses zum zweiten Mal verj]jüngt, sodass die Vorspannung der Dichtlippe 32 für die maximale Druckbelastbarkeit erreicht wird, und ausreichend Kraft für die Anstellung zur Verfügung

steht (siehe Fig. 3).

Nach Erreichen der geforderten Ausschublänge wird der Aktuator mittels einer Abströmöffnung 34 im Gehäuse 11 entlüftet. Zur Reversion wird eine Rückholfeder verwendet, die in diesem Zustand die größte Vorspannung besitzt. Wird die Verriegelung der oberen Position des Schlosses wieder freigegeben, drückt die Rückholfeder mit sinkender Kraft den Aktuator zurück in die Ausgangslage. Beim Erreichen des

konischen Bereichs 17 findet eine starke Verringerung der Reibung

sinkt die Reibungskraft kontinuierlich mit der Rückschiebebewegung.

Als Dichtelement 31 sind vorzugsweise Spritzgussteile aus Thermoplasten vorgesehen, die als Dichtfläche 32 eine Dichtlippe aufweisen. Als Material ist Polyamid bevorzugt, besonders bevorzugt mit wärmestabilisierenden Zusätzen. O-Ringe sind zwar möglich, aber weniger geeignet, da sie einerseits große Toleranzen der Schnurstärke aufweisen und andererseits eine hohe Reibung zum Gehäuse 11 aufbauen, die mit einer vertretbaren Rückholfeder nur schwer überwunden werden

kann.

Der Kolben 21 kann ein Drehteil sein, bevorzugt ist jedoch die Ausbildung als Tiefziehteil. Bei einem tiefgezogenen Kolben 21 kann die Schulter 25 des Kolbens 21 durch Rohrumformung gebildet und dadurch das Dichtelement 31 fixiert werden. Alternativ kann das

Dichtelement 31 auch mittels eines Nietes im Kolben 21 fixiert werden.

Besonders bevorzugt stützt sich in Ausgangslage die Schulter 25 des Kolbens 21 gegen die Gehäuseinnenwand, ohne dass das Dichtelement 31

die Gehäuseinnenwand radial berührt.

Die Position des Kolbens 21 ist am zünderfernen Ende durch das außenliegende (Kunststoff-)Gehäuse 11 axial bestimmt, durch die Zünderkappe 41 ist das zündernahe Ende des Kolbens 21 in radialer

Richtung definiert. Dies dient zur Verminderung von Klingelgeräuschen.

Claims

Pyrotechnischer Aktuator mit einem Gaserzeuger, der einen Zünder umfasst, mit einem Gehäuse (11), einem im Gehäuse verschiebbaren Kolben (21) und einem am Kolben befestigten Dichtelement (31), das während der Ausschubbewegung mittels einer am Gehäuse (11) gleitenden Dichtfläche (32) den Spalt zwischen Gehäuse (11) und Kolben (21) abdichtet, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (32) in der Ausgangslage in einem Bereich (18) des Gehäuses (11) liegt, der im Vergleich zu dem Bereich (19, 20), den die Dicht£fläche (32) während der Ausschubbewegung überstreicht, einen

vergrößerten Durchmesser aufweist.

Pyrotechnischer Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (18) des Gehäuses (11) mit vergrößertem Durchmesser weniger als 5 mm, besonders bevorzugt weniger als 3 mm,

von der Ausgangslage der Dichtfläche (32) entfernt endet.

Pyrotechnischer Aktuator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (18) des Gehäuses (11) mit vergrößertem Durchmesser unmittelbar neben der Ausgangslage der Dichtfläche (32)

endet.

Pyrotechnischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Bereich (19, 20) des Gehäuses, den die Dichtfläche während der Ausschubbewegung überstreicht, konisch

verjüngt und/oder eine weitere Stufe (15, 16, 17) aufweist.

Pyrotechnischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch

gekennzeichnet, dass das Dichtelement (31) ein Spritzgussteil ist.

Pyrotechnischer Aktuator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

dass das Spritzgussteil aus Polyamid besteht.

Pyrotechnischer Aktuator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

dass das Polyamid wärmestabilisiert ist.

11.

12.

13.

14.

15

Pyrotechnischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

gekennzeichnet, dass der Kolben (21) ein Tiefziehteil ist.

Pyrotechnischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch

dadurch

gekennzeichnet, dass sich der Kolben (21) in der Ausgangslage mit

seiner Schulter (25) gegen das Gehäuse (11) abstützt und die

Dicht£fläche (32) gegenüber der Innenwand des Gehäuses (11)

freigestellt ist.

Pyrotechnischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 9,

radial

dadurch

gekennzeichnet, dass der Zünder eine Zünderkappe (41) aufweist und

dass der Kolben (21) im Ausgangszustand durch die Zünderkappe (41)

radial fixiert ist.

Pyrotechnischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 10,

dadurch

gekennzeichnet, dass das Dichtelement (31) durch einen Niet im

Kolben (21) fixiert ist.

Pyrotechnischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 10,

dadurch

gekennzeichnet, dass das Dichtelement (31) den Kolben ringartig

umgibt und durch Anstauchung oder Auftulpung des Kolbens (21) am

Kolben fixiert ist.

Pyrotechnischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 12,

dadurch

gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11) eine Abströmöffnung (34)

besitzt.

Pyrotechnischer Aktuator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,

dass die Länge der Dichtfläche (32) kleiner als die Länge der

Abströmöffnung (34) - jeweils in Bewegungsrichtung des Kolbens

betrachtet - ist.

. Pyrotechnischer Aktuator nach Anspruch 13 oder 14, dadurch

gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11) von einem Außengehäuse aus

Kunststoff umhüllt ist, welches die Abströmöffnung abdeckt.