AT526223B1

AT526223B1 - Pyrotechnischer Aktuator

Info

Publication number: AT526223B1
Application number: ATA50474/2022A
Authority: AT
Original assignee: Astotec Automotive Gmbh
Priority date: 2022-06-28
Filing date: 2022-06-28
Publication date: 2024-02-15
Also published as: AT526223A1

Abstract

Ein pyrotechnischer Aktuator zum Anstellen einer Motorhaube weist ein Gehäuse (11), einen im Gehäuse (11) verschiebbaren Kolben (15) mit Kolbenstange (15') und einen Gasgenerator zum Verschieben des Kolbens (15) auf. Der Gasgenerator besteht im Wesentlichen aus einem Zünder (17), einer Treibladung (18) und einem Treibladungsgehäuse (19). Um Klingelgeräusche zu verhindern, sind das Treibladungsgehäuse (19) und der Kolben (15) vor der Auslösung miteinander fest verbunden, wobei die Verbindung bei Zündung des Gasgenerators gelöst wird. Dadurch kann vorteilhafter Weise das Ende der Kolbenstange (15') frei aus einer Austrittsöffnung des Gehäuses (11) ragen.

Description

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen pyrotechnischen Aktuator zum Anstellen einer Motorhaube, der ein Gehäuse, einen im Gehäuse verschiebbaren Kolben mit Kolbenstange und einen Gasgenerator zum Verschieben des Kolbens mit Zünder, Treibladung und Treibladungsgehäuse aufweist.

[0002] Aktive Fußgängerschutzsysteme, die beim Anprall des Fahrzeugs an einen Fußgänger die Motorhaube anstellen und so zusätzlichen Deformationsraum für den Kopfaufschlag bereitstellen, sind in der automobilen Sicherheitstechnik vielfach eingeführt. Die Anstellung erfolgt in der Regel durch pyrotechnische Aktuatoren, welche über einen Sensor im Stoßfänger ausgelöst werden. Für die Aktuatoren gibt es eine Vielzahl von Ausführungen, wie z.B. in der EP 2699455 B1 von Autoliv dargestellt, die die Anstellung problemlos ermöglichen, jedoch zu störenden Klingelgeräuschen neigen.

[0003] Wie im Rahmen der vorliegenden Erfindung gefunden wurde, ergeben sich diese Klingelgeräusche insbesondere dadurch, dass die Kolbenstange 12 oben durch die Dichtung 8 festgehalten ist und unten im Bereich des Kolbens 13 ein geringes radiales Spiel hat. Solange die Kappe 9 auf Grund ihrer Elastizität die Kolbenstange 12 samt Kolben 13 nach unten gegen die pyrotechnische Ladung 11 gedrückt hält, kann sich der Kolben 13 kaum bewegen; wenn aber im Laufe der Jahre die Kappe 9 ihre Elastizität verliert, dann kann der Kolben 13 mit geringer Amplitude horizontal schwingen, wobei er an das Gehäuse 2 anschlägt. Dieses Problem wird dann noch erheblich verstärkt, wenn die Kolbenstange und das Gehäuse aus Materialien mit unterschiedlicher Wärmeausdehnung bestehen, z.B. wenn die Kolbenstange aus Aluminium und das Gehäuse aus Metall besteht. Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Aluminium ist etwa doppelt so hoch wie der von Stahl, sodass die Kolbenstange bei hohen Temperaturen gegen die Kappe drückt und diese deformiert. Wenn diese Deformation nicht zur Gänze durch die Elastizität der Kappe aufgenommen wird, verformt sich diese bleibend, sodass dann bei tiefen Temperaturen die Kolbenstange nicht mehr durch die Kappe nach unten gedrückt wird, sondern die Kolbenstange in der Dichtung festgehalten wird und der Kolben somit nicht mehr gegen die pyrotechnische Ladung gedrückt wird, sodass er dann unten schwingen und gegen das Gehäuse schlagen kann.

[0004] In der US 10875491 B2 von Key Safety Systems (heute Joyson Safety Systems) wird zur Unterdrückung dieser unerwünschten Geräusche ein Distanzelement aus Kunststoff mit einer speziellen Form verwendet (siehe Fig. 1A): es handelt sich im Wesentlichen um eine zylindrische Hülse, die etwas oberhalb der Mitte einen nach innen ragenden, kreisringförmigen Vorsprung hat. Dieser kreisringartige Vorsprung liegt zwischen der pyrotechnischen Ladung 50 und dem Kolben 30. Der Bereich des Distanzelements oberhalb des kreisringartigen Vorsprungs umschließt den Kolben 30 in dessen untersten Bereich, wodurch die Klingelgeräusche weitgehend vermieden werden. Das Distanzelement stellt jedoch einen zusätzlichen Bauteil dar, der die Herstellungskosten erhöht. Weiters muss die Kolbenstange zusätzlich gegen das Herausfallen oder Ausgezogen-Werden geschützt werden, wofür weiterer Aufwand, gemäß Fig. 1A dieser Schrift eine Kappe, notwendig ist. Die Funktionen des Klingelschutzes und der axialen Fixierung sind gemäß dieser Schrift mit unterschiedlichen Bauteilen realisiert.

[0005] DE 102006011927 A1 zeigt einen pyrotechnischen Aktuator zum Anstellen der Motorhaube. Hierbei ist der Kolben durch Reibung an einem O-Ring an einer axialen Bewegung gehindert. Der O-Ring stellt hierbei einen nachteiligen Kostenpunkt dar.

[0006] DE 19638838 A1 zeigt einen pyrotechnischen Aktuator mit Formschlüssiger Verbindung zwischen Kolben und einem Haltebund. Hierzu ist eine Nut im Kolben und ein Vorsprung und eine Sollbruchstelle im Treibladungsgehäuse vorgesehen. Dies stellt somit eine kostenintensive Ausgestaltung dar.

[0007] Weitere Ausführungsformen von pyrotechnischen Aktuatoren sind in US 2005035608 A1, JP 2017218106 A, US 4860698 A, DE 20312222 U1, US 20150175496 A1, FR 2938884 A1, EP

1757497 A2, EP 3260706 A1, DE 102013008149 A1 und EP 2157399 A1 offenbart.

[0008] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen möglichst wirtschaftlichen Aufbau eines pyrotechnischen Aktuators zum Anstellen einer Motorhaube zu haben, der zu einer wirtschaftlichen Herstellung und Montage führt, wobei es bei dem Aktuator über die Lebensdauer des Fahrzeugs zu keinen Klingelgeräuschen kommt.

[0009] Diese Aufgabe wird durch einen Aktuator der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Treibladungsgehäuse eine umlaufende Innenfalte, die einen Kragen bildet, aufweist und der Kragen des Treibladungsgehäuses und der Kolben vor der Auslösung direkt mit einer Presspassung miteinander fest verbunden sind und dass die Verbindung bei Zündung des Gasgenerators gelöst wird.

[0010] Grundgedanke der Erfindung ist, dass das Treibladungsgehäuse mit dem Kolben derart verbunden ist, dass bei normalen Betriebsbedingungen eine fixe Verbindung besteht, die den Kolben in der Ausgangsposition hält und erst bei Auslösung des Aktuators den Kolben freigibt. Im Gegensatz dazu wurde der Kolben bzw. die Kolbenstange gemäß dem Stand der Technik stets durch eine Kappe fixiert, die über der Austrittsöffnung im Gehäuse für die Kolbenstange vorgesehen war. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung spielt die unterschiedliche thermische Ausdehnung bei einem Kolben aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung im Vergleich zu einem Gehäuse aus Stahl keine Rolle, weil die Kolbenstange an ihrer Spitze - im Gegensatz zum Stand der Technik- nicht mehr fixiert werden muss. Ein besonderer Vorteil ergibt sich also, wenn das Ende der Kolbenstange frei aus einer Austrittsöffnung des Gehäuses ragt.

[0011] Ein verwandtes Prinzip ist in US 2006/0284404 A1 von Autoliv beschrieben. Dieser Aktuator ist jedoch nicht zum Anheben einer Motorhaube geeignet, und zwar aus zwei Gründen: einerseits besteht der Gasgenerator nur aus einem Zünder, er weist keine Treibladung auf, und entwickelt daher nur wenig Kraft; andererseits (und das hängt mit dem ersten Grund zusammen) ist der mögliche Hub äußerst gering. Dieser Aktuator dient zum Durchschneiden eines TetherBandes eines Airbags, wofür nur ein geringer Hub und eine geringe Kraft notwendig sind. Es ist daher auch keine Kolbenstange im herkömmlichen Sinn vorhanden, am Kolben ist direkt das Schneidelement 120 befestigt (siehe Fig. 2A und 2B dieser Schrift). Daher tritt das Problem der Klingelgeräusche bei dieser Art von Aktuatoren gar nicht auf. Gemäß dieser Schrift ist der Zünderbecher 410 (siehe Fig. 5 dieser Schrift) speziell geformt: er weist eine nach innen gefaltete Hülse auf, deren Boden mit dem Kolben verbunden ist. Der Boden des eingefalteten Zünderbechers bleibt bei Auslösung in Kontakt mit dem Kolben, es verändert sich beim Ausfahren des Kolbens lediglich die Position der Falte.

[0012] Wenn das Treibladungsgehäuse aus Aluminium, Stahl oder Messing besteht, ist bevorzugt, dass das Treibladungsgehäuse an den Kolben angeformt oder angewürgt ist. In einer ersten Ausführungsform besitzt das Treibladungsgehäuse also einen umlaufenden Kragen. Dieser Kragen ist an den Kolben, vorzugsweise in eine Nut, eingecrimpt oder einrolliert. Somit werden die beiden Funktionen Klingelschutz und Fixierung der Ausgangslage des Kolbens in einfacher Weise realisiert.

[0013] Insbesondere in diesem Fall ist es möglich, dass die Verbindung durch Verformung des Treibladungsgehäuses und/oder des Kolbens gelöst wird. Die Losbrechkraft ist durch die Ausführung der mechanischen Fixierung zwischen Kolben und Treibladungsgehäuse einstellbar. Für den Zusammenbau ergibt sich der Vorteil, dass nur eine Baugruppe Gasgenerator/Kolben eingesetzt werden muss.

[0014] In einer alternativen Ausführungsform besteht das Treibladungsgehäuse aus Kunststoff, beispielsweise aus Polypropylen. Dadurch lässt sich die Erfindung besonders kostengünstig realisieren, denn das Treibladungsgehäuse kann sowohl an den Kolben als auch an den Zünderkörper thermisch angeformt werden. Auch in diesem Fall ergibt sich der Vorteil, dass nur eine Baugruppe Gasgenerator/Kolben eingesetzt werden muss. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Treibladungsgehäuse mit dem Zünderkörper verschweißt, wodurch hier auch noch der O-Ring zur Abdichtung des Treibladungsmittels entfallen kann.

[0015] Schließlich ist es nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung möglich, dass der Kolben und das Treibladungsgehäuse einstückig ausgeführt sind. In diesem Fall ist bevorzugt, dass der Bauteil bestehend aus dem Kolben und dem Treibladungsgehäuse durch einen Fließpressprozess hergestellt ist, sodass also gleichzeitig mit dem Kolben auch das Treibladungsgehäuse oder zumindest ein Teil davon hergestellt wird.

[0016] Vorzugsweise ist zwischen dem Kolben und dem Treibladungsgehäuse ein dünnwandiger Bereich vorgesehen. Dieser dünnwandige Bereich definiert eine Sollbruchstelle. Bei Zündung des Zünders und somit der Treibladung im Gasgenerator öffnet sich die Sollbruchstelle, und der Kolben wird aus seiner Fixierung ausgeworfen. Ganz allgemein kann also die Verbindung durch Abreißen eines Teils des Treibladungsgehäuses und/oder eines Teils des Kolbens gelöst werden.

[0017] Es versteht sich von selbst, dass die Verbindung zwischen dem Kolben und dem Treibladungsgehäuse auch durch Kleben oder Schweißen erfolgen kann.

[0018] An Hand der beiliegenden Zeichnungen wird die vorliegende Erfindung näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Aktuator in Seitenansicht; und Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie Il-Il in Fig. 1.

[0019] Der pyrotechnische Aktuator weist wie üblich ein Gehäuse 11 auf, in dem ein Kolben 15 mit Kolbenstange 15' verschiebbar angeordnet ist. Die Kolbenstange 15' ragt an einem Ende (oben, so wie in den Fig. 1 und 2 gesehen) aus dem Gehäuse 11 hervor. An diesem Ende ist ein O-Ring 14 zur Abdichtung vorgesehen, der zwischen zwei Kunststoffringen 12 und 13 gehalten ist. Oberhalb und unterhalb dieser Kunststoffringe 12 und 13 weist das Gehäuse 11 Querschnittsverringerungen auf, sodass sich diese Kunststoffringe 12 und 13 im Gehäuse 11 nicht verschieben können. Die obere Querschnittsverringerung dient außerdem zur unverlierbaren Fixierung einer Montageplatte 16.

[0020] Am gegenüberliegenden Ende (unten, so wie in den Fig. 1 und 2 gesehen) befindet sich wie üblich ein Zünder 17 sowie in einem Treibladungsgehäuse 19 eine Treibladung 18. Der Zünder 17 weist einen Kunststoffsockel 24 auf, in den eine Lochscheibe 21 eingegossen ist, die den Kunststoffsockel 24 seitlich überragt. Diese Lochscheibe 21 dient zur Fixierung des Zünders 17 im Gehäuse 11: nach dem Einsetzen des Zünders 17 verringert man den Durchmesser des Gehäuses 11 oberhalb und unterhalb der Lochscheibe 21, wodurch der Zünder 17 sicher fixiert ist. Zur Abdichtung zwischen Zünder 17 und Treibladungsgehäuse 19 kann ein O-Ring 20 dienen. Mit dem Zünder 17 sind zwei Anschlussdrähte 22 verbunden, die in einem Stecker 23 enden.

[0021] Das Besondere ist die Form des Treibladungsgehäuses 19. Es geht seitlich etwas nach oben über die Treibladung 18 hinaus und ist dann nach innen gefaltet, sodass sich ein Kragen 19’ ergibt. Schließlich weist es einen kreisringförmigen Abschnitt 19" auf, auf dem der Kolben 15 aufsitzt, sodass der Kolben 15 im unteren Bereich vom Treibladungsgehäuse 19, genauer von dessen Kragen 19’, umfasst ist. Damit dafür Platz vorhanden ist, weist der Kolben 15 in diesem Bereich einen verringerten Durchmesser auf. Die Durchmesserverringerung ist aber so gering, dass immer noch eine Presspassung vorliegt, sodass sich der Kolben 15 nicht seitlich bewegen kann und eine erhebliche Kraft notwendig ist, um ihn aus der Ausgangslage zu bewegen. Somit werden durch diese Presspassung nicht nur Klingelgeräusche vermieden, sondern es ist auch keine Kappe notwendig, um den Kolben am versehentlichen Ausfahren zu hindern.

[0022] Der Kolben 15 weist eine zentrale Bohrung 26 auf, die unten durch einen Berstboden 25 verschlossen ist, sodass die Treibladung 18 nicht in die Bohrung 26 gelangen kann.

BEZUGSZEICHENLISTE:

11 Gehäuse

12 Kunststoffring

13 Kunststoffring

14 O-Ring

15 Kolben

15' Kolbenstange

16 Montageplatte

17 Zünder

18 Treibladung

19 Treibladungsgehäuse 19' Kragen

19” kreisringförmiger Abschnitt 20 O-Ring

21 Lochscheibe

22 Anschlussdrähte

23 Stecker

24 Kunststoffsockel

25 Berstboden

26 Bohrung

Claims

Patentansprüche

1. Pyrotechnischer Aktuator zum Anstellen einer Motorhaube, der ein Gehäuse (11), einen im Gehäuse (11) verschiebbaren Kolben (15) mit Kolbenstange (15') und einen Gasgenerator zum Verschieben des Kolbens (15) mit Zünder (17), Treibladung (18) und Treibladungsgehäuse (19) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibladungsgehäuse (19) eine umlaufende Innenfalte, die einen Kragen bildet, aufweist und der Kragen des Treibladungsgehäuses (19) und der Kolben (15) vor der Auslösung direkt mit einer Presspassung miteinander fest verbunden sind und dass die Verbindung bei Zündung des Gasgenerators gelöst wird.

2. Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende der Kolbenstange (15) frei aus einer Austrittsöffnung des Gehäuses (11) ragt.

3. Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibladungsgehäuse (19) aus Aluminium, Stahl oder Messing besteht.

4. Aktuator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibladungsgehäuse (19) an den Kolben (15) angeformt oder angewürgt ist.

5. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung durch Verformung des Treibladungsgehäuses (19) und/oder des Kolbens (15) gelöst wird.

6. Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibladungsgehäuse (19) aus Kunststoff besteht.

7. Aktuator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibladungsgehäuse (19) an den Kolben (15) thermisch angeformt oder angewürgt ist.

8. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibladungsgehäuse (19) mit dem Kolben (15) verschweißt ist.

9. Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (15) und das Treibladungsgehäuse (19) einstückig ausgeführt sind.

10. Aktuator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Bauteil bestehend aus dem Kolben (15) und dem Treibladungsgehäuse (19) durch einen Fließpressprozess hergestellt ist.

11. Aktuator nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kolben (15) und dem Treibladungsgehäuse (19) ein dünnwandiger Bereich vorgesehen ist.

12. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibladungsgehäuse (19) mit dem Kolben (15) verklebt ist.

13. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung durch Abreißen eines Teils des Treibladungsgehäuses (19) und/oder eines Teils des Kolbens (15) gelöst wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen