CZ308541B6

CZ308541B6 - Mini-actuator based on a pyrotechnic component

Info

Publication number: CZ308541B6
Application number: CZ2016-96A
Authority: CZ
Inventors: Ondřej Němčák
Original assignee: Kayaku Safety Systems Europe a.s.
Priority date: 2016-02-22
Filing date: 2016-02-22
Publication date: 2020-11-11
Also published as: CZ201696A3

Abstract

The mini-actuator based on a pyrotechnic component essentially consists of a housing (1) and a piston (4) with a pyrotechnic initiator (3). It has a piston initiator (3) inserted in its housing (1) and fastened by a joint (2), formed by a piston (4) with a cavity (5) which is filled with energy material (6) and in which it is by a circumferential joint (9) a resistance element (7) with a carrier (8) is attached. The outer diameter of the piston initiator (3) is smaller than the inner diameter of the housing (1) and the walls surrounding the cavity (5) of the piston (4) preferably have a weakening (10) at a location adjacent to the energy material (6). The housing (1) preferably has a continuous sealing insulating layer (11) on the side away from the carrier (8) of the resistive element (7) and has an insulating plastic body (13) on the carrier (8) side of the resistive element (7). The piston (4) preferably has on its outer circumference an O-ring seal (12) adjacent to the walls of the housing (1).

Description

Miniaktuátor na bázi pyrotechnické komponentyMini-actuator based on a pyrotechnic component

Oblast technikyField of technology

Vynález se týká miniaktuátoru na bázi pyrotechnické komponenty, který je při zapojení na zdroj elektrického proudu schopen konat práci prostřednictvím pístu. Řešení podle tohoto vynálezu je dobře využitelné v oblasti bezpečnostních systémů, zejména v prostorově velmi omezených podmínkách. Je určeno pro zajištění rychlé akce - pro perforaci membrán, pro posunutí pojistek, zablokování pohyblivých dílů apod.The invention relates to a mini-actuator based on a pyrotechnic component which, when connected to a source of electric current, is able to perform work by means of a piston. The solution according to the invention is well applicable in the field of security systems, especially in very space-limited conditions. It is designed to ensure quick action - for perforating membranes, for moving fuses, blocking moving parts, etc.

Dosavadní stav technikyPrior art

Jak je dosud známo, v automobilovém průmyslu nebo i v dalších příbuzných průmyslových odvětvích, je pro některé aplikace s výhodou využíváno pyrotechnických aktivačních prvků. V praxi jsou známy a používány dvě základní varianty těchto výrobků. Jednou z nich jsou tzv. pinové aktivační prvky (aktivátory) pro připojení konektoru, sestávající z ocelového nosiče pyrotechnického zdroje plynů, který je robustní, z kovové trubky a z pístku, který není nosičem pyrotechnického zdroje plynů, takže celý takto sestavený aktivátor je větších rozměrů a robustní konstrukce.As is known to date, in the automotive industry or in other related industries, pyrotechnic activating elements are advantageously used for some applications. In practice, two basic variants of these products are known and used. One of them are the so-called pin activating elements (activators) for connecting a connector, consisting of a steel pyrotechnic gas source carrier, which is robust, a metal tube and a piston, which is not a pyrotechnic gas source carrier, so the whole activator assembled in this way is larger and robust construction.

Alternativním řešením k tomuto typu aktivačních prvků jsou lankové aktivátory s přívodními vodiči. Od pinových aktivačních prvků se odlišují tím, že místo prostoru pro připojení konektoru z nich rovnou vycházejí přívodní vodiče. I pro tyto ale platí, že obsahují robustní tělo nosiče pyrotechnického zdroj e plynů, které j e prodlužuj e a činí těžšími a nákladněj šími, než by pro některé aplikace bylo vhodné.An alternative solution to this type of activating elements are cable activators with supply conductors. They differ from pin activating elements in that instead of the space for connecting the connector, the supply conductors emerge directly from them. However, even for these, they contain a robust carrier body for a pyrotechnic gas source, which is longer and makes it heavier and more expensive than would be suitable for some applications.

Oba typy popsaných aktivačních prvků jsou obvykle celokovové nebo s vysokým podílem kovových materiálů. To zvyšuje nejen jejich cenu, ale i hmotnost a tím také celkovou hmotnost vozidla. Hlavním důvodem jejich vysoké hmotnosti je fakt, že pyrotechnický iniciátor bývá standardně většího průměru než jeho základní funkční element a bývá umístěn do robustního nosiče, což prodlužuje celkovou délku a zvyšuje průměr výrobku. Nepříznivý dopad na hmotnost vyššího celku aplikovaného v automobilu, kde je právě hmotnost velmi citlivým a sledovaným kritériem, je zřejmý.Both types of activating elements described are usually all-metal or with a high proportion of metallic materials. This increases not only their price, but also their weight and thus also the total weight of the vehicle. The main reason for their high weight is the fact that the pyrotechnic initiator is usually larger in diameter than its basic functional element and is placed in a robust carrier, which prolongs the overall length and increases the diameter of the product. The adverse impact on the weight of a higher unit applied in a car, where weight is a very sensitive and monitored criterion, is obvious.

Dané technické výzvy řeší například český CZ UV 22484, ve kterém je navržen miniaktuátor na bázi elektrického iniciátoru typu GTMS (glass to metal sealed). Tento aktuátorje již poměrně velmi malých rozměrů, nicméně je tvořen třemi hlavními komponentami - elektrickým iniciátorem a dvěma mechanickými částmi - pouzdrem a pístem. Z toho vyplývá nutnost nejprve vyrobit samotný elektrický iniciátor, pouzdro aktuátoru a píst, které se následně skládají dohromady. Přitom iniciátor k sestavě potřebuje komponentu navíc, a to kovový kalíšek se zeslabeným dnem naseknutým do hvězdy, který je komplikovaný a poměrně drahý. Píst také musí být v pouzdru aktuátoru nějakým způsobem fixován, což s sebou nese nutnost použití dalších komponent nebo výrobních operací.The given technical challenges are solved, for example, by the Czech CZ UV 22484, in which a mini-actuator based on an electric initiator of the GTMS type (glass to metal sealed) is designed. This actuator is already relatively small, however, it consists of three main components - an electric initiator and two mechanical parts - a housing and a piston. This implies the need to first manufacture the electric initiator itself, the actuator housing and the piston, which are then assembled together. At the same time, the initiator needs an additional component to the assembly, namely a metal cup with a weakened bottom cut into a star, which is complicated and relatively expensive. The piston must also be fixed in some way in the actuator housing, which necessitates the use of additional components or manufacturing operations.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Výše uvedené nevýhody a nedostatky dosud známých klasických typů aktivátorů do značné míry odstraňuje miniaktuátor na bázi pyrotechnické komponenty, sestávající z pouzdra s pístem a iniciátorem, podle tohoto vynálezu. Podstata tohoto vynálezu spočívá vtom, že do jeho pouzdra je vložen a pomocí spoje uchycen pístový iniciátor, tvořený pístem s dutinou, která je vyplněna energetickým materiálem a ve které je umístěn odporový element s nosičem, těsně připojeným obvodovým spojem k obvodu dutiny v pístu.The above-mentioned disadvantages and shortcomings of the hitherto known conventional types of activators are largely eliminated by a mini-actuator based on a pyrotechnic component, consisting of a housing with a piston and an initiator, according to the invention. The essence of the present invention lies in the fact that a piston initiator is inserted into its housing and fastened by means of a joint, formed by a piston with a cavity which is filled with energetic material and in which a resistance element with a carrier is placed tightly connected by a circumferential connection to the circumference of the piston cavity.

-1 CZ 308541 B6-1 CZ 308541 B6

Miniaktuátor na bázi pyrotechnické komponenty podle tohoto vynálezu má s výhodou vnější průměr pístového iniciátoru menší než vnitřní průměr pouzdra a stěny pístového iniciátoru má opatřeny zeslabením. Materiálem pouzdra je nejlépe nerezová ocel, laserově svařená s vnějším obvodem pístového iniciátoru.The mini-actuator based on the pyrotechnic component according to the invention preferably has an outer diameter of the piston initiator smaller than the inner diameter of the housing and the walls of the piston initiator are provided with a weakening. The housing material is preferably stainless steel, laser welded to the outer circumference of the piston initiator.

Miniaktuátor na bázi pyrotechnické komponenty podle tohoto vynálezu má s výhodou pouzdro ze strany odlehlé od nosiče odporového elementu opatřeno těsnicí izolační vrstvou, která je případně doplněna adhezivní páskou. Tento celek je s výhodou ze strany nosiče odporového elementu zastříknut do izolačního plastového těla, z něhož vyčnívají pouze elektrické kontakty, sloužící k aktivaci miniaktuátoru, a zbytek tvoří elektricky izolovaný výrobek.The mini-actuator based on the pyrotechnic component according to the invention preferably has a housing provided on the side remote from the carrier of the resistance element with a sealing insulating layer, which is optionally supplemented with an adhesive tape. This unit is preferably injected on the carrier side of the resistive element into an insulating plastic body, from which only the electrical contacts serving to activate the mini-actuator protrude, and the rest is formed by an electrically insulated product.

Píst je na svém vnějším obvodu s výhodou opatřen těsnicím O-kroužkem přiléhajícím ke stěnám pouzdra.The piston is preferably provided on its outer circumference with a sealing O-ring adjacent to the walls of the housing.

Výhody miniaktuátoru podle tohoto vynálezu vyplývají ze skutečnosti, že tento miniaktuátor na rozdíl od dosud známých (mini)aktuátorů není již sestaven klasicky ze tří základních samostatných komponent (elektrický pyrotechnický iniciátor, pouzdro a píst) do jednoho celku, nýbrž integruje do pístu s primárně mechanickou funkcí zároveň i funkci pyrotechnické komponenty - obalu pro pyrotechnickou slož. Tímto řešením dojde k fýzickému propojení dvou nezbytných komponent systému do jedné při zachování jejich funkcí, přičemž popsaná integrovaná komponenta miniaktuátoru podle tohoto vynálezu je zde nazvána pístový iniciátor. U tohoto řešení tedy odpadá dosud nutný kovový kalíšek na pyrotechnickou slož a provedené zjednodušení ve svém důsledku umožňuje snížení celkové délky a hmotnosti vytvořeného systému. Přináší také významné konstrukční výhody a tím i usnadnění výroby miniaktuátoru, neboť není třeba řešit fixaci pístu ve výchozí pozici, dané již geometrií systému, není třeba vyrábět elektrický iniciátor předem nebo jej dodávat jako samostatnou komponentu. Miniaktuátor podle tohoto vynálezu má tak jen dvě základní komponenty - pouzdro aktuátoru a pístový iniciátor, který v sobě integruje funkci pyrotechnického iniciátoru a pístu.The advantages of the mini-actuator according to the invention result from the fact that this mini-actuator, unlike previously known (mini) actuators, is no longer classically composed of three basic separate components (electric pyrotechnic initiator, housing and piston) into one unit, but integrates into a piston with primarily mechanical function as well as the function of the pyrotechnic component - the packaging for the pyrotechnic composition. This solution physically connects the two essential components of the system into one while maintaining their functions, and the described integrated component of the mini-actuator according to the invention is referred to herein as a piston initiator. In this solution, therefore, the hitherto necessary metal cup for the pyrotechnic composition is eliminated, and the simplification made, in turn, makes it possible to reduce the overall length and weight of the system formed. It also brings significant design advantages and thus facilitates the production of a mini-actuator, as there is no need to fix the piston in the initial position, given the geometry of the system, no need to produce the electric initiator in advance or supply it as a separate component. The mini-actuator according to the invention thus has only two basic components - an actuator housing and a piston initiator, which integrates the function of a pyrotechnic initiator and a piston.

Evidentní je také výhoda vyplývající z faktu, že spalovací prostor pro pyrotechnický materiál je hermeticky uzavřen až do okamžiku spuštění výrobku, takže oproti stávajícím konstrukcím aktuátorů odpadá riziko například kondenzace vzdušné vlhkosti ve spalovacím prostoru mezi pístem a squibem, která způsobí zhoršení podmínek pro hoření energetického materiálu pyrotechnické slože.The advantage resulting from the fact that the combustion chamber for pyrotechnic material is hermetically sealed until the moment the product is started is also evident, so that compared to existing actuator designs there is no risk of condensation in the combustion chamber between the piston and squib, which worsens the combustion conditions. pyrotechnic compositions.

Miniaktuátor podle tohoto vynálezu má tedy vytvořenou v zadní části pístu dutinu, do které se umístí dávka pyrotechnické slože a dutina tak nahradí dosud samostatný díl - kovový kalíšek. Umístěním odporového elementu s nosičem do takto připravené pyrotechnické slože a spojením nosiče s dutým pístem se pak vytvoří pístový iniciátor.The mini-actuator according to the invention thus has a cavity formed in the rear part of the piston, into which a dose of pyrotechnic composition is placed and the cavity thus replaces a hitherto separate part - a metal cup. By placing the resistive element with the carrier in the pyrotechnic composition thus prepared and connecting the carrier to the hollow piston, a piston initiator is then formed.

Výhodou miniaktuátoru podle tohoto vynálezu je tedy jednoduchá konstrukce oproti v daném oboru známým aktuátorům - není třeba řešit kovový kalíšek pro slož squibu, ani dorazy a fixace pístu ve výchozí poloze - a možnost zmenšení rozměrů, především celkové délky a současně i hmotnosti výrobku, protože byly funkce dvou komponent původně umístěných jednotlivě v řadě za sebou integrovány do jedné. Miniaktuátor podle tohoto vynálezu je výhodný i v tom, že umožňuje přímou montáž na PCB (printed circuit board - plošný spoj pro montáž elektronických komponent) bez nutnosti použít standardních automobilních interface. Rovněž je ale možné tento miniaktuátor zapracovat i do standardních automobilních interface (pinového nebo lankového provedení) či opatřit montážním závitem, takže je velmi univerzální, což je jeho další nespornou výhodou.The advantage of the mini-actuator according to the invention is therefore a simple construction over actuators known in the art - there is no need to solve the metal cup for the squib component, or stops and fixation of the piston in the initial position - and the possibility of reducing dimensions, especially overall length and weight. functions of two components originally placed individually in a row integrated into one. The mini-actuator according to the invention is also advantageous in that it allows direct mounting on a PCB (printed circuit board) without the need to use standard automotive interfaces. However, it is also possible to incorporate this mini-actuator into standard automotive interfaces (pin or cable design) or to provide it with a mounting thread, so it is very versatile, which is another indisputable advantage.

- 2 CZ 308541 B6- 2 CZ 308541 B6

Objasnění výkresůExplanation of drawings

Konkrétní vyhotovení miniaktuátoru podle tohoto vynálezu, odpovídající dále popsaným příkladům uskutečnění tohoto, jsou znázorněna na přiložených výkresech, kde znázorňujeParticular embodiments of a mini-actuator according to the invention, corresponding to the exemplary embodiments described below, are shown in the accompanying drawings, in which:

- obr. 1 pinový miniaktuátor s hermeticky uzavřeným pouzdrem,- Fig. 1 pin mini-actuator with hermetically sealed housing,

- obr. 2 pinový miniaktuátor s otevřeným pouzdrem.- Fig. 2 pin miniactuator with open housing.

Příklady uskutečnění vynálezuExamples of embodiments of the invention

Příklad 1Example 1

Miniaktuátor na bázi pyrotechnické komponenty - zdroje plynů, znázorněný ve statickém stavu na obr. 1, je vytvořen na bázi pouzdra 1 s pístovým iniciátorem 3. Tento miniaktuátor má pouzdro 1, do něhož je vložen a pomocí spoje 2 uchycen pístový iniciátor 3. Pístový iniciátor 3 je tvořen pístem 4 s dutinou 5, která je vyplněna energetickým materiálem 6, do něhož zasahuje zde umístěný odporový element 7 s nosičem 8. Nosič 8 je těsně připojen obvodovým spojem 9 k obvodu dutiny 5 v pístu 4. Vnější průměr pístového iniciátoru 3 je menší než vnitřní průměr pouzdra 1 a stěny dutiny 5 pístového iniciátoru 3 jsou opatřeny zeslabením 10.The mini-actuator based on a pyrotechnic component - gas source, shown in the static state in Fig. 1, is formed on the basis of a housing 1 with a piston initiator 3. This mini-actuator has a housing 1 into which a piston initiator 3 is inserted and attached by a joint 2. 3 is formed by a piston 4 with a cavity 5, which is filled with energetic material 6, into which the resistive element 7 with the carrier 8 located here extends. The carrier 8 is tightly connected by a circumferential connection 9 to the circumference of the cavity 5 in the piston 4. The outer diameter of the piston initiator 3 is smaller than the inner diameter of the housing 1 and the walls of the cavity 5 of the piston initiator 3 are provided with a weakening 10.

Pouzdro 1 je zvenčí opatřeno těsnicí izolační vrstvou 11 z plastu a ze strany elektrických kontaktů nosiče 8 odporového elementu 7 zastříhnuto do izolačního plastového těla 13. Materiálem pouzdra 1 je nerezová ocel, laserově svařená s vnějším obvodem pístového iniciátoru 3. Píst 4 je na svém vnějším obvodu opatřen těsnicím O-kroužkem 12 přiléhajícím ke stěnám pouzdra L Pístový iniciátor 3 je získán tak, že nosič 8 odporového elementu 7 se vsune a svaří pomocí obvodového spoje 9 s vnitřním obvodem dutiny 5 pístu 4, vyplněné předem energetickým materiálem 6. Tělo pístu 4 se následně zasune do pouzdra 1 a na svém vnějším obvodu se pomocí spoje 2 svaří s pouzdremThe housing 1 is provided on the outside with a sealing insulating layer 11 of plastic and is cut into the insulating plastic body 13 on the electrical contacts side of the carrier 8 of the resistance element 7. The housing material 1 is stainless steel, laser welded to the outer circumference of the piston initiator 3. The piston 4 is on its outer The piston initiator 3 is obtained by inserting and supporting the carrier 8 of the resistance element 7 by means of a circumferential connection 9 to the inner circumference of the cavity 5 of the piston 4, pre-filled with energetic material 6. Piston body 4 is then inserted into the housing 1 and is welded to the housing on its outer circumference by means of a joint 2

Funkce tohoto miniaktuátoru se spouští přivedením elektrického odpalovacího impulzu do pístového iniciátoru 3, což má za následek vytvoření tlakového plynu, který způsobí prasknutí zeslabení 10 ve stěnách obklopujících dutinu 5 pístu 4 pístového iniciátoru 3 a posunutí pracovní části pístového iniciátoru 3 těsněné těsnicím O-kroužkem 12 v pouzdru 1 tak, že dřík pístu 4 je vytlačen ven z pouzdra 1 a přitom koná práci, například propíchne membránu nebo sepne relé. Izolační plastové tělo 13 společně s těsnicí izolační vrstvou 11 ochrání miniaktuátor před možností ukostření.The function of this mini-actuator is triggered by applying an electric firing pulse to the piston initiator 3, which results in the formation of a pressurized gas which causes the weakening 10 to burst in the walls surrounding the cavity 5 of the piston 4 of the piston initiator 3 in the housing 1 so that the piston rod 4 is pushed out of the housing 1 while doing work, for example piercing the diaphragm or closing the relay. The insulating plastic body 13 together with the sealing insulating layer 11 protects the mini-actuator from the possibility of grounding.

Příklad 2Example 2

Miniaktuátor na bázi pyrotechnického zdroje plynů, znázorněný ve statickém stavu na obr. 2, je tvořen stejnými funkčními součástmi jako pinový miniaktuátor popsaný v příkladu 1, zejména pístovým iniciátorem 3, pouze s tím rozdílem, že neobsahuje těsnicí O-kroužek 12 a pouzdro 1 není před funkcí svou těsnicí izolační vrstvou 11 hermeticky uzavřeno, výstupní otvor má pouze překrytý adhezivní páskou 14. Toto provedení zajišťuje běžnou těsnost systému, která je pro většinu aplikací v interiéru postačující.The mini-actuator based on a pyrotechnic gas source, shown in the static state in Fig. 2, consists of the same functional components as the pin mini-actuator described in Example 1, in particular the piston initiator 3, except that it does not contain O-ring 12 and housing 1. before operation with its sealing insulating layer 11 hermetically sealed, the outlet opening is only covered with adhesive tape 14. This design ensures a normal tightness of the system, which is sufficient for most indoor applications.

Funkce tohoto miniaktuátoru je rovněž zcela analogická jako již popsaná funkce pinového miniaktuátoru popsaná v příkladu 1.The function of this mini-actuator is also completely analogous to the already described function of the pin mini-actuator described in Example 1.

-3CZ 308541 B6-3GB 308541 B6

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Vynález je využitelný především v oblasti bezpečnostních systémů, pasivní ochrany posádky 5 automobilu nebo chodců, dále při konstrukci automatických hasicích systémů pro průmysl i použití v domácnosti (např. v kotelnách, kuchyních, garážích a na dalších místech se zvýšeným rizikem vzniku požáru).The invention is particularly useful in the field of safety systems, passive protection of car or pedestrian crews, as well as in the construction of automatic fire extinguishing systems for industry and household use (eg in boiler rooms, kitchens, garages and other places with an increased risk of fire).

Claims

PATENT CLAIMS

A mini-actuator based on a pyrotechnic component, consisting essentially of a housing and a piston with a pyrotechnic initiator, characterized in that a piston initiator (3) formed by the piston (4) is inserted into its housing (1) and fastened by means of a joint (2) with a cavity (5) which is filled with energetic material (6) and in which a resistance element (7) with a carrier (8) is fastened by means of a circumferential connection (9).

Pyrotechnic component-based mini-actuator according to Claim 1, characterized in that the outer diameter of the piston initiator (3) is smaller than the inner diameter of the housing (1).

Mini-actuator according to claim 1, characterized in that the walls surrounding the cavity (5) of the piston (4) are provided with a weakening (10) at a location adjacent to the energetic material (6).

Mini-actuator according to Claim 1, characterized in that the housing (1) is continuously provided with a sealing insulating layer (11) on the side remote from the carrier (8) of the resistance element (7), which is optionally supplemented with an adhesive tape (14).

Mini-actuator according to claim 1, characterized in that the piston (4) is provided on its outer circumference with an O-ring seal (12) adjacent to the walls of the housing (1).

Mini-actuator according to Claim 1, characterized in that the housing (1) is provided with an insulating plastic body (13) on the side of the carrier (8) of the resistance element (7).

Mini-actuator according to claim 1, characterized in that the material of the housing (1) is stainless steel, laser welded to the outer circumference of the piston initiator (3).