CZ31378U1 - Miniaturní aktuátor se zvýšenou aplikační bezpečností - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká miniaturního aktuátoru, který je při zapojení na zdroj elektrického proudu schopen konat práci prostřednictvím pístu. Aktuátor podle technického řešení je dobře využitelný v oblasti bezpečnostních systémů, zejména v prostorově velmi omezených podmínkách.

Dosavadní stav techniky

Jak je doposud 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.

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.

Pro celou řadu aplikací jsou však nezbytné speciální typy těchto aktivátorů, které jsou schopny vyvodit dostatečné silové působení při malých nebo velmi malých rozměrech. Taková řešení jsou vzhledem k vysokým nárokům na účinek v relativně malém konstrukčním prostoru obtížně dosažitelná, protože oba tyto faktory jsou do značné míry protichůdné. Přesto se i tyto tzv. miniaktuátory v patentové literatuře již objevují.

Například UV 22484 řeší miniaktuátor na bázi elektrického iniciátoru typu GTMS (glass to metal sealed). Tento aktuátor má všechny kovové komponenty (pístek, tělo aktuátoru, nosič odporového elementu i kalíšek s pyrotechnickou složí) navzájem vodivě spojeny, takže v případě nežádoucího přivedení elektrického proudu nebo výboje na tělo aktuátoru má vzniklý impuls dosah až k pyrotechnickým složím. To může způsobit bezpečnostní problém. Tento aktuátor je již poměrně malých rozměrů, ale jak bylo výše objasněno, jeho kovové tělo není elektricky izolováno od kovového těla iniciátoru, což je pro některé aplikace z bezpečnostních důvodů nevýhodné.

Příkladem velmi specifické konstrukce této kategorie může být také miniaktuátor podle spisu CN104045497. Jedná se o plochý čip vytvořený na třívrstvém materiálu, který však není vnitřně izolovaný, nemá kovové tělo a má extrémně malý výkon.

Elektrická aplikační bezpečnost vzhledem k přítomnosti kovového vnějšího kalíšku nabývá na důležitosti při aplikacích, kde je třeba řešit rozebíratelné napojení na vlastní systém (například pomocí závitu), které by bylo zároveň elektricky bezpečné. Upevnění aktuátoru do vyššího celku závitem je přitom jedním z nejvíce používaných řešení, protože je to pevné, těsné a zároveň rozebíratelné řešení spoje, které umožňuje servisní výměnu aktuátoru pro ukončení jeho životnosti nebo po jeho aktivaci. Izolaci pyrotechnických iniciátorů většinou poskytují plastové zástřiky, které jsou však aditivním vnějším prvkem, kteiý rozměrově zvětšuje velikost systému a přitom nedává možnost vytvoření vysoce pevného a plynotěsného, přitom však rozebíratelného spojení s mechanickým celkem, v němž se má působení miniaktuátoru uplatnit. Takové spojení je klasicky řešeno formou další přídavné kovové závitové objímky, která však je v kombinaci s použitým kovovým vnějším kalíškem problematická z hlediska zachování elektroizolačních vlastností, například ve vlhkém prostředí, a současně ještě dále zvětšuje rozměry aktuátoru. Podstata technického řešení

Výše uvedené nevýhody a nedostatky popsaných typů aktuátorů do značné míry odstraňuje miniaturní aktuátor odolný proti nežádoucí iniciaci, který obsahuje miniaturní iniciátor umístěný

- 1 CZ 31378 Ul v pouzdru, z jedné strany opatřeném pístem a z druhé strany uzavřeném opěrným dnem, vytvořený podle technického řešení. Podstata technického řešení spočívá v tom, že iniciátor opatřený přívodními vodiči je od prostoru vymezeného pouzdrem a opěrným dnem oddělen izolačním obalem z materiálu s elektroizolačními vlastnostmi. Izolační obal může být vytvořen ze dvou částí - báze a krytu, přičemž báze obklopuje přívodní vodiče iniciátoru a svým vnějším kónickým tvarem je usazena v opěrném dnu.

Izolační obal iniciátoru je s výhodou vytvořen z termoplastu, vybraného ze skupiny obsahující polyamidy, polyolefiny, polyketony. Pouzdro a opěrné dno jsou s výhodou tvořeny kovy ze skupiny obsahující ocel, nerezovou ocel, hliník, titan a/nebo jejich slitiny.

Pevný spoj pouzdra s opěrným dnem je s výhodou vytvořen laserovým svarem.

Miniaturní aktuátor podle technického řešení významně zvyšuje elektrickou aplikační bezpečnost systému. Vzhledem k přítomnosti kovových vnějších součástí se jeho přednosti významně projeví zejména při aplikacích, kde je třeba řešit rozebíratelné napojení na vlastní systém (například pomocí závitu - další vodivé součásti), které by bylo zároveň elektricky bezpečné. Upevnění aktuátoru do vyššího celku závitem je přitom jedním z nejvíce používaných řešení.

Miniaturní aktuátor podle technického řešení odstraňuje nutnost použití vnějších plastových zástřiků, čímž se dosahuje významného zmenšení celkových rozměrů systému. Současně však tento miniaktuátor představuje vysoce pevný a plynotěsný systém, který je navíc rozebíratelně spojitelný s mechanickým celkem, v němž se má působení miniaktuátoru uplatnit. Odstraní se tím nutnost použití přídavné kovové závitové objímky, která u dosavadních systémů v kombinaci s ostatními kovovými součástmi dále snižuje elektrickou bezpečnost, například ve vlhkém prostředí, a také navyšuje rozměmost aktuátoru.

Objasnění výkresu

Konkrétní vyhotovení miniaturního aktuátoru odolného proti nežádoucí iniciaci podle technického řešení, odpovídající dále popsanému příkladu uskutečnění technického řešení, je znázorněno na přiložených výkresech, kde značí:

obr. 1 - izolovaný miniaturní aktuátor s izolačním obalem vcelku - osový řez, obr. 2 - izolovaný miniaturní aktuátor s děleným izolačním obalem - osový řez.

Příklady uskutečnění technického řešení

Příklad 1

Miniaturní aktuátor odolný proti nežádoucí iniciaci, znázorněný na obr. 1, obsahuje iniciátor 1 miniaturních rozměrů opatřený přívodními vodiči 2 a umístěný v pouzdru 3, které je z jedné strany opatřeno pístem 7 a z druhé strany uzavřeno opěrným dnem 4. Iniciátor i je od prostoru vymezeného pouzdrem 3 a opěrným dnem 4 oddělen izolačním obalem 5 z polyamidu. Izolační obal 5 je vyroben vcelku a jeho část obklopující přívodní vodiče 2 je svým vnějším kónickým tvarem usazena v opěrném dnu 4. Pouzdro 3 a opěrné dno 4 jsou vytvořeny z nerezové oceli. Pevný spoj 6 pouzdra 3 s opěrným dnem 4 je vytvořen laserovým svarem.

Funkce tohoto miniaktuátoru se spouští přivedením elektrického odpalovacího impulzu do iniciátoru 1, což má za následek destrukci přilehlé části izolačního obalu 5 a expanzi vytvořeného tlakového plynu, který způsobí posunutí pístu 7 v pouzdru 3. Píst 7 je částečně vytlačen ven z pouzdra 3 a přitom koná práci, například propíchne membránu nebo sepne relé. Izolační obal 5 ochrání výrobek před nežádoucí iniciací vzniklou přechodem elektrické energie z ocelového pouzdra 3 na iniciátor I; tato energie se může dostat na pouzdro 3 miniaktuátoru například při nesprávné manipulaci nebo nevhodném zapojení při instalaci.

Příklad 2

Miniaturní aktuátor odolný proti nežádoucí iniciaci, znázorněný na obr. 2, obsahuje iniciátor i opatřený přívodními vodiči 2 a umístěný v pouzdru 3, které je z jedné strany opatřeno pístem 7

CZ 31378 Ul a z druhé strany uzavřeno opěrným dnem 4. Iniciátor 1 je od prostoru vymezeného pouzdrem 3 a opěrným dnem 4 oddělen izolačním obalem 5 z polyolefinu. Izolační obal 5 je zde vytvořen ze dvou částí: jeho báze 5a obklopující přívodní vodiče 2 je svým vnějším kónickým tvarem usazena v opěrném dnu 4, na bázi 5a navazuje kryt 5b. Obě tyto části jsou navzájem obvodově spojeny lepením a vytváří tak izolační obal 5. Pouzdro 3 a opěrné dno 4 jsou vytvořeny z hliníku. Pevný spoj 6 pouzdra 3 s opěrným dnem 4 je vytvořen svařením pomocí metody TIG v inertním plynu.

Funkce tohoto miniaktuátoru se spouští přivedením elektrického odpalovacího impulzu do iniciátoru i, což má za následek destrukci krytu 5b izolačního obalu 5 a expanzi vytvořeného tlakového plynu, který způsobí posunutí pístu 7 v pouzdru 3. Píst 7 je částečně vytlačen ven z pouzdra 3 a přitom koná práci. Izolační obal 5 ochrání výrobek před nežádoucí iniciací vzniklou přechodem elektrické energie z hliníkového pouzdra 3 na iniciátor i.

Průmyslová využitelnost

Miniaturní aktuátor podle technického řešení je využitelný především v oblasti bezpečnostních systémů, pasivní ochrany posádky automobilu nebo chodců, v záchranných systémech dronů, při konstrukci automatických hasících systémů pro průmysl i použití v domácnosti, například v kotelnách, kuchyních, garážích a na dalších místech se zvýšeným rizikem vzniku požáru. Je určen pro zajištění rychlé akce - pro perforaci membrán, pro posunutí pojistek, zablokování pohyblivých dílů apod.

Claims (5)

1. Miniaturní aktuátor odolný proti nežádoucí iniciaci, obsahující miniaturní iniciátor umístěný v pouzdru, které je z jedné strany opatřeno pístem a z druhé strany uzavřeno opěrným dnem,, vyznačující se tím, že iniciátor (1) opatřený přívodními vodiči (2) je od prostoru vymezeného pouzdrem (3) a opěrným dnem (4) oddělen izolačním obalem (5) z materiálu s elektroizolačními vlastnostmi.

2. Miniaturní aktuátor odolný proti nežádoucí iniciaci podle nároku 1 „ vyznačující se tím, že izolační obal (5) je tvořen bází (5a) a krytem (5b), přičemž báze (5a) obklopuje přívodní vodiče (2) iniciátoru (1) a svým vnějším kónickým tvarem je usazena v opěrném dnu (4).

3. Miniaturní aktuátor odolný proti nežádoucí iniciaci podle nároku 1„ vyznačující se tím, že izolační obal (5) je vytvořen z termoplastu, vybraného ze skupiny obsahující polyamidy, polyolefiny, polyketony.

4. Miniaturní aktuátor odolný proti nežádoucí iniciaci podle nároku 1 „ vyznačující se tím, že jeho pouzdro (3) a opěrné dno (4) jsou tvořeny kovy ze skupiny obsahující ocel, nerezovou ocel, hliník, titan a/nebo jejich slitiny.

5. Miniaturní aktuátor odolný proti nežádoucí iniciaci podle nároku 1„ vyznačující se t í m , že pevný spoj (6) pouzdra (3) s opěrným dnem (4) je vytvořen laserovým svarem.