DE102005001115B4 - Pyrotechnischer Aktuator - Google Patents

Abstract

Pyrotechnischer Aktuator mit einem hohlzylindrischen Gehäuse, das aus zwei axial geteilten Gehäuse-Schalen (1, 2) und einem die Gehäuse-Schalen mechanisch zusammenhaltenden, aufgesetzten Gehäuse-Mantel (3) besteht und das eine pyrotechnische Treibladung (5) mit nachgeschaltetem Brennraum (8) sowie einen sich daran anschließenden Kolben (6) mit stirnseitig aus dem Gehäuse ausfahrbarer Kolbenstange (7) aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Brennraum (8) mindestens eine Dichtung (12, 13) gegenüber der Innenwandung des Gehäuses (1, 2) vorgesehen ist.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf einen pyrotechnischen Aktuator mit einem hohlzylindrischen Gehäuse, das aus zwei axial geteilten Gehäuse-Schalen und einem die Gehäuse-Schalen mechanisch zusammenhaltenden, aufgesetzten Gehäuse-Mantel besteht und das eine pyrotechnische Treibladung mit nachgeschaltetem Brennraum sowie einen sich daran anschließendem Kolben mit stirnseitig aus dem Gehäuse ausfahrbarer Kolbenstange aufnimmt.
• Pyrotechnische Aktuatoren dienen typischerweise auf dem Automobilsektor dazu, Sicherheitseinrichtungen, wie Gurtstraffer, Überrollbügel, Fronthaubenaufsteller, im Crash-Fall schnell und sicher auszulösen. Sie weisen typischerweise ein hohlzylindrisches Gehäuse auf, in welchem die pyrotechnische Treibladung, auch Anzünder genannt, und ein Kolben mit Kolbenstange als Hubelement geführt aufgenommen sind.
• Die DE 199 22 674 A1 zeigt einen solchen pyrotechnischen Aktuator, bei dem das hohlzylindrische Gehäuse durch ein aufwändiges Drehteil gebildet ist, in welches die vorgenannten Komponenten unter hohem Aufwand eingebracht und montiert werden müssen.
• Um diesen Aufwand zu vermeiden, ist es durch die DE 102 03 720 C1 bekannt geworden, das Gehäuse aus zwei axial geteilten Schalen aufzubauen, über welche nach der Innenmontage der vorgenannten Komponenten ein Metallmantel geschoben wird, der für den mechanischen Zusammenhalt der Gehäuseschalen sorgt. Die axial geteilten Gehäuseschalen sind an ihren Stoßstellen über ein Feder/Nut-System miteinander verbunden.
• Ein wesentliches Problem bei vorgenannten pyrotechnischen Aktuatoren ist die Frage der Dichtheit, um ein Austritt von Treib-Gasen und ggf. auch kleinen Flammen möglichst zu vermeiden.
• Bei einem Austritt von Gasen ergeben sich einmal Energieverluste. Um diese Verluste zu kompensieren, muß dann mit einer höheren Treibladung gearbeitet werden, was aber durch den damit verbundenen höheren Druck wiederum zu höheren Verlusten führt.
• Der Gasaustritt bei Auslösungen ohne Verunfallung des Fahrzeuges und bei Testauslösungen kann zum anderen zu Belastungen der Atemluft führen.
• Um den Gas- und Flammenaustritt über den Kolben und die Kolbenstange aus der Stirnseite des Gehäuses zu vermeiden, ist es gemäß der vorgenannten DE 102 03 710 C1 bekannt, am Übergang zur Kolbenstange einen Dichtungsring vor dem oberen Kolbenbund zu platzieren sowie an dem Durchtritt der Kolbenstange durch die Stirnseite des Gehäuses eine Labyrinthdichtung auszubilden.
• Durch den schaligen Aufbau des Gehäuses jedoch wird das Dichtungsproblem insoweit noch verschärft, weil die Nut/Feder-Verbindung an den Stoßstellen der axial geteilten Gehäuse-Halbschalen nicht die Dichtheit eines geschlossenen Gehäuses aufweisen kann.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem eingangs bezeichneten pyrotechnischen Aktuator mit axial geteilten Gehäuseschalen die Dichtheit des Aktuators an den Stoßstellen der Gehäuseschalen zu verbessern.
• Die Lösung dieser Aufgabe gelingt bei einem pyrotechnischen Aktuator mit einem hohlzylindrischem Gehäuse, das aus zwei axial geteilten Gehäuseschalen und einem die Gehäuse-Schalen mechanisch zusammenhaltenden, aufgesetzten Gehäuse-Mantel besteht und das eine pyrotechnische Treibladung mit nachgeschaltetem Brennraum sowie einen sich daran anschließenden Kolben mit stirnseitig aus dem Gehäuse ausfahrbarer Kolbenstange aufnimmt, gemäß der Erfindung dadurch, daß in dem Brennraum mindestens eine Dichtung gegenüber der Innenwandung des Gehäuses vorgesehen ist.
• Durch die erfindungsgemäße Maßnahme können die Verluste an Treibgasen signifikant reduziert werden, was mit großem Vorteil zur Folge hat, daß mit einer geringeren Treibladung gearbeitet werden kann, was wiederum ökonomische und ökologische Vorteile bedingt.
• Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet und ergeben sich auch aus der Figurenbeschreibung.
• Anhand von zwei in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen wird die Erfindung näher beschrieben.
• Es zeigen:
• 1 eine erste Ausführungsform eines pyrotechnischen Aktuators mit einem zweischaligen, hohlzylindrischen Gehäuse, das u. a. eine Treibladung mit anschließender Brennkammer und einem aufstellbaren Hohlkolben mit Kolbenstange aufweist, wobei am Fuß der Brennkammer ein Dichtungsring angeordnet ist, und zwar im Figurenteil A in einem Längsschnitt und im Figurenteil B im Querschnitt längs der markierten Schnittebene in 1A,
• 2 eine zweite Ausführungsform eines pyrotechnischen Aktuators nach 1, jedoch mit einer topfartigen Dichtung im Fußraum des Brennraumes und mit verlängertem Hohlkolben, und
• 3 in einer Ausschnitts-Darstellung zur 2 in zwei Figurenteilen A, B eine zusätzliche Abdichtung des Hohlkolbens gegenüber der topfartigen Dichtung im Fußraum.
• Die 1 und 2 zeigen im Grundaufbau einen pyrotechnischen Aktuator, der entsprechend der eingangs gewürdigten DE 102 03 720 C1 aufgebaut ist. Das Gehäuse des Aktuators besteht aus zwei axial geteilten Schalen 1, 2, welche teilweise von einem Metallmantel 3 umgeben sind. Die Gehäuse-Schalen 1, 2 sind an ihren Stoßstellen über eine Feder/Nut-Verbindung miteinander verbunden. Im zweigeteilten Gehäuse sind die üblichen Komponenten des Aktuators untergebracht, nämlich ein von außen zugänglicher Retainer 4, an den sich eine pyrotechnische Treibladung 5, der sogenannte Anzünder, anschließt, sowie ein Hohl-Kolben 6 mit teilweise hohler Kolbenstange 7. Zwischen der Kolbenunterseite, dem Kolbenboden 6a und der Treibladung 5 befindet sich der Brennraum 8, in welchen bei der Zündung des pyrotechnischen Elementes die freigesetzten Gase der Treibladung explosionsartig einströmen und den Kolben mit der Kolbenstange aufstellen.
• An der Oberseite des Kolbens ist ein Dichtungsring 9 auf die Kolbenstange 7 aufgeschoben, der einerseits verhindert, daß der Kolben ungewollt von der Ausgangsposition in die Endposition verschoben werden kann und der andererseits eventuell am Kolben vorbeischlagende Flammen weitgehend abfängt. Zudem bewirkt er ein gedämpftes Anschlagen des Kolbens an den inneren Anschlägen 10 an der Stirnseite des Gehäuses. In diesem Bereich ist zusätzlich oder alternativ zu dem Dichtungsring 9 eine Labyrinthdichtung 11 an der Stoßstelle zwischen beiden Gehäuse-Schalen 1, 2 ausgebildet, die ebenfalls ein Austreten von Flammen aus der Stirnseite des Gehäuses verhindert.
• Um die Treibgasverluste zu minimieren, ist am Fuß des Brennraumes 8 eine weitere Dichtung vorgesehen, die in der Ausführung nach 1 als O-Ring 12 ausgebildet ist. Sie dichtet den Brennraum 8 gegen den Gehäusefuß ab, d. h. verhindert, daß Treibgase aus dem Brennraum 8 über die Stoßstellen im unteren Bereich der beiden Gehäuseschalen 1, 2 nach außen gelangen können. Anstelle eines O-Ringes kann auch eine andere, ähnliche Dichtung vorgesehen sein.
• Die 2 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Abdichtung des Brennraumes 8 gegen den Gehäusefuß. Die dargestellte Dichtung 13 hat einen im wesentlichen topfförmigen Querschnitt und liegt einerseits am Brennraumboden und andererseits an der inneren Gehäusewandung an und dichtet damit sowohl den Brennraum-Boden als auch die seitliche Gehäusewandung ab.
• Sie besteht vorzugsweise aus Kunststoff oder einem metallischen Werkstoff. Solche Dichtungen aus Metall lassen sich sehr kostengünstig im Fliesspreßverfahren, wie z. B. Zahnpastatuben, bzw. im Fall einer Kunststoffdichtung als Kunststoffspritzteile herstellen.
• Das Dichtungselement muß keine besondere Passgenauigkeit besitzen und kann durchaus mit Spiel, also sehr leichtgängig in das Gehäuse eingeführt werden. Im Fall der Explosion wird die Dichtung vom Verbrennungsraum her mit Druck beaufschlagt und dadurch gegen die Gehäusewandung gepresst, die dadurch selbsttätig das Gehäuse abdichtet.
• Zur weiteren Reduzierung der Druckverluste ist bei der Ausführungsform nach 2 vorgesehen, den Kolben in Richtung auf den Brennraumboden hin so zu verlängern, so daß hier ein geschlossener Brennraum entsteht, in dem sich die Treibgase entwickeln können. Die Dichtung befindet sich dann mit ihrem aufstehenden Teil 13a zwischen der Außenwandung der Kolbenverlängerung 6a und der Innenwandung des Gehäuses.
• Bei dieser Ausführung nach 2 kann die Dichtung, wie in 3 dargestellt, als Doppeldichtung ausgelegt werden, durch eine angeformte Dichtlippe 13b an der topfartigen Dichtung 13 (Figurenteil B) sowie einen an der Kolbenverlängerung 6a angeformten Dichtwulst 6c (Figurenteil A). Der kleine Spalt zwischen Kolben und Gehäuse wirkt ansonsten als Labyrintdichtung.
• Der Kolben 6 besitzt an der Außenseite seiner Verlängerung 6a eine umlaufende Fase oder Rundung 6b, um ein wegen der Reversierung notwendiges Zurückschieben des Kolbens zu erleichtern.
• Durch die geringeren Energieverluste des Aktuators kann grundsätzlich mit einer geringeren Ladung gearbeitet werden, was ökonomische und ökologische Vorteile zur Folge hat, z. B. Reduzierung von Baugröße, der Sprengstoffmenge, der Gefahrenklasse, Verbesserung der Kostensituation und der Sicherheit.
• Eine Absenkung der Gefahrenklasse hat mit Vorteil zur Folge, daß bei der Handhabung geringere Sicherheitsauflagen möglich sind.

Claims (10)

1. Pyrotechnischer Aktuator mit einem hohlzylindrischen Gehäuse, das aus zwei axial geteilten Gehäuse-Schalen (1, 2) und einem die Gehäuse-Schalen mechanisch zusammenhaltenden, aufgesetzten Gehäuse-Mantel (3) besteht und das eine pyrotechnische Treibladung (5) mit nachgeschaltetem Brennraum (8) sowie einen sich daran anschließenden Kolben (6) mit stirnseitig aus dem Gehäuse ausfahrbarer Kolbenstange (7) aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Brennraum (8) mindestens eine Dichtung (12, 13) gegenüber der Innenwandung des Gehäuses (1, 2) vorgesehen ist.
2. Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (12, 13) am Fuß des Brennraumes (8) angeordnet ist.
3. Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung durch einen die Treibladung (5) umfassenden O-Ring (12) gebildet ist.
4. Aktuator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (13) topfartig ausgebildet ist, mit gleichzeitiger Abdichtung des ringförmigen Bodens des Brennraumes (8) um die Treibladung (6) herum und der Innenwandung im Fuß des Brennraumes (8).
5. Aktuator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (12, 13) aus einem Kunststoffmaterial besteht.
6. Aktuator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (13) aus einem metallischen Werkstoff besteht.
7. Aktuator nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (6) zum Brennraum (8) hin eine angeformte zylindrische Verlängerung (6a) aufweist, die im dichtenden Wirkkontakt zu dem Wandabdichtungsabschnitt (13a) der topfartigen Dichtung (13) steht.
8. Aktuator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (13) als Doppeldichtung ausgebildet ist.
9. Aktuator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der Kolbenverlängerung (6a) ein Dichtwulst (6c) und an dem Wanddichtungsabschnitt (13a) der topfartigen Dichtung (13) eine Dichtlippe (13b) angeformt ist.
10. Aktuator nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der zylindrischen Kolbenverlängerung (6a) umlaufend angefast ist.