DE102006002209B3 - Aktuator - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf einen Aktuator mit einem an seinem einen Ende geschlossenen Zylinder 1, in dem ein gegenüber der Zylinderinnenwand 6 abgedichteter Kolben 3 den Zylinderinnenraum in eine Arbeitskammer 7 und eine weitere Kammer 8 trennend verschiebbar angeordnet ist. Dabei weist der Kolben 3 eine einseitige Kolbenstange 9 auf, die durch die weitere Kammer 8 hindurchragt und aus dem zweiten Ende des Zylinders 1 herausgeführt ist. Durch eine von einer Zündeinrichtung zündbare pyrotechnische Einrichtung ist eine Druckgasbeaufschlagung des Kolbens in Ausfahrrichtung auslösbar. Die pyrotechnische Einrichtung ist in oder an dem Kolben 3 angeordnet, wobei eine Ansteuerleitung von der pyrotechnischen Einrichtung druckdicht abgedichtet durch eine axiale Ausnehmung in der Kolbenstange, wobei die Ausnehmung vom kolbenseitigen Ende der Kolbenstange zu deren entgegengesetztem Ende verläuft, zu der außerhalb des Zylinders angeordneten Auslöseeinrichtung der Zündeinrichtung führt.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf einen Aktuator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Bei einem derartigen Aktuator ist es bekannt in dessen Arbeitskammer eine kleine pyrotechnische Patrone zum Auslösen des Aktuators zu zünden, durch die ein Gas zur Beaufschlagung des Kolbens generiert wird.
- Derartige Aktuatoren können z.B. dazu dienen mit ihrer Kolbenstange eine Frontklappe eines Kraftfahrzeugs im Fall einer durch einen Sensor erfaßten Kollision mit einem Fußgänger anzuheben, Damit soll der Aufprall des Fußgängers auf die Frontklappe abgedämpft werden.
- Ferner sind solche Aktuatoren zum Spannen von Sicherheitsgurten bekannt.
- So zeigt die
FR 2 212 798 - Aus der
DE 23 66 271 C2 ist ebenfalls eine Vorrichtung zum Spannen von Sicherheitsgurten in Fahrzeugen bekannt, die zusätzlich eine Vorrichtung zum Begrenzen eines vorgegebenen Maximalwertes der vom Kolben auf die Kolbenstange übertragene Zugkraft aufweist. Ferner umfaßt die Gurtspannvorrichtung eine Sperreinrichtung, die die Rückkehrbewegung der Kolbenstange verhindert. Auch hier werden die elektrischen Zuleitungen für die Treibladungspatrone durch das Innere des Zylinders geführt. - Aufgabe der Erfindung ist es einen Aktuator der eingangs genannten Art zu schaffen, der einfach aufgebaut und leicht montierbar ist.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Ansteuerleitung von der pyrotechnischen Einrichtung druckdicht abgedichtet durch eine axiale Ausnehmung in der Kolbenstange, wobei die Ausnehmung vom kolbenseitigen Ende der Kolbenstange zu deren entgegengesetztem Ende verläuft, zu der außerhalb des Zylinders angeordneten Auslöseeinrichtung der Zündeinrichtung geführt ist.
- Durch diese Ausbildung kann der Kolben mit der pyrotechnischen Einrichtung und deren Anschluß als Baugruppe vormontiert und danach in den Zylinder eingeführt werden. Komplizierte Montagevorgänge der pyrotechnischen Einrichtung in dem Zylinder sind somit vermieden.
- Besonders einfach herstellbar ist die druckdichte Anordnung der Ansteuerleitung, wenn die Ansteuerleitung durch eine die axiale Ausnehmung ganz oder teilweise ausfüllende Vergußmasse druckdicht abgedichtet ist.
- Dabei kann die Ansteuerleitung ein flexibles Kabel sein.
- Zur fertig montierbaren Baugruppe führt weiterhin, daß das aus dem Zylinder herausragende Ende der Ansteuerleitung einen Steckverbinder zur leitenden Verbindung mit der Auslöseeinrichtung aufweist.
- Zur Abdichtung der Arbeitskammer zur weiteren Kammer kann der Kolben an seiner radial umlaufenden Mantelfläche eine radial umlaufende Ringnut besitzen, in die ein Dichtring eingesetzt ist, der mit Vorspannung an der Zylinderinnenwand in Anlage ist.
- Die Kolbenstange ist vorzugsweise abgedichtet aus dem zweiten Ende des Zylinders herausgeführt, wobei ein solches Abdichten als auch ein Führen der Kolbenstange auf einfache Weise dadurch erfolgt, daß die Kolbenstange durch eine Dicht- und/oder Führungseinheit aus dem zweiten Ende des Zylinders herausgeführt ist.
- Um ein hartes Anschlagen des auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigten Kolbens am Ende seiner Ausfahrbewegung zu vermeiden, kann die Kolbenbewegung am Ende des Ausfahrweges durch eine Dämpfeinrichtung dämpfbar sein.
- Eine solche Dämpfeinrichtung besteht in einfacher Weise darin, daß die Arbeitskammer mit der weiteren Kammer über eine oder mehrere Verbindungen verbunden oder verbindbar ist.
- Dabei gelangt im Laufe der Ausfahrbewegung des Kolbens nach und nach Gas von der Arbeitskammer zur weiteren Kammer, wodurch sich ein anwachsendes Dämpfpolster ergibt.
- Gleichzeitig kann durch die Verbindungen auch ein Steuern der Anfahrgeschwindigkeit erfolgen.
- Die Verbindungen können in dem z.B. Kolben als Düsenbohrungen ausgebildet sein.
- Es ist aber auch möglich, daß die Verbindungen axial in der Zylinderinnenwand ausgebildete Nuten sind.
- Besitzen dabei die Nuten einen sich zum zweiten Ende des Zylinders hin reduzierenden Querschnitt, so führt dies mit zunehmendem Ausfahren des Kolbens zu einer Reduzierung des Durchströmquerschnitts der Verbindungen und damit zu einer zunehmenden Dämpfung der Ausfahrbewegung.
- Ist die Arbeitskammer mit der weiteren Kammer durch die Nuten über den ganzen axialen Bewegungsweg des Kolbens im Zylinder verbunden, so besteht die Verbindung von Arbeitskammer und weiterer Kammer bereits zu Beginn der Ausfahrbewegung und es kann diese von Anfang an durch ein sich in der weiteren Kammer aufbauendes Druckpolster gedämpft werden.
- Ist aber die Arbeitskammer mit der weiteren Kammer durch die Nuten in einem zweiten Teil der Ausfahrbewegung des Kolbens im Zylinder verbunden, so wird zunächst eine sehr hohe Beschleunigung des Kolbens erreicht. Erst nach Erreichen der Nuten kann Gas in die weitere Arbeitskammer strömen und dort ein dämpfendes Gaspolster aufbauen.
- Dabei können die Verbindungen einen drosselnden Querschnitt besitzen.
- Um ein allmähliches Entgasen der weiteren Kammer nach Erreichen der ausgeschobenen Position von Kolben und Kolbenstange zu erreichen, kann die Kolbenstange in ihrem kolbennahen Endbereich einen geringeren Durchmesser aufweisen, als in ihrem kolbenferneren Bereich.
- Dadurch kann bei zumindest weitgehend ausgefahrener Kolbenstange die Dichtung am zweiten Ende des Zylinders von dem Gas unterströmt werden und nach außen gelangen. Damit wird erreicht, daß bereits nach kurzer Zeit nach Erreichen der maximalen Ausfahrposition Kolben und Kolbenstange mit geringer Kraft wieder in ihre eingefahrene Endposition bewegbar sind.
- Eine erste grundsätzliche Ausgestaltung besteht darin, daß die Arbeitskammer durch eine Trennwand von einem unter hohem Druck stehenden Druckgas enthaltenden Druckraum abgetrennt ist, wobei durch Zündung der pyrotechnischen Einrichtung ein Durchgang von der Arbeitskammer zum Druckraum öffenbar ist.
- Nach Öffnen des Durchgangs relativ großen Querschnitts kann dann das Druckgas sofort den Kolben beaufschlagen und in seine Ausfahrposition bewegen.
- Eine Möglichkeit dafür besteht darin, daß der Durchgang ein von der pyrotechnischen Einrichtung öffenbarer Ventildurchgang eines Ventils ist.
- Besonders einfach ohne zusätzliche Bauteile ist es aber, wenn der Durchgang durch Zerstörung eines Bereichs der Trennwand erzeugbar ist.
- Dazu kann die Trennwand einen Bereich geringer Wandstärke besitzen, der den Durchgang bildend durch Zündung der pyrotechnischen Einrichtung zerstörbar ist.
- Um die Zerstörungskraft weitgehend auf den Bereich geringer Wandstärke zu konzentrieren, weist vorzugsweise die Trennwand eine topfartige, zur Arbeitskammer hin offene Ausnehmung auf, deren Bodenbereich den Bereich geringer Wandstärke der Trennwand bildet und in die die an dem Kolben angeordnete pyrotechnische Einrichtung hineinragt.
- Zur einfachen Abdichtung der Arbeitskammer gegenüber dem Druckraum kann die Trennwand abgedichtet fest in dem Zylinder angeordnet sein und der Zylinderraum auf der der Arbeitskammer abgewandten Seite der Trennwand den Druckraum bilden.
- Dazu weist vorzugsweise die Trennwand an ihrer radial umlaufenden Mantelfläche eine radial umlaufende Ringnut auf, in die ein Dichtring eingesetzt ist, der mit Vorspannung an der Zylinderinnenwand in Anlage ist.
- Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Druckraum mit unter hohem Druck stehendem Stickstoff gefüllt ist.
- Eine weitere grundsätzliche Ausbildung besteht darin, daß die pyrotechnische Einrichtung ein pyrotechnischer Gasgenerator ist, der an der der Arbeitskammer zugewandten Seite des Kolbens angeordnet ist.
- Bei Zündung des Gasgenerators erzeugt dieser ein in die Arbeitskammer freisetzbares Treibgas, das den Kolben beaufschlagt und in Ausfahrrichtung beschleunigt.
- Zur Reduzierung des Bauraums und zur einfachen Positionierung des pyrotechnischen Gasgenerators kann der pyrotechnische Gasgenerator ganz oder teilweise in einer zur Arbeitskammer hin offenen topfartigen Ausnehmung des Kolbens angeordnet sein.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
-
1 eine Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Aktuators -
2 eine Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Aktuators. - Die in den Figuren dargestellten Aktuatoren besitzen einen Zylinder
1 , der an seinem einen Ende durch einen Boden2 verschlossen ist. - In dem Zylinder
1 ist ein Kolben3 verschiebbar angeordnet, der an seiner radial umlaufenden Mantelfläche eine radial umlaufende Ringnut4 besitzt, in die ein Dichtring5 eingesetzt ist, der mit Vorspannung an der Zylinderinnenwand6 in Anlage ist. - Der Kolben
3 trennt den Zylinder1 in eine Arbeitskammer7 und in eine weitere Kammer8 . - Eine mit ihrem einen Ende an dem Kolben
3 befestigte Kolbenstange9 ist koaxial durch die weitere Kammer7 hindurch und aus dem zweiten Ende des Zylinders1 abgedichtet herausgeführt. - Zur Führung und Abdichtung ragt dazu die Kolbenstange
9 durch ein am zweiten Ende des Zylinders1 in diesem fest eingesetzte Dicht- und Führungseinheit10 . - Kolben
3 und Kolbenstange9 befinden sich normalerweise in der eingefahrenen Ausgangsstellung. - Die Arbeitskammer
7 ist mit der weiteren Kammer8 durch eine in der Zylinderinnenwand6 ausgebildete Nut11 verbindbar, die sich über den zweiten Teil der Ausfahrbewegung des Kolbens3 erstreckt. - Der Querschnitt der Nut
11 reduziert sich dabei zum zweiten Ende des Zylinders1 hin. - Bei dem Ausführungsbeispiel der
2 ist in dem Zylinder1 eine Trennwand12 im wesentlichen fest angeordnet, die an ihrer radial umlaufenden Mantelfläche eine radial umlaufende Nut13 besitzt, in die ein Dichtring14 eingesetzt ist, der mit Vorspannung an der Zylinderinnenwand6 in Anlage ist. - Durch die Trennwand
12 ist die Arbeitskammer7 gegenüber einem Druckraum15 abgetrennt, der im Zylinder1 zwischen dem Boden2 und der Trennwand12 gebildet ist und mit einem unter hohem Druck stehenden Gas wie z.B. Stickstoff gefüllt ist. - Durch das unter Druck stehende Gas wird die Trennwand
12 mit ihrem radial umlaufenden Rand in Anlage an einer radial umlaufenden, in das Zylinderinnere ragenden Sicke16 gehalten. - Zentrisch ist in der Trennwand
12 eine topfartige, zur Arbeitskammer7 hin offene Ausnehmung17 ausgebildet, deren Bodenbereich18 eine geringe Wandstärke besitzt. - Bei beiden Ausführungsbeispielen besitzt die Kolbenstange
9 eine durchgehende axiale Ausnehmung19 , durch die ein eine Ansteuerleitung bildendes flexibles Kabel20 hindurchgeführt ist, an dessen nach außen ragendem Ende ein Steckverbinder21 angeordnet ist, über den das Kabel20 mit einer nicht dargestellten Auslöseeinrichtung verbindbar ist. - Durch eine die axiale Ausnehmung
19 ausfüllende Vergußmasse27 ist diese Ausnehmung19 dicht verschlossen. - Bei dem Ausführungsbeispiel der
1 ist das in das Zylinderinnere ragende Ende des Kabels20 mit einem pyrotechnischen Gasgenerator22 verbunden, der in einer zur Arbeitskammer7 hin offenen topfartigen Ausnehmung23 des Kolbens3 angeordnet ist. - Wird der Gasgenerator
22 durch die Auslöseeinrichtung gezündet, entwickelt er ein plötzlich in die Arbeitskammer strömendes Treibgas, das den Kolben3 und die Kolbenstange9 in Ausfahrrichtung beaufschlagt und in die Ausfahrposition bewegt. Gelangt dabei der Dichtring5 des Kolbens3 in den Bereich der Nut11 , so kann zunehmend Treibgas über die Nut11 von der Arbeitskammer7 in die weitere Kammer8 strömen und ein der Ausfahrbewegung des Kolbens3 entgegenwirkendes und damit dämpfendes Gaspolster aufbauen. - Hat der Kolben
3 in1 die Ausfahrposition erreicht, so wird durch den kolbennahen Endbereich24 geringeren Durchmessers der Kolbenstange9 ein Kurzschluß der weiteren Kammer8 nach außen erzeugt und der Druck in der weiteren Kammer8 und der Arbeitskammer7 sofort abgebaut, so daß der Kolben3 und die Kolbenstange9 wieder leicht in ihre Ausgangsstellung bewegt werden können. - Bei dem Ausführungsbeispiel der
2 ist das in das Zylinderinnere ragende Ende des Kabels20 mit einer pyrotechnischen Einrichtung25 verbunden, die in einer Topfausnehmung26 des Kolbens3 angeordnet ist und in die Ausnehmung17 der Trennwand12 ragt. - Bei Zündung der pyrotechnischen Einrichtung
25 durch die Auslöseeinrichtung zerstört die pyrotechnische Einrichtung den Bodenbereich18 der Ausnehmung17 , so daß ein Durchlaß großen Querschnitts entsteht, durch den das unter hohem Druck stehende Gas aus dem Druckraum15 in die Arbeitskammer7 strömen und den Kolben3 sowie die Kolbenstange9 plötzlich in ihre Ausfahrstellung bewegen kann. - Die Funktion der Nut
11 ist dabei dieselbe wie bei dem Ausführungsbeispiel der1 . -
- 1
- Zylinder
- 2
- Boden
- 3
- Kolben
- 4
- Ringnut
- 5
- Dichtring
- 6
- Zylinderinnenwand
- 7
- Arbeitskammer
- 8
- weitere Arbeitskammer
- 9
- Kolbenstange
- 10
- Dicht- und Führungseinheit
- 11
- Nut
- 12
- Trennwand
- 13
- Nut
- 14
- Dichtring
- 15
- Druckraum
- 16
- Sicke
- 17
- Ausnehmung
- 18
- Bodenbereich
- 19
- axiale Ausnehmung
- 20
- Kabel
- 21
- Steckverbinder
- 22
- Gasgenerator
- 23
- Ausnehmung
- 24
- Endbereich
- 25
- pyrotechnische Einrichtung
- 26
- Topfausnehmung
- 27
- Vergußmasse
Claims (25)
- Aktuator mit einem an seinem einen Ende geschlossenen Zylinder, in dem ein gegenüber der Zylinderinnenwand abgedichteter Kolben den Zylinderinnenraum in eine Arbeitskammer und eine weitere Kammer trennend verschiebbar angeordnet ist, wobei der Kolben eine einseitige Kolbenstange aufweist, die durch die weitere Kammer hindurchragt und aus dem zweiten Ende des Zylinders herausgeführt ist, und mit einer von einer Zündeinrichtung zündbaren pyrotechnischen Einrichtung, durch die eine Druckgasbeaufschlagung des Kolbens in Ausfahrrichtung auslösbar ist, und daß die pyrotechnische Einrichtung in oder an dem Kolben angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ansteuerleitung von der pyrotechnischen Einrichtung druckdicht abgedichtet durch eine axiale Ausnehmung in der Kolbenstange, wobei die Ausnehmung vom kolbenseitigen Ende der Kolbenstange zu deren entgegengesetztem Ende verläuft, zu der außerhalb des Zylinders angeordneten Auslöseeinrichtung der Zündeinrichtung geführt ist.
- Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerleitung durch eine die axiale Ausnehmung (
19 ) ganz oder teilweise ausfüllende Vergußmasse (27 ) druckdicht abgedichtet ist. - Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerleitung ein flexibles Kabel (
20 ) ist. - Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Zylinder (
1 ) herausragende Ende der Ansteuerleitung einen Steckverbinder (21 ) zur leitenden Verbindung mit der Auslöseeinrichtung aufweist. - Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (
3 ) an seiner radial umlaufenden Mantelfläche eine radial umlaufende Ringnut (4 ) besitzt, in die ein Dichtring (5 ) eingesetzt ist, der mit Vorspannung an der Zylinderinnenwand (6 ) in Anlage ist. - Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (
9 ) abgedichtet aus dem zweiten Ende des Zylinders (1 ) herausgeführt ist. - Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (
9 ) durch eine Dicht- und/oder Führungseinheit (10 ) aus dem zweiten Ende des Zylinders (1 ) herausgeführt ist. - Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitskammer (
7 ) mit der weiteren Kammer (8 ) über eine oder mehrere Verbindungen verbunden oder verbindbar ist. - Aktuator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen in dem Kolben ausgebildet sind.
- Aktuator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen axial in der Zylinderinnenwand (
6 ) ausgebildete Nuten (11 ) sind. - Aktuator nach Anspruch 10, dadurchh gekennzeichnet, daß die Nuten (
11 ) einen sich zum zweiten Ende des Zylinders (1 ) hin reduzierenden Querschnitt besitzen. - Aktuator nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitskammer mit der weiteren Kammer durch die Nuten über den ganzen axialen Bewegungsweg des Kolbens im Zylinder verbunden ist.
- Aktuator nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitskammer (
7 ) mit der weiteren Kammer (8 ) durch die Nuten (11 ) in einem zweiten Teil der Ausfahrbewegung des Kolbens (3 ) im Zylinder (1 ) verbunden ist. - Aktuator nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen einen drosselnden Querschnitt besitzen.
- Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange in ihrem kolbennahen Endbereich (
24 ) einen geringeren Durchmesser aufweist, als in ihrem kolbenferneren Bereich. - Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitskammer (
7 ) durch eine Trennwand (12 ) von einem unter hohem Druck stehenden Druckgas enthaltenden Druckraum (15 ) abgetrennt ist, wobei durch Zündung der pyrotechnischen Einrichtung (25 ) ein Durchgang von der Arbeitskammer (7 ) zum Druckraum (15 ) öffenbar ist. - Aktuator nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgang ein von der pyrotechnischen Einrichtung öffenbarer Ventildurchgang eines Ventils ist.
- Aktuator nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgang durch Zerstörung eines Bereichs der Trennwand (
12 ) erzeugbar ist. - Aktuator nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (
12 ) einen Bereich geringer Wandstärke besitzt, der den Durchgang bildend durch Zündung der pyrotechnischen Einrichtung (25 ) zerstörbar ist. - Aktuator nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (
12 ) eine topfartige, zur Arbeitskammer (7 ) hin offene Ausnehmung (17 ) aufweist, deren Bodenbereich (18 ) den Bereich geringer Wandstärke der Trennwand (12 ) bildet und in die die an dem Kolben (3 ) angeordnete pyrotechnische Einrichtung (25 ) hineinragt. - Aktuator nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (
12 ) abgedichtet fest in dem Zylinder (1 ) angeordnet ist und daß der Zylinderraum auf der der Arbeitskammer (7 ) abgewandten Seite der Trennwand (12 ) den Druckraum (15 ) bildet. - Aktuator nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (
12 ) an ihrer radial umlaufenden Mantelfläche eine radial umlaufende Ringnut (13 ) aufweist, in die ein Dichtring (14 ) eingesetzt ist, der mit Vorspannung an der Zylinderinnenwand (6 ) in Anlage ist. - Aktuator nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (
15 ) mit unter hohem Druck stehendem Stickstoff gefüllt ist. - Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechnische Einrichtung ein pyrotechnischer Gasgenerator (
22 ) ist, der an der der Arbeitskammer (7 ) zugewandten Seite des Kolbens (3 ) angeordnet ist. - Aktuator nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der pyrotechnische Gasgenerator (
22 ) ganz oder teilweise in einer zur Arbeitskammer (7 ) hin offenen topfartigen Ausnehmung (23 ) des Kolbens (3 ) angeordnet ist.
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