DE102006011927A1 - Pyrotechnischer Aktuator - Google Patents

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DE102006011927A1
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piston
cylindrical housing
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pyrotechnic actuator
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DE102006011927A
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English (en)
Inventor
Masato Hirooka
Nobuyuki Katsuda
Naoki Matsuda
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Daicel Corp
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Daicel Chemical Industries Ltd
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    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/19Pyrotechnical actuators
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60RVEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R21/00Arrangements or fittings on vehicles for protecting or preventing injuries to occupants or pedestrians in case of accidents or other traffic risks
    • B60R21/34Protecting non-occupants of a vehicle, e.g. pedestrians
    • B60R21/38Protecting non-occupants of a vehicle, e.g. pedestrians using means for lifting bonnets

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Abstract

Ein pyrotechnischer Aktuator weist ein zylindrisches Gehäuse auf, das an beiden Enden offen ist, und eine elektrische Zündungsvorrichtung, die so angeordnet ist, dass sie einen Öffnungsbereich des zylindrischen Gehäuses an einem Ende verschließt. In das zylindrische Gehäuse sind axial beweglich ein Kolben und eine Kolbenstange eingesetzt. In einer Umfangsfläche des zylindrischen Gehäuses ist ein Gasauslassanschluss vorgesehen. Der Gasauslassanschluss ist vor einer Betätigung durch den Kolben blockiert und wird durch die Bewegung des Kolbens nach der Aktivierung geöffnet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen pyrotechnischen Aktuator, der in einem Automobil für einen Insassen-Rückhalteapparat verwendet werden kann.
  • Zusätzlich zu Rückhalteapparaten des Airbag-Typs, die in Fahrzeugen als Insassenrückhalteapparate und als Fußgängerschutzapparate verwendet werden, existieren beispielsweise auch Apparate zum Anheben der Motorhaube des Fahrzeuges bei einer Kollision, um Fußgänger zu schützen, und Apparate zum Einfahren des Lenkrades (Einziehen des Lenkrades nach vorne in das Fahrzeug).
  • Diese Apparate verwenden einen Aktuator eines pyrotechnischen Typs, in welchem ein Kolben unter Verwendung der Kraft eines Sprengstoffes bewegt wird. Die Explosionsenergie wird auf den Kolben als Druck übertragen, so dass auf den Apparat selbst während jeder Phase nach der Aktivierung des Aktuators Druck aufgebracht wird.
  • In US 2003/0167959 A sind ein Zünder 6, ein Kolben 8 und eine Kolbenstange 9 in einem Gehäuse 2, 3 angeordnet. An einem Umfangswandbereich des Kolbens 8 ist ein o-Ring 15 vorgesehen. Wenn der Zünder 6 aktiviert worden ist, wird der Kolben 8 so weggedrückt, dass die Kolbenstange 9 aus dem Gehäuse 2, 3 vorsteht.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen pyrotechnischen Aktuator mit einem zylindrischen Gehäuse, das an beiden Enden offen ist, einer elektrischen Zündvorrichtung, die einen Öffnungsbereich an einem Ende des zylindrischen Gehäuses verschließt, und einem Kolben und einer Kolbenstange, die in das zylindrische Gehäuse so eingesetzt sind, dass sie eine axiale Bewegung ausführen können. Das zylindrische Gehäuse weist in einer Umfangsfläche einen Gasauslassanschluss auf, wobei der Gasauslassanschluss vor einer Aktivierung durch den Kolben blockiert und nach der Aktivierung durch die Bewegung des Kolbens geöffnet wird.
  • Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
  • 1 einen Längsschnitt eines pyrotechnischen Aktuators;
  • 2 einen Längsschnitt einer anderen Ausführungsform eines pyrotechnischen Aktuators;
  • 3 einen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform eines pyrotechnischen Aktuators, und
  • 4 eine Ansicht eines Beispiels eines Schutzapparats für Menschen, in welchem der pyrotechnische Aktuator von 1 vorgesehen ist.
  • Wenn in der aus US 2003/0167959 A bekannten Vorrichtung nach einer Aktivierung des Zünders 6 Gas generiert wird, welches den Kolben 8 so verschiebt, dass die Kolbenstange 9 vorsteht, dann kann das Gas nicht abströmen und bleibt demzufolge das Innere des Gehäuses 2, 3 in einem unter Druck gesetzten Status. Wenn dann der pyrotechnische Aktuator aus dem Fahrzeugkörper mit dem unter Druck stehenden Gehäuse 2, 3 entfernt wird, können Fragmente und dergleichen als Folge der Druckentlastung wegfliegen und Verletzungen für das Arbeitspersonal bedingen. Deshalb ist es unter Berücksichtigung der Betriebssicherheit bevorzugt, insbesondere beim Zerlegen eines Fahrzeugkörpers, dass dieser Druck haltende Status des Aktuators nicht aufrecht gehalten wird.
  • Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen pyrotechnischen Aktuator anzugeben, aus welchem nach einer Operation mit Gasdruck der Druck abgelassen wird, um die Betriebssicherheit beim Zerlegen eines Fahrzeugkörpers zu steigern.
  • Der Querschnitt in Weitenrichtung, der entsteht bei einem Schnitt durch den Aktuator in einer radialen Richtung, sollte vorzugsweise eine kreisförmige Form in dem zylindrischen Gehäuse haben, könnte jedoch auch, falls notwendig, eine dreieckige oder viereckige Form haben, oder eine fünfeckige, eine sechseckige oder eine andere polygonale Form, oder sogar eine elliptische Form. Die in Querrichtung gesehene Querschnittsform des Kolbens und der Kolbenstange werden, abhängig von der in Querrichtung gesehenen Querschnittsform des zylindrischen Gehäuses gewählt.
  • Die elektrische Zündungsvorrichtung kann entweder ein bekannter elektrischer Zünder allein sein, oder eine Kombination aus einem elektrischen Zünder und einer kleinen Menge eines ein Gas generierenden Mittels.
  • Der pyrotechnische Aktuator der vorliegenden Erfindung weist in einer Umfangsfläche des zylindrischen Gehäuses einen Gasauslassanschluss auf. Der Gasauslassanschluss wird vor einer Aktivierung durch die elektrische Zündungsvorrichtung blockiert, und wird nach der Aktivierung geöffnet. Wenn also die elektrische Zündungsvorrichtung aktiviert ist, dann führt der Kolben eine vorbestimmte Operation (eine axiale Bewegung) aus, nach der durch den dann offenen Gasauslassanschluss Gas abgelassen wird. Ein Resultat dieses Gasabblasens ist es, dass der Raum zwischen der elektrischen Zündungsvorrichtung und dem Kolben in einem Druckstatus mit nur mehr reduziertem Druck verbleibt (Normaldruck oder Druck nahezu bei Normaldruck), und dass der Kolben in seine Position vor der Aktivierung zurückkehrt, wodurch er den Gasauslassanschluss wieder blockiert. Auf diese Weise wird der unter Druck gesetzte Status beseitigt und ist die Betriebssicherheit beim Zerlegen des Fahrzeugs verbessert.
  • Weiterhin kann durch Einstellen des Öffnungsquerschnitts des Gasauslassanschlusses die Zeitdauer zum Ablassen des Gases (die Menge des Gases, die pro Zeiteinheit abgelassen wird) eingestellt werden, und kann demzufolge auch die Zurückziehungszeit für den Kolben und die Kolbenstange eingestellt werden. Unter der hiermit angesprochenen Reziprokation ist ein Prozess zu verstehen, bei welchem nach der Aktivierung der elektrischen Zündungsvorrichtung der Kolben und die Kolbenstange eine lineare Bewegung bis zu einem maximalen Bewegungslimit ausführen, und dann in ihre Ausgangsposition zurückkehren. Es ist anzumerken, dass vorzugsweise entweder mehrere Gasauslässe in gleichen Intervallen in der Umfangsfläche des Gehäuses ausgebildet sind, oder dass der Gasauslass so ausgebildet ist, dass der Schub ausgeglichen wird, der generiert wird, wenn Gas durch den Gasauslassanschluss abgelassen wird.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen pyrotechnischen Aktuator, bei dem der Kolben einen äußeren Durchmesser hat, ähnlich dem inneren Durchmesser des zylindrischen Gehäuses, welcher äußere Durchmesser größer ist als der Durchmesser des Öffnungsbereiches des zylindrischen Gehäuses. Die Kolbenstange ist integral mit dem Kolben ausgebildet und besitzt einen äußeren Durchmesser, der kleiner ist als der Durchmesser des Öffnungsbereiches des zylindrischen Gehäuses.
  • Durch Korrelieren des Durchmessers des Kolbens mit dem Durchmesser des Öffnungsbereiches des zylindrischen Gehäuses kann der Kolben daran gehindert werden, nach einer Aktivierung aus dem zylindrischen Gehäuse herauszufliegen.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf einen pyrotechnischen Aktuator, bei welchem das zylindrische Gehäuse einen einwärts gewandten Flanschbereich an der Seite des Öffnungsbereiches aufweist, wobei der einwärts weisende Flanschbereich ein Gasfluchtloch besitzt.
  • Wenn die elektrische Zündungsvorrichtung aktiviert ist, derart, dass der Kolben und die Kolbenstange eine lineare Bewegung ausführen, wird Luft, die in dem Raum vorliegt, der umgeben wird durch den Kolben, die Kolbenstange und das zylindrische Gehäuse (Luft, welche in den Aktuator während der Herstellung eintritt) komprimiert, so dass sie unter erhöhtem Druck kommt. Dann wirkt diese komprimierte Luft so, dass sie die lineare Ausfahr-Bewegung des Kolbens und der Kolbenstange behindert. Der auf den Kolben nach der Aktivierung der elektrischen Zündungsvorrichtung einwirkende Druck ist zwar beträchtlich höher als die Kompressionskraft der Luft in dem vorerwähnten Raum. Jedoch erzeugt diese komprimierte Luft, solange diese Luft in dem Raum vorhanden ist, einen Widerstand gegen die lineare Bewegung des Kolbens und der Kolbenstange. Durch Anordnung des Gasfluchtlochs in dem einwärts weisenden Flanschbereich wird dieser Raum jedoch unter normalem Druck gehalten, so dass deshalb die lineare Bewegung des Kolbens und der Kolbenstange gleichförmig abläuft. Es ist anzumerken, dass die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens und der Kolbenstange eingestellt werden kann durch Einstellen des Öffnungsquerschnitts des Gasfluchtlochs.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf einen pyrotechnischen Aktuator, bei welchem das in dem einwärts weisenden Flanschbereich vorgesehene Gasfluchtloch durch ein dichtendes Band oder ein Dichtklebeband blockiert ist.
  • Wenn die elektrische Zündungsvorrichtung aktiviert ist, derart, dass der Kolben und die Kolbenstange eine lineare Bewegung ausführen, dann wird Luft in dem Raum, der begrenzt wird von dem Kolben, der Kolbenstange und dem zylindrischen Gehäuse, komprimiert und wird ihr Druck erhöht. Dieser Druck wirkt so, dass er der linearen Bewegung des Kolbens und der Kolbenstange entgegenwirkt. Wenn jedoch in diesem Raum ein vorbestimmter Druck erreicht wird (korrespondierend mit der Reißfestigkeit des dichtenden Bandes), dann reißt das dichtende Band, so dass erst dann das Gasfluchtloch in dem einwärts weisenden Flanschbereich geöffnet wird. Demzufolge fällt der Innendruck in dem Raum und läuft die lineare Bewegung des Kolbens und der Kolbenstange gleichförmig ab. Diese Struktur ist zweckmäßig zur Verwendung in einem Fall, in welchem die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens während einer Operation verändert wird.
  • Das Timing zum Zerreißen des dichtenden Bandes zum Öffnen des Gasfluchtloches wird eingestellt durch entsprechende Auswahl der Festigkeit oder Stärke (Dicke, Material, Kleber und dergleichen) des dichtenden Bandes und des Durchmessers des Gasfluchtlochs.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf einen pyrotechnischen Aktuator, der weiterhin eine Vorrichtung aufweist, mit der verhindert werden kann, dass sich der Kolben bewegt, ehe der pyrotechnische Aktuator aktiviert wird.
  • Durch Anordnen einer solchen Vorrichtung kann der Kolben daran gehindert werden, aus dem zylindrischen Gehäuse herauszufliegen, bevor der Aktuator aktiviert wird, und zwar als Folge von Vibrationen oder dergleichen, wie sie während des normalen Gebrauchs des Fahrzeugs beim Fahren auf den pyrotechnischen Aktuator einwirken können.
  • Der pyrotechnische Aktuator der vorliegenden Erfindung kann in unterschiedlichen Rückhalteapparaten für Menschen verwendet werden, die in oder an einem Automobil installiert sind. Hierbei umschreibt der Begriff "Mensch" sowohl Insassen des Automobils als auch Fußgänger außerhalb des Automobils.
  • In dem pyrotechnischen Aktuator der vorliegenden Erfindung liegt zur Zeit der Aktivierung ein unter Druck gesetzter Teil vor, hingegen liegt nach der Aktivierung kein unter Druck gesetzter Teil mehr vor. Wenn also der pyrotechnische Aktuator aus einem Fahrzeug ausgebaut wird, können keine problematischen Situationen auftreten, bei denen Fragmente herausfliegen und einen Mechaniker verletzen, als Folge des Freisetzens des Drucks, was einträte, wenn ein unter Druck stehender Teil nach wie vor vorliegen würde.
  • (1) Der pyrotechnische Aktuator von 1:
  • 1 ist eine Längsschnittansicht eines pyrotechnischen Aktuators 10.
  • Ein elektrischer Zünder 25 ist in einem metallischen zylindrischen Gehäuse 11 montiert, das im Querschnitt kreisförmig sein. Der elektrische Zünder 25 blockiert einen Öffnungsbereich 12 an einer Endseite des zylindrischen Gehäuses 11. An der anderen Endseite des zylindrischen Gehäuses 11 ist ein einwärts weisender Flanschbereich 13 ausgebildet. Ein von dem einwärts gerichteten Flanschbereich 13 umgebener Teil wird als ein Öffnungsbereich 14 definiert.
  • Der elektrische Zünder 25 hat einen Zünderkragen 26 und einen Zündungsbereich 27. Der elektrische Zünder 25 ist in das zylindrische Gehäuse 11 so eingepasst, dass der Zünderkragen 26 gegen einen Stufenbereich 15 anliegt, der an einer inneren Umfangsfläche des zylindrischen Gehäuses 11 vorgesehen ist. Der elektrische Zünder 25 ist an dem zylindrischen Gehäuse 11 durch Umbördeln eines Umfangsrandes (Bördelbereich 16) des Öffnungsbereiches 12 an einer Endseite festgelegt.
  • Mehrere (beispielsweise zwischen zwei und zehn und vorzugsweise zwischen zwei und sechs) Gasauslassanschlüsse 18, z. B. Bohrungen, sind in einer Umfangsfläche 17 des zylindrischen Gehäuses 11 mit gleichen Intervallen in Umfangsrichtung vorgesehen. Der Durchmesser der Gasauslassanschlüsse 18 ist festgelegt unter Berücksichtigung des Verhältnisses mit der Reziprokationszeit eines Kolbens 30 und dergleichen, und kann z. B. eingestellt sein zwischen 0,5 und 3,0 mm, und liegt vorzugsweise zwischen 1,0 und 2,0 mm.
  • Der metallische Kolben 30 kann eine axiale Bewegung in dem zylindrischen Gehäuse 11 ausführen. Der äußere Durchmesser des Kolbens 30 ist im Wesentlichen identisch mit oder nur geringfügig kleiner als der innere Durchmesser des zylindrischen Gehäuses 11, ist jedoch größer als der Durchmesser des Öffnungsbereichs 14. Demzufolge kann der Kolben 30 eine Verschiebebewegung ausführen, wobei die äußere Umfangsfläche des Kolbens 30 in Kontakt ist mit der inneren Umfangsfläche des zylindrischen Gehäuses 11, oder kann er sich mit einem geringen Spiel bewegen, das zwischen der äußeren Umfangsfläche des Kolbens 30 und der inneren Umfangsfläche des zylindrischen Gehäuses 11 vorliegt. In jedem Fall kann zwischen der äußeren Umfangsfläche des Kolbens 30 und zylindrischen Gehäuses 11 ein Schmiermittel vorgesehen sein, damit sich der Kolben 30 leichtgängig bewegen kann. In dem pyrotechnischen Aktuator 10 führt der Kolben 30 nur eine einzige Reziprokation auf, und stellt deshalb die Gleitbewegung kein Problem dar.
  • An seinem unteren Bereich hat der Kolben 30 einen zylindrischen Schürzenabschnitt 31. Der Zündungsbereich 27 des elektrischen Zünders 25 ist in einem säulenförmigen Raum 19 positioniert, der von dem Schürzenabschnitt 31 umgeben wird. Eine offene Endfläche des Schürzenabschnitts 31 liegt an dem Zünderkragen 26 an. Durch Zusammenfügen des Schürzenabschnitts 31 und des elektrischen Zünders 25 wird der Kolben 30 an seiner Position gehalten. Die äußere Umfangsfläche des Schürzenabschnitts 31 liegt den Gasauslassanschlüssen 18 entweder sehr nahe gegenüber oder steht sogar in Kontakt damit, so dass dadurch die Gasauslassanschlüsse 18 von dem Schürzenabschnitt 31 blockiert sind.
  • Mit dem Kolben 30 ist eine metallische Kolbenstange 32 integral ausgebildet. Der äußere Durchmesser der Kolbenstange 32 ist kleiner als der äußere Durchmesser des Kolbens 30 und ist annähernd gleich oder geringfügig kleiner als der Durchmesser des Öffnungsbereiches 14 im zylindrischen Gehäuse 11. Demzufolge kann die Kolbenstange 32 eine Verschiebebewegung ausführen, bei der die Außenumfangsfläche der Kolbenstange 32 mit dem Öffnungsbereich 14 in Kontakt ist, oder es kann ein geringfügiges Spiel vorliegen zwischen der äußeren Umfangsfläche der Kolbenstange 32 und dem Öffnungsbereich 14. In jedem Fall kann zwischen der äußeren Umfangsfläche der Kolbenstange 32 und dem Öffnungsbereich 14 ein Schmiermittel vorgesehen sein. In dem pyrotechnischen Aktuator 10 führt die Kolbenstange 32 nur eine einzige Reziprokation aus, so dass die Verschiebebewegung kein nennenswertes Problem darstellt.
  • Eine Oberseite 33 der Kolbenstange 32 ist eben und liegt in der gleichen Ebene wie der einwärts weisende Flanschbereich 13. Eine axiale Bewegung des Kolbens 30 und der Kolbenstange 32 vor einer Aktivierung wird verhindert durch Umbördeln eines Umfangsrandes der Öffnung (Bördelbereich 20) des einwärts weisenden Flanschbereiches 13 (Öffnungsbereich 14). Es ist anzumerken, dass die Oberseite 33 der Kolbenstange 32 vor der Aktivierung nach außen aus dem Öffnungsbereich 14 vorstehen kann. Ferner ist anzumerken, dass ein zylindrischer Raum 22 zwischen der Kolbenstange 32 und dem zylindrischen Gehäuse 11 unter normalem Druck stehen kann.
  • In 1 ist die Oberseite 33 der Kolbenstange 32 eben. Jedoch kann die Oberseite 33 auch schräg geneigt oder gekrümmt sein, abhängig von der Verwendung des Rückhalteapparats für Menschen, spezifischer unter Abstimmung auf die Gestalt eines anderen Gliedes, welches die Oberseite 33 kontaktiert. Zusätzlich können auf einem Teil oder auf der gesamten Ebene, der geneigten oder gekrümmten Oberseite 33, Unregelmäßigkeiten ausgebildet sein.
  • Als Nächstes wird eine Operation des pyrotechnischen Aktuators 10 beschrieben. Wenn der elektrische Zünder 25 aktiviert ist, wird Gas generiert (oder Hitze, Schockwellen oder dergleichen), was bewirkt, dass der Innendruck um säulenförmigen Raum 19 ansteigt. Nach Beaufschlagung durch diese Zunahme des Innendrucks im säulenförmigen Raum 19 führt der Kolben 30 eine axiale Bewegung aus, wobei er den Bördelbereich 20 derart durchbricht, dass die Kolbenstange 32 aus dem Öffnungsbereich 14 nach außen fährt. Zu dieser Zeit wird der zylindrische Raum 22 komprimiert, was darin zu einem Druckanstieg führt. Durch ausreichenden Druck, der durch die Aktivierung des elektrischen Zünders 25 generiert wird, kann die Kolbenstange 32 von der oberen Fläche des zylindrischen Gehäuses 11 in einem ausreichenden Maß ausfahren. Die Kolbenstange 32 hält in der Bewegung an, wenn ein Schulterbereich 35 des Kolbens 30 auf eine innere Fläche 21 des einwärts weisenden Flanschbereiches 13 aufschlägt (Status der angehaltenen Bewegung = maximaler Bewegungsstatus).
  • Während dieses Vorgangs führt auch der Schürzenabschnitt 31 des Kolbens 30 eine axiale Bewegung aus. Dadurch wird das Volumen des säulenförmigen Raums 19 vergrößert und werden die Gasauslassanschlüsse 18 freigegeben. Das unter hohem Druck stehende Gas in dem säulenförmigen Raum wird durch die Gasauslassanschlüsse 18 abgeblasen und nimmt im Resultat der Innendruck in dem säulenförmigen Raum 19 ab. Wenn der Innendruck im säulenförmigen Raum 19 nicht länger ausreicht, den Kolben 30 und die Kolbenstange 32 zu stützen, und auch wegen des Innendrucks des zylindrischen Raums 22, dann kehren der Kolben 30 und die Kolbenstange 32 zurück zu ihren Lagen vor der Aktivierung. Zu dieser Zeit hat der Innendruck im säulenförmigen Raum 19 bis auf Normaldruck oder nahezu bis auf Normaldruck abgenommen (es existiert kein unter Druck stehender Teil mehr), so dass deshalb die Betriebssicherheit während einer späteren Demontage sichergestellt ist.
  • Durch Einstellen der Ausgangsleistung des elektrischen Zünders 25 oder des Gesamtöffnungsbereiches der Gasauslassanschlüsse 18, oder durch Einstellen beider Parameter, kann die Reziprokationszeit für den Kolben 30 und die Kolbenstange 32 eingestellt werden (die Zeit, die erforderlich ist zwischen dem Status vor der Aktivierung bis zu dem Status der angehaltenen Bewegung, und zurück zu dem Status vor der Aktivierung). Der gesamte Öffnungsbereich der Gasauslassanschlüsse 18 wird eingestellt durch Wählen des Durchmessers und/oder der Anzahl der Gasauslassanschlüsse 18.
  • Wenn in 1 beispielsweise der gesamte Öffnungsbereich der Gasauslassanschlüsse 18 vergrößert wird (und die Ausgangsleistung des elektrischen Zünders 25 konstant bleibt), dann nimmt die Menge des Gases zu, das abgelassen wird, wenn die Gasauslassanschlüsse 18 durch die Bewegung des Kolbens 30 und der Kolbenstange 32 geöffnet werden, und wird deshalb die Zeit verkürzt, die erforderlich ist von dem Status der angehaltenen Bewegung zur Rückkehr des Kolbens 30 und der Kolbenstange 32 (die Reziprokationszeit des Kolbens). Andererseits ist die Reziprokationszeit des Kolbens verlängert, wenn der gesamte Öffnungsquerschnitt der Gasauslassanschlüsse 18 vermindert wird.
  • (2) Der pyrotechnische Aktuator von 2:
  • 2 ist eine Längsschnittansicht eines pyrotechnischen Aktuators 100. Der in 2 gezeigte pyrotechnische Aktuator 100 hat eine substanziell identische Struktur, wie der pyrotechnische Aktuator 10 von 1. Deshalb werden nur unterschiedliche Teile davon erläutert. Bezugszeichen, wie die in 1 verwendeten, heben identische Komponenten in 2 hervor.
  • In 2 ist in der Umfangsfläche des Zündungsbereiches 27 des elektrischen Zünders 25 eine ringförmige Nut 28 vorgesehen. In die ringförmige Nut 28 ist ein O-Ring 29 eingepasst. Der O-Ring 29 ist aus Gummi oder Kunststoff hergestellt und kontaktiert die innere Umfangsfläche des Schürzenabschnitts 31 des Kolbens 30. Die durch den Kontakt zwischen dem O-Ring 29 und der inneren Umfangsfläche des Schürzenabschnitts 31 generierte Reibungskraft wirkt so, dass sie vor einer Aktivierung eine axiale Bewegung des Kolbens 30 und der Kolbenstange 32 verhindert. Der gebördelte Bereich 20 der 1 ist in diesem Fall nicht vorgesehen. Es ist jedoch möglich, dass sowohl der O-Ring 29 als auch der gebördelte Bereich 20 miteinander vorgesehen sind.
  • (3) Der pyrotechnische Aktuator von 3:
  • 3 ist eine Längsschnittansicht eines pyrotechnischen Aktuators 200. Der in 3 gezeigte pyrotechnische Aktuator 200 hat eine substanziell identische Struktur, wie der pyrotechnische Aktuator 10 von 1. Deshalb werden nur unterschiedliche Teile davon erläutert. Identische Bezugszeichen, wie in 1, heben identische Komponenten in 3 hervor.
  • In dem einwärts weisenden Flanschbereich 13 ist zumindest ein Gasfluchtloch 38, z. B. eine Bohrung, vorgesehen. Vor dem Gasfluchtloch 38 ist von der inneren Oberfläche 21 her, wie in 1 gezeigt, ein ringförmiges dichtendes Band 24 festgeklebt. Als das dichtende Band 24 kann ein Band aus Aluminium oder rostfreiem Stahl verwendet werden, das eine Klebeschicht trägt. Das Reißtiming des dichtenden Bandes 24 kann eingestellt werden durch Korrelieren der Dicke, des Materials, des Klebertyps und dergleichen, des dichtenden Bandes 24 mit dem Durchmesser des Gasfluchtloches 38. Es ist anzumerken, dass das Gasfluchtloch 38 sogar offen sein kann, und kein dichtendes Band 24 darüber geklebt wird.
  • Als Nächstes wird eine Operation des pyrotechnischen Aktuators 200 erläutert. Wenn der elektrische Zünder 25 aktiviert ist, wird Gas (oder Hitze, Schockwellen oder dergleichen) generiert, was bewirkt, dass der Innendruck im säulenförmigen Raum 19 ansteigt. Nachdem der Kolben 30 diese Innendruckzunahme im säulenförmigen Raum 19 aufnimmt, wird der Kolben 30 verschoben, um eine axiale Bewegung auszuführen, wobei auch die Kolbenstange 32 eine axiale Bewegung durchführt, um aus dem Öffnungsbereich 14 nach außen vorzustehen.
  • Als Resultat der Bewegung des Kolbens 30 wird der zylindrische Raum 22 komprimiert, was zu einer Zunahme des Luftdrucks darin führt. Wenn das dichtende Band 24 dieser Drucksteigerung nicht mehr länger widerstehen kann, bricht das Band 24, so dass das Gasfluchtloch 38 geöffnet wird und der Innendruck im den zylindrischen Raum 22 rasch abfällt. Daraus ergibt sich, dass die lineare Bewegung des Kolbens 30 und der Kolbenstange 32 rasch ablaufen, bis der Schulterbereich 35 des Kolbens 30 an der inneren Fläche 21 des einwärts weisenden Flanschbereiches 13 anschlägt.
  • Während dieses Vorgangs führt auch der Schürzenabschnitt 31 des Kolbens 30 eine axiale Bewegung aus. Dadurch wird das Volumen des säulenförmigen Raums 19 vergrößert und werden die Gasauslassanschlüsse 18 freigegeben. Auf diese Weise wird das unter hohem Druck stehende Gas in dem säulenförmigen Raum 19 durch die Gasauslassanschlüsse 18 abgelassen, so dass im Resultat der Innendruck im säulenförmigen Raum 19 abnimmt. Wenn der Innendruck im säulenförmigen Raum 19 nicht mehr länger ausreicht, den Kolben 30 und die Kolbenstange 32 abzustützen, dann kehren der Kolben 30 und die Kolbenstange 32 zurück zu ihren Positionen, die sie vor der Aktivierung hatten. Zu dieser Zeit hat der Innendruck in den säulenförmigen Raum 19 zu normalem Druck oder nahezu normalem Druck abgenommen. Dadurch ist die Betriebssicherheit im Falle einer späteren Demontage sichergestellt.
  • (4) Ein Beispiel, bei dem der pyrotechnische Aktuator von 1 verwendet wird, ist in 4 gezeigt.
  • 4 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Fußgänger-Schutzapparates (Hauben-Anheeapparat eines Fahrzeugs) zeigt, bei dem der pyrotechnische Aktuator 10 von 1 eingesetzt ist. Es ist anzumerken, dass die Kolbenstange 32 mit einem Fitting 60 verbunden ist, und deshalb schon vor der Aktivierung geringfügig aus dem Öffnungsbereich 14 des zylindrischen Gehäuses 11 vorsteht. 4 illustriert nur eine Operation, die unter Verwendung des pyrotechnischen Aktuators 10 ausgeführt wird, und reflektiert keine tatsächlichen Abmessungen.
  • An jeder Seite in der Breitenrichtung eines Fahrzeugs 50 ist ein pyrotechnischer Aktuator 10 vorgesehen (obwohl in der Zeichnung nur ein einziger pyrotechnischer Aktuator 10 illustriert ist). Die Kolbenstange 32 ist jeweils mit einer Haube, z. B. einer Motorhaube 51 verbunden, und zwar durch einen stabförmigen Support 61, der von beiden Seiten durch zwei substanziell halbkreisförmige Fittings 60 eingeklemmt ist (in der Zeichnung ist nur ein Fitting 60 gezeigt). Der Fitting 60 ist an einer vorbestimmten Position an der Motorhaube 51 fixiert. Der Support 61 wird zwischen den zwei Fittings 60 in der Weitenrichtung des Fahrzeugs 50 gehalten, so dass er sich drehen kann, ohne herauszufallen. Der Fitting 60 kann eine gekrümmte Fläche haben, die mit der Umfangsflächenform der Kolbenstange 32 korrespondiert. Alternativ kann ein Fitting 60 mit der Form einer ebenen Platte verwendet werden, und kann die Kolbenstange 32, die den Fitting 60 kontaktiert, eine zumindest teilweise ebene Form haben.
  • Durch Verbinden der Kolbenstange 32 und der Motorhaube 51 unter Verwendung des Fittings 60 und des Supports 61 auf die beschriebene Weise, kann die Motorhaube 51 (oder ein Kofferraumdeckel) unter einem optionalen Winkel angestellt werden, wenn sich die Kolbenstange 32 hebt bzw. ausfährt.
  • Wenn der Frontbereich des Fahrzeugs 50 mit einem Fußgänger kollidieren sollte, dann wird der elektrische Zünder 25 aktiviert, und zwar durch ein Kommando, das ausgegeben wird von einem Aufpralldetektionssensor. Eine elektronische Steuereinheit (ECU) gibt daraufhin das Kommando aus und im Resultat werden der Kolben 30 und die Kolbenstange 32 ausgefahren. Dadurch wird die Motorhaube 51, die mit der Kolbenstange 32 in Kontakt ist, rasch angehoben. 4 zeigt einen Status, in welchem die Kolbenstange 32 zu ihrem oberen Limit angehoben ist.
  • Wenn nun die Vorderfläche des Fahrzeugs 50 mit dem Fußgänger kollidiert, wird häufig der Fußgänger ausgehoben und gegen die Motorhaube 51 geschleudert. In diesem Fall, obwohl die Motorhaube 51 selbst weich sein kann, wären doch Motorkomponenten wie ein Zylinderblock und eine Nockenwellenabdeckung, die direkt unterhalb der Motorhaube installiert sind, außerordentlich hart. Wenn dann der Fußgänger gegen die Haube 50 geschleudert wird, kann er mit diesen harten Komponenten durch die Haube 51 kollidieren, was die Ernsthaftigkeit einer Verletzung erhöhen würde.
  • Wenn jedoch, wie in 4 gezeigt, der pyrotechnische Aktuator 10 aktiviert ist, dann fliegt die Motorhaube 51 nach oben, so dass zwischen der Motorhaube 51 und den harten Komponenten ein Zwischenraum gebildet wird. Daraus resultiert, dass der Aufprall, dem der Fußgänger ausgesetzt wird, wenn er gegen die Motorhaube 51 geschleudert wird, erheblich gemildert wird.
  • Nach einer vorbestimmten Zeitperiode (einer Zeitperiode, abgeleitet von vergangenen Unfalldaten und dergleichen, und die ausreichend lang ist, um sicherzustellen, dass ein Fußgänger tatsächlich entsprechend geschützt wird), kehrt die Kolbenstange 32 in ihre Position vor der Aktivierung zurück, und die Motorhaube 51 kehrt ebenfalls in die Ausgangsposition zurück. Es wird dabei davon ausgegangen, dass der Fußgänger dann nicht mehr länger in Kontakt ist mit der Motorhaube 51, und dass deshalb ein Schutz für den Fußgänger in ausreichendem Maß zuvor erbracht worden ist. Weiterhin wirkt die Gasentladung durch die Gasauslassanschlüsse 18 so, dass sie einen Abpolsterungseffekt erzeugt, wenn der Fußgänger auf die Motorhaube 51 aufschlägt, so dass der Schock, dem der Fußgänger ausgesetzt wird, weiter gemildert wird.
  • Sobald die Operation des pyrotechnischen Aktuators 10 beendet ist, kehrt der Innenraum des säulenförmigen Raums 19 zurück zum Normaldruck oder nahezu zum Normaldruck. Deshalb existiert dann kein unter Druck stehender Teil mehr, wenn der pyrotechnische Aktuator 10 während einer Demontage oder Teildemontage des Fahrzeugs 50 nach dem Unfall entfernt wird. Dadurch ist auch die Betriebssicherheit für das Mechanikerpersonal sichergestellt.
  • Die auf diese Weise beschriebene Erfindung kann, wie dies offensichtlich ist, auf verschiedene Weisen ausgeführt werden. Solche Variationen verlassen nicht den Sinngehalt und den Schutzumfang der Erfindung. Derartige Modifikationen, wie sie für Fachleute auf diesem Gebiet offensichtlich sind, sollen vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche umfasst sein.

Claims (5)

  1. Pyrotechnischer Aktuator mit einem an beiden Enden offenen zylindrischen Gehäuse (11), einer elektrischen Zündungsvorrichtung (25), die in dem zylindrischen Gehäuse (11) einen Öffnungsbereich an einem Ende des zylindrischen Gehäuses verschließt, und einem Kolben (30) und einer Kolbenstange (32), die axial beweglich in das zylindrische Gehäuse (11) eingesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das zylindrische Gehäuse (11) in einer Umfangsfläche davon zumindest einen Gasauslassanschluss (18) aufweist, und dass der Gasauslassanschluss (18) durch den Kolben (30) vor der Aktivierung verschlossen und nach Aktivierung durch die Bewegung des Kolbens (30) geöffnet ist.
  2. Pyrotechnischer Aktuator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (30) einen Außendurchmesser ähnlich einem Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses (11) und größer als ein Durchmesser eines anderen Öffnungsbereichs (14) des zylindrischen Gehäuses (11) aufweist und dass die Kolbenstange (32) integral mit dem Kolben (30) ausgebildet und einen äußeren Durchmesser hat, der kleiner ist als der Durchmesser des anderen Öffnungsbereiches (14) des zylindrischen Gehäuses (11).
  3. Pyrotechnischer Aktuator gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zylindrische Gehäuse (11) an einer Seite des anderen Öffnungsbereiches (14) einen einwärts weisenden Flanschbereich (13) aufweist, und dass in dem einwärts weisenden Flanschbereich zumindest ein Gasfluchtloch (38) vorgesehen ist.
  4. Pyrotechnischer Aktuator gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasfluchtloch (38) in dem einwärts weisenden Flanschbereich (13) durch ein abdichtendes Band (24) blockiert ist.
  5. Pyrotechnischer Aktuator gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, weiterhin gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (28) zum Verhindern, dass sich der Kolben (30) bewegt, ehe der pyrotechnische Aktuator (10, 100, 200) aktiviert wird.
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