-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen pyrotechnischen Aktuator für
eine aktive Haube eines Kraftfahrzeugs. Ein solcher pyrotechnischer
Aktuator ist zum Beispiel aus
DE 10 2006 008 900 A1 bekannt. Die Aufgabe
eines solchen Aktuators ist, wenn ein Kraftfahrzeug in einen Unfall
verwickelt ist, dessen Fronthaube in kürzester Zeit durch
Zünden einer Treibladung anzuheben, um so den Abstand zwischen
der Haube und darunter liegenden Teilen des Motorblocks oder anderen
nicht verformbaren Komponenten des Fahrzeugs zu vergrößern
und so für einen eventuell aufschlagenden Fußgänger
eine möglichst ausgedehnte Verzögerungszone zu
schaffen, um die Gefahr schwerer Verletzungen zu verringern.
-
In
der Praxis stellt sich heraus, dass das von der Treibladung gelieferte
Druckgas erheblich mit festen Partikeln belastet ist, die bei Betätigung
des Aktuators in dessen Zylinder gelangen. Der Aktuator kann daher,
wenn überhaupt, nur dann ein zweites Mal verwendet werden,
wenn die Partikel aus dem Zylinder beseitigt werden. Dies macht
nach jedem Auslösen des Aktuators einen kostspieligen Werkstattaufenthalt
erforderlich.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist, einen pyrotechnischen Aktuator zu
schaffen, der mit geringem Aufwand wieder verwendbar ist.
-
Die
Aufgabe wird gelöst, indem bei einem pyrotechnischen Aktuator
für eine aktive Haube mit einem Gasgenerator, einem Zylinder
mit einem darin verschiebbaren Kolben und einer Druckgasleitung, die
den Gasgenerator mit dem Zylinder verbindet, an der Druckgasleitung
ein Filterkörper angeordnet ist, um im Druckgas des Gasgenerators
enthaltene Partikel abzufangen.
-
Überraschenderweise
zeigt sich, dass eine gute Filterwirkung mit einem Filterkörper
erreichbar ist, der eine Wand der Druckgasleitung bedeckt.
-
Insbesondere
ist es zweckmäßig, dass ein stromaufwärtiger
Abschnitt der Druckgasleitung ausgerichtet ist, um einen gegen die
bedeckte Wand gerichteten Gasstrahl zu formen. In dem Gasstrahl
enthaltene Partikel dringen aufgrund ihrer Massenträgheit
tiefer in das Material des Filterkörpers ein als das Gas,
so dass sie, wenn sie in dem Filterkörper zur Ruhe kommen,
von dem Gas nicht mehr mitgerissen werden können.
-
Um
diesen Effekt zu erzielen, ist nicht erforderlich, dass der Gasstrom
den Filterkörper durchquert; vielmehr geht vorzugsweise
ein stromabwärtiger Abschnitt der Druckgasleitung von einer
angeströmten Oberfläche des Filterkörpers
aus.
-
Für
eine effiziente Abscheidung der Partikel ist es vorteilhaft, wenn
der stromaufwärtige und der stromabwärtige Abschnitt
der Druckgasleitung in rechtem Winkel zueinander ausgerichtet sind.
-
Es
kann auch ein die Druckgasleitung kreuzender Filterkörper
vorgesehen sein. Der Aufbau des Aktuators ist vereinfacht, wenn
der die Wand bedeckende Filterkörper und der die Druckgasleitung kreuzende
Filterkörper Abschnitte ein und desselben Filterkörpers
sind.
-
Eine
solche Anordnung ist auf einfache Weise realisierbar, indem der
Filterkörper als Hohlkörper ausgebildet ist und
ein innerer Hohlraum des Filters dem stromabwärtigen Abschnitt
der Druckgasleitung angehört.
-
Insbesondere
kann der Filterkörper rohrförmig sein, wobei ein
erster Umfangsabschnitt des rohrförmigen Filterkörpers
die Wand bedeckt und ein dem ersten Umfangsabschnitt gegenüberliegender Umfangsabschnitt
den stromaufwärtigen Leitungsabschnitt kreuzt.
-
Dieser
Filterkörper kann von einem ring- oder sektorförmigen
Hohlraum umgeben sein, der dem stromaufwärtigen Abschnitt
der Druckgasleitung angehört.
-
Vorzugsweise
treffen mehrere stromaufwärtige Leitungsabschnitte, die
jeweils von verschiedenen Gasgeneratoren herrühren können,
auf verschiedenen Abschnitte des Filterkörpers. Da der
Zylinder durch den vorgelagerten Filterkörper vor Partikeln
geschützt und daher mehrfach verwendbar ist, können
die mehreren Gasgeneratoren für die mehrfache Verwendung
des Zylinders bereits von vornherein in den Aktuator eingebaut sein.
Dadurch wird der Reparaturaufwand nach einem Unfall minimiert, da
an dem pyrotechnischen Aktuator allenfalls dann Teile ausgetauscht
oder ergänzt werden müssen, wenn sämtliche
Gasgeneratoren verbraucht sind. Indem die Leitungsabschnitte auf
jeweils verschiedene Abschnitte des Filterkörpers ausgerichtet
sind, wird bei jeder Betätigung des Aktuators ein anderer
Abschnitt des Filterkörpers zum Abfiltern der Partikel genutzt,
so dass die Wirksamkeit und die Durchlässigkeit des Filters
sich über mehrere Betätigungen hinweg im Wesentlichen
nicht ändert.
-
Ein
besonders kompakter Aufbau des Aktuators ist erreichbar, wenn die
die Druckgasleitungen kreuzenden Abschnitte des Filterkörpers
auf einer ersten Hälfte und die die Wand bedeckenden Abschnitte
auf einer zweiten Hälfte des Umfangs des Filterkörpers
angeordnet sind.
-
Einer
weiteren Ausgestaltung zufolge kann der Filterkörper in
einem dem stromaufwärtigen Abschnitt zugewandten Sackhohlraum
aufgenommen sein.
-
Vorzugsweise
ist der Kolben in dem Zylinder verriegelbar und durch Zufuhr von
Druckgas entriegelbar.
-
Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
-
1 einen
partiellen Längsschnitt durch den Sockelbereich eines pyrotechnischen
Aktuators gemäß einer ersten Ausgestaltung der
Erfindung;
-
2 einen
Axialschnitt durch den Sockelbereich eines Aktuators gemäß einer
zweiten Ausgestaltung der Erfindung;
-
3 einen
radialen Schnitt entlang der Ebene III-III aus 2;
-
4 einen
zu 3 analogen Schnitt gemäß einer
dritten Ausgestaltung der Erfindung;
-
5 einen
axialen Schnitt gemäß einer vierten Ausgestaltung
der Erfindung;
-
6 einen
Schnitt entlang der Ebene VI-VI aus 5;
-
7 einen
radialen Schnitt analog zu
-
6 gemäß einer
fünften Ausgestaltung der Erfindung;
-
8 einen
partiellen Längsschnitt durch den Sockelbereich eines pyrotechnischen
Aktuators gemäß einer sechsten Ausgestaltung der
Erfindung;
-
9 einen
Schnitt entlang der Ebene IX-IX aus 8; und
-
10 einen
Schnitt entlang der Ebene X-X aus 8.
-
1 zeigt
einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Aktuator
entlang der Längsachse von dessen in der Figur nur teilweise
dargestelltem Zylinder 1. Ein in dem Zylinder 1 verschiebbarer
Kolben 2 ist über eine an einem oberen Ende des
Zylinders 1 austretende Kolbenstange 3 an einer
in der Figur nicht dargestellten, durch den Aktuator anzuhebenden
Motorhaube eines Kraftfahrzeugs befestigt. Der gesamte Aktuator
ist unter der Motorhaube verborgen in der Karosseriestruktur eines
Kraftfahrzeugs montiert.
-
Der
Kolben 2 umfasst einen mit der Kolbenstange 3 fest
verbundenen, hohlzylindrischen und nach unten offenen Kolbenmantel 4 und
einen Schieber 5 von im Wesentlichen zylindrischer Gestalt,
dessen Unterseite durch einen umlaufenden Bund 6 vergrößert
ist, so dass sie den freien Querschnitt des Zylinders 1 bis
auf ein geringes Spiel ausfüllt. In der dargestellten Konfiguration
hält ein Kopfabschnitt 7 des Schiebers 5 eine
Mehrzahl von Rastkugeln 8 in einer Stellung blockiert,
in der sie zum Teil von Bohrungen 28 des Kolbenmantels 4 aufgenommen
sind und zum Teil in eine Nut 9 an der Innenseite des Zylinders 1 eingreifen.
Die Rastkugeln 8 halten den Kolben 2 fest verriegelt,
so dass die Motorhaube an der Kraftfahrzeugkarosserie über
den Aktuator fest verankert ist.
-
Eine
Druckgasleitung 10 verbindet die Unterseite des Schiebers 5 mit
einer Mehrzahl von Gasgeneratoren 11. Wenn einer dieser
Gasgeneratoren 11 gezündet wird, strömt
das von ihm gelieferte Druckgas zunächst gegen die Unterseite
des Schiebers 5 und drückt diesen aufwärts.
Dadurch gelangt eine umlaufende Nut 12 des Schiebers 5 auf
das Niveau der Rastkugeln 8, und gleichzeitig schlägt
der Schieber 5 an den Kolbenmantel 4 an und überträgt
den Druck des Gases auf diesen. Dies hat zur Folge, dass die Rastkugeln 8 aus
der Nut 9 des Zylinders 1 aus- und in die Nut 12 des
Schiebers 5 einrücken und sich die Verriegelung
des Kolbens 2 löst. Dieser kann nun dem Druck
des Gases nachgeben und die Haube anheben.
-
Die
Druckgasleitung 10 umfasst eine Mehrzahl von in den massiven
metallischen Sockel des Zylinders 1 eingebrachten Bohrungen.
Drei parallele Bohrungen bilden jeweils Kammern, in denen die Gasgeneratoren 11 aufgenommen
sind. Sie sind untereinander durch eine Sammelbohrung 13 verbunden,
die von der Unterseite des Sockels her eingebracht und durch einen
Deckel 14 dicht verschlossen ist. Eine der drei die Gasgeneratoren 11 aufnehmenden
Bohrungen, mit 15 bezeichnet, ist bis zur Längsachse
des Zylinders 1 und ein Stück weit darüber hinaus
verlängert. Sie kreuzt eine die Kammer des Zylinders 1 axial
verlängernde Bohrung 16. In einem sackartigen
Endabschnitt der Bohrung 15, den Gasgeneratoren 11 jenseits
der Bohrung 16 gegenüber liegend, ist ein Filterkörper 17 aus
einem porösen Material untergebracht.
-
Wenn
einer der Gasgeneratoren 11 gezündet wird, so
schießt das von ihm ausgestoßene Druckgas zunächst
die Bohrung 15 entlang, bevor es in der Kreuzungszone der
Bohrungen 15, 16 umgelenkt wird. In dem Druckgas
mitgeführte Partikel können dem Richtungswechsel
des Gases nicht schnell genug folgen, sie werden durch den Kreuzungsbereich
hindurch getragen und schlagen in dem gegenüberliegenden
Filterkörper 17 ein, wo sie stecken bleiben. Das
Druckgas, das schließlich die Kammer des Zylinders 1 erreicht,
ist im Wesentlichen frei von Partikeln. Daher kann der Aktuator
mehrmals betätigt werden, ohne dass er nach jeder Betätigung
auseinander genommen und gereinigt werden muss.
-
Eine
durch den Kolben 2 verlaufende Bohrung 44 ermöglicht
nach dem Auslösen und Anheben des Kolbens 2 ein
Abfließen des Druckgases. Daher kann der Kolben 2,
nachdem er die Haube für die zum Abfangen eines Fußgängers
erforderliche Zeit angehoben gehalten hat, ohne großen
Kraftaufwand in die in 1 gezeigte Stellung zurück
gedrückt werden und sich in dieser erneut verriegeln.
-
2 zeigt
einen axialen Schnitt durch den Sockelbereich eines pyrotechnischen
Aktuators gemäß einer zweiten Ausgestaltung der
Erfindung. Der Zylinder des Aktuators selbst und der darin geführte Kolben
sind nicht dargestellt; ihr Aufbau kann derselbe sein wie oben mit
Bezug auf 1 beschrieben. Die Sammelbohrung 13 ist
in dieser Ausgestaltung entfallen; statt dessen ist ein jeder von
insgesamt drei Gasgeneratoren 11 in einer eigenen stromaufwärtigen
Bohrung 15 aufgenommen, die in radialer Richtung auf die
stromabwärtige axiale Bohrung 16 zuläuft
und ein Stück weit über diese hinaus verlängert ist,
um eine Aufnahmetasche für einen Filterkörper 17 zu
bilden. Wie in dem Radialschnitt der 3 gut zu
erkennen, liegt somit jedem Gasgenerator 11 ein Filterkörper 17 gegenüber,
der beiderseits von den Bohrungen 15 anderer Gasgeneratoren 11 flankiert ist
und Partikel des ihm gegenüberliegenden Gasgenerators 11 auffängt.
-
4 zeigt
in einem radialen Schnitt entlang derselben Ebene wie 3 eine
dritte Ausgestaltung des Aktuators. Um den Durchmesser des Aktuatorsockels
zu verringern, sind die Gasgeneratoren 11 hier in zur Kolbenachse
parallelen Bohrungen aufgenommen und deshalb in der Figur in Draufsicht
zu sehen. Stromaufwärtige Bohrungen 15, in die
die Gasgeneratoren 11 jeweils ihr Druckgas abgeben, sind radial,
senkrecht zur Längsachse des Zylinders 1, ausgerichtet
und münden in eine gemeinsame achsparallele stromabwärtige
Bohrung 16 über Düsen 18. Die
Düsen 18 bündeln das ausgestoßene Druckgas
auf den der Düse 18 jeweils diametral gegenüberliegenden
Filterkörper 17. Der Filterkörper 17 ist
jeweils in einer der stromaufwärtigen Bohrung 15 des
zugeordneten Gasgenerators 11 diametral entgegengesetzten
Bohrung 29 aufgenommen, und beide Bohrungen 15, 29 sind
jeweils nach außen durch eingeschraubte Stopfen 19 verschlossen.
-
5 zeigt
wiederum einen axialen Schnitt durch den Sockelbereich eines Aktuators
gemäß einer vierten Ausgestaltung der Erfindung.
Die Anordnung der Gasgeneratoren 11 ist die gleiche wie
mit Bezug auf 1 beschrieben. Auch der Aufbau
des Zylinders 1 und des Kolbens 2 ist der gleiche
wie in 1 gezeigt und deshalb in 5 nicht
eigens dargestellt.
-
Ein
hohlzylindrischer oder rohrförmiger Filterkörper 17 ist
in einer Kammer im Kreuzungsbereich einer radial ausgerichteten
stromaufwärtigen Bohrung 15 und einer auf der
Zylinderachse verlaufenden stromabwärtigen Bohrung 16 untergebracht. Im
vorliegenden Fall ist die Kammer 20 durch eine Bohrung
von großem Durchmesser gebildet, die genauso wie eine die
Gasgeneratoren 11 mit der Bohrung 15 verbindende
Sammelbohrung 13 von der Unterseite des Sockels her vorgetrieben
und koaxial zur Bohrung 16 orientiert ist. Sammelbohrung 13 und Kammer 20 sind
hier durch einen gemeinsamen Deckel 21 verschlossen.
-
Wenn
die Struktur des Materials des Filterkörpers 17 dies
erfordert, kann der Filterkörper 17 gegen den
Druck des von einem der Gasgeneratoren 11 abgegebenen Gases
stabilisiert sein, indem ein Zapfen 22 des Deckels 21 ein
Stuck weit in den inneren Hohlraum des Filterkörpers 17 eingreift
und/oder ein oberer Rand des Filterkörpers 17 in
eine Nut an der Decke der Kammer 20 eingreift.
-
Wie
aus dem Schnitt der 6 deutlich wird, hat der Filterkörper 17 zwei
Bereiche 23, 24, die auf den Gasstrom des Gasgenerators 11 in
jeweils unterschiedlicher Weise wirken. Der dem Gasgenerator 11 zugewandte
Bereich 23 wird von dem Gasstrom passiert, wobei er einen
Teil der darin enthaltenen Partikel abfängt. Da der Bereich 23 nicht
sämtliche Partikel abfangen muss, kann er stark porös
sein, so dass der Druckabfall am Bereich 23 niedrig genug
gehalten werden kann, um die Aufstellbewegung der Haube nicht nennenswert
zu verzögern und das Filtermaterial nicht über
seine Belastbarkeitsgrenze hinaus zu beanspruchen. Die konvexe Wölbung
der dem Gasgenerator 11 zugewandten Oberfläche
des Filterkörpers 17 erhöht noch dessen
Belastbarkeit.
-
In
dem durchströmten Bereich 23 des Filterkörpers 17 nicht
abgefangene Partikel durchqueren den inneren Hohlraum des Filterkörpers 17 und schlagen
in dem gegenüber liegenden Bereich 24 ein, wo
sie stecken bleiben.
-
7 zeigt
einen axialen Schnitt durch eine fünfte Ausgestaltung des
Aktuators, die Merkmale der zweiten und vierten Ausgestaltung kombiniert. Drei
jeweils mit einem Gasgenerator 11 bestückte radiale
Bohrungen 15 münden über Düsen 18 in
eine zylindrische Kammer 20 ein, die mit einem rohrförmigen
Filterkörper 17 ausgekleidet ist. Der Filterkörper 17 hat
je drei Abschnitte 23, 24, die einander in Umfangsrichtung
abwechseln. Die jeweils vor einer Düse 25 liegenden
Abschnitte 23 werden vom Druckgas eines der Gasgeneratoren 11 durchströmt,
wenn dieser gezündet wird; benachbarte Abschnitte 24 fangen
jeweils Partikel eines anderen der Gasgeneratoren 11 auf,
die den jeweils diametral gegenüberliegenden Bereich 23 passiert
haben, ohne aufgefangen zu werden. Da bei dieser Ausgestaltung jedem Gasgenerator 11 eigene
Bereiche 23 bzw. 24 zugeordnet sind, trifft das
Gas eines jeden Gasgenerators 11, wenn dieser ausgelöst
wird, auf frische, noch nicht mit den Teilchen anderer Gasgeneratoren
belastete Abschnitte des Filterkörpers 17. Daher
ist die Wirksamkeit des Filterkörpers 17 beim
Auslösen des dritten Gasgenerators 11 im Wesentlichen
noch genauso gut wie beim Auslösen des ersten.
-
Es
ist nicht erforderlich, dass die Abschnitte 24 des Filterkörpers
an einen Wandbereich der Kammer 20, den sie verdecken,
vollflächig anliegen. Es kann sogar, wie durch eine gestrichelte
Linie in 7 angedeutet, eine Sammelkammer 26 für
Partikel jeweils diametral einer Bohrung 15 gegenüberliegend ausgespart
sein. Zwischen einer solchen Sammelkammer 26 und benachbarten
Düsen 24 sollten jedoch Bereiche 27 der
Wand den Filterkörper 17 berühren, um
zu verhindern, dass ein bereits mit Teilchen belasteter Bereich 24 beim
Auslösen eines weiteren Gasgenerators 11 in Gegenrichtung
durchspült und darin aufgefangene Partikel fortgerissen
werden.
-
Eine
bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
pyrotechnischen Aktuators wird anhand des axialen Schnitts der 8 und
den zwei Querschnitten der 9 und 10 beschrieben, die
jeweils Schnitte entlang der Ebenen IX-IX bzw. X-X von 8 zeigen.
Elemente dieses Aktuators, die bereits mit Bezug auf die vorherigen
Ausgestaltungen beschrieben wurden, sind mit den gleichen Bezugszeichen
versehen und werden nur insoweit im Folgenden erneut erläutert,
als sich Unterschiede zu den anderen Ausgestaltungen ergeben.
-
Der
Zylinder 1 dieses Aktuators ist aus wenigstens zwei Elementen
zusammengefügt, einem lang gestreckten Rohrabschnitt 30 und
einem Fußstück 31. Das Fußstück 31 hat
eine Grundplatte 32 und einen von der Grundplatte 32 abstehenden
Rohrstutzen 33, in welchem der Rohrabschnitt 30 verschraubt
ist. Die Nut 9 bildet eine Grenze zwischen dem Rohrabschnitt 30 und
dem Fußstück 31, so dass beide Teile 30, 31 auf
einfache Weise hinterschneidungsfrei gefertigt sein können.
-
Das
Fußstück 31 ist aufgenommen in einem topfförmigen
Gehäuse 34. Die Grundplatte 32 und ein
Bodenbereich des Gehäuses 34 begrenzen einen Hohlraum 35,
in der ein Formkörper 36, und, in einer flachen
Kammer 20 desselben, ein ring- oder rohrförmiger
Filterkörper 17 aufgenommen ist. Eine große Öffnung 37 in
der Bodenplatte 33 verbindet die Kammer des Zylinders 1 mit
dem inneren Hohlraum des Filterkörpers 17. Drei
kleinere Öffnungen 38 der Grundplatte 32 sind
durch in den Formkörper 36 eingetiefte Gräben 39 mit
der Außenseite des Filterkörpers 17 verbunden.
-
Oberhalb
der Grundplatte 32 sind drei zur Achse des Zylinders 1 parallele
Hülsen 40 in einen zweiten Formkörper 41 eingebettet.
Ein auf einen oberen Rand des Gehäuses 34 aufgeschraubter Ring 42 hält
eine Deckplatte 43 gegen den Formkörper 41 gedrückt.
An Öffnungen der Deckplatte und in den Hülsen 40 sind
jeweils die Gasgeneratoren 11 formschlüssig befestigt.
-
Von
einem der Gasgeneratoren 11 ausgestoßenes Druckgas
gelangt jeweils durch eine bodenseitige Öffnung der den
Generator aufnehmenden Hülse 40, eine der Öffnungen 38 der
Bodenplatte 33 und einen der Gräben 39 zum
Filterkörper 17. Vom Gas der drei Gasgeneratoren 11 durchströmte
Abschnitte 23 des Filterkörpers 17 erstrecken
sich in etwa über eine Hälfte von dessen Umfang;
die Abschnitte 24, an denen das durch die Abschnitte 23 hindurch
getretene Druckgas umgelenkt wird und die dabei restliche Partikel
des Druckgases abfangen, bilden eine andere Hälfte des
Umfangs des Filterkörpers 17. Wie man sieht, ermöglicht
die zur Zylinderachse 1 parallele Orientierung der Gasgeneratoren 11 wie
ihre Platzierung auf einer gleichen Hälfte des Umfangs
des Filters 17 einen besonders kompakten Aufbau des Aktuators.
-
- 1
- Zylinder
- 2
- Kolben
- 3
- Kolbenstange
- 4
- Kolbenmantel
- 5
- Schieber
- 6
- Bund
- 7
- Kopfabschnitt
- 8
- Rastkugeln
- 9
- Nut
- 10
- Druckgasleitung
- 11
- Gasgenerator
- 12
- Nut
- 13
- Sammelbohrung
- 14
- Deckel
- 15
- Bohrung
- 16
- Bohrung
- 17
- Filterkörper
- 18
- Bohrung
- 19
- Stopfen
- 20
- Kammer
- 21
- Deckel
- 22
- Zapfen
- 23
- Abschnitt
des Filterkörpers
- 24
- Abschnitt
des Filterkörpers
- 25
- Düse
- 26
- Sammelkammer
- 27
- Bereich
- 28
- Bohrung
- 29
- Bohrung
- 30
- Rohrabschnitt
- 31
- Fußstück
- 32
- Grundplatte
- 33
- Rohrstutzen
- 34
- Gehäuse
- 35
- Kammer
- 36
- Formkörper
- 37
- Öffnung
- 38
- Öffnung
- 39
- Graben
- 40
- Hülsen
- 41
- Formkörper
- 42
- Ring
- 43
- Deckplatte
- 44
- Bohrung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102006008900
A1 [0001]