DE102008025399A1

DE102008025399A1 - Pyrotechnische Antriebseinheit

Info

Publication number: DE102008025399A1
Application number: DE200810025399
Authority: DE
Inventors: Rolf Ruckdeschel; Silvia Michl; Thomas Türp
Original assignee: TRW Airbag Systems GmbH
Current assignee: ZF Airbag Germany GmbH
Priority date: 2008-05-28
Filing date: 2008-05-28
Publication date: 2009-12-03
Anticipated expiration: 2028-05-29
Also published as: DE102008025399B4

Abstract

Eine pyrotechnische Antriebseinheit, insbesondere für ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem, hat einen pyrotechnischen Anzünder (12), der ein pyrotechnisches Antriebsmittel bildet, und einen in einem Arbeitsraum (16) geführten Kolben (14), der wenigstens eines der folgenden Merkmale aufweist: a) Der Kolben (14) weist eine Mantelfläche auf, die mit wenigstens einer umlaufenden Nut (28) versehen ist, die den Kolben (14) in zwei axiale Abschnitte (30, 32) unterteilt, die an der Innenseite (26) der den Arbeitsraum (16) begrenzenden Wandung (18) anliegen, wobei nach Aktivieren der Antriebseinheit (10) der Kolben (14) gegen einen Anschlag prallt und sich axial plastisch unter Verringerung der Breite (B) der Nut (28) verformt; b) der Kolben (14) ist ein Kunststoffkolben, in dem ein Verstärkungseinleger (44) anliegt; c) der Kolben (14) ist aus einem faserverstärkten Kunststoff.

Description

Die Erfindung betrifft eine pyrotechnische Antriebseinheit, insbesondere für ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem.
Antriebseinheiten für Fahrzeuginsassen-Rückhaltesysteme werden beispielsweise zur Positionierung von Kopfstützen zum Lösen von Fangbändern in Gassäcken oder zum Straffen eines Sicherheitsgurtes (Schloß- oder Gurtstraffer) eingesetzt. Solche Antriebseinheiten haben meist einen pyrotechnischen Anzünder, der ein pyrotechnisches Antriebsmittel bildet, und einen in einem Arbeitsraum geführten Kolben, der von dem Anzünder beaufschlagt wird. Der Kolben, an dem z. B. ein Zugseil angebracht ist, das Teil eines Straffers ist, wird so schlagartig in eine Richtung gezogen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Funktionsweise einer pyrotechnischen Antriebseinheit zu verbessern.
Zu diesem Zweck sieht die Erfindung eine pyrotechnische Antriebseinheit, insbesondere für ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem vor mit einem pyrotechnischen Anzünder, der ein pyrotechnisches Antriebsmittel bildet, und einem in einem Arbeitsraum geführten Kolben, der wenigstens eines der folgenden Merkmale aufweist:

a) Der Kolben weist eine Mantelfläche auf, die mit wenigstens einer umlaufenden Nut versehen ist, die den Kolben in zwei axiale Abschnitte unterteilt, die an der Innenseite der den Arbeitsraum angrenzenden Wandung anliegen, wobei nach Aktivieren der Antriebseinheit der Kolben gegen einen Anschlag prallt und sich axial plastisch unter Verringerung der Breite der Nut verformt;
b) der Kolben ist ein Kunststoffkolben, in dem ein Verstärkungseinleger eingebettet ist;
c) der Kolben ist aus einem faserverstärkten Kunststoff.

Am Ende seines Verfahrweges wird der Kolben erfindungsgemäß sicher abgebremst und die Energie des Kolbens vollständig abgebaut. Der Kolben prallt am Ende seines Verfahrweges auf eine Wandung, wobei sich der Kolben plastisch verformt und gestaucht wird. Insbesondere verringert sich die Breite der Nut.
Ferner stellt die Erfindung einen Kolben bereit, der aus Kunststoff besteht und in den ein Verstärkungseinleger eingebettet ist. Vorteilhaft an einem Kunststoffkolben ist, daß er mit geringen Kosten und geringem Gewicht gefertigt werden kann, große gestalterische Freiräume bietet und eine Dichtfunktion darin integriert werden kann. Vorteilhaft an dem Verstärkungseinleger ist, daß seine Zug- und Druckfestigkeit größer als die des Kunststoffs ist und so die auftretenden Kräfte aufgenommen werden können.
Ferner beruht die Erfindung auf dem Grundgedanken, die auftretenden Kräfte mittels eines Kolbens aus einem faserverstärkten Kunststoff aufzunehmen. Ein solcher hat eine hohe Festigkeit, die ausreichend für den Einsatz in einer pyrotechnischen Antriebseinheit ist.
Vorzugsweise weist die den Arbeitsraum begrenzende Wandung einen sich verjüngenden Abschnitt auf, an dem der Kolben am Ende seines Verfahrweges prallt. Der Kolben, der nach Aktivierung des Anzünders vom dabei erzeugten Gas in Richtung des kegelstumpfförmigen Endes beaufschlagt wird, prallt an den sich verjüngenden Abschnitt der Wandung und wird dabei plastisch verformt. Der sich verjüngende Abschnitt der Wandung dient dabei als Anschlag. Es ist also kein zusätzliches Bauteil vorgesehen, auf das der Kolben prallt.
Der Kolben kann am antriebsseitigen Ende wenigstens eine umlaufende Dichtlippe haben, so daß kein zusätzlicher O-Ring verwendet werden muß. Die Dichtlippe gewährleistet eine zuverlässige Dichtfunktion.
Die wenigstens eine Dichtlippe ist insbesondere an dem Kolben angeformt. Diese kann z. B. in einem Arbeitsschritt mit dem Kolben aus Kunststoff hergestellt sein.
Gemäß einer Ausführungsform sind zwei axial zueinander versetzte, umlaufende Dichtlippen vorgesehen. Die Dichtlippen dichten zuverlässig zwischen einem Druckraum und der Wandung, die den Arbeitsraum des Kolbens begrenzt, ab.
Der Kolben kann an seinem antriebsseitigen Ende stirnseitig wenigstens eine Aussparung haben, die an die Dichtlippe angrenzt, so daß die Dichtlippe bei Aktivieren der Antriebseinheit von der Aussparung radial nach außen gedrückt wird. Da das Gas die Dichtlippe gegen die Wandung drückt, ist eine selbstverstärkende Dichtung gebildet.
Insbesondere ist der Kolben aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff, um eine ausreichende Druck- und Zugfestigkeit zu gewährleisten.
Gemäß einer Ausführungsform ist die wenigstens eine Nut im Querschnitt gesehen im wesentlichen V-förmig. Die Nut hat zwei Schrägen, die z. B. durch einen Boden miteinander verbunden sind. Das Verformungsverhalten des Kolbens beim Auftreffen auf die Wandung ist abhängig von der Ausbildung der Nut, also von der Neigung der Schrägen und/oder der Länge des Bodens und/oder der Breite der Nut und kann so leicht eingestellt werden.
Genausogut kann die Länge des Abschnitts des Kolbens, der an der Innenseite der den Arbeitsraum begrenzenden Wandung anliegt, von der Nut bis zum Übergangsabschnitt variieren und so das Verformungsverhalten des Kolbens beim Auftreffen auf die Wandung eingestellt werden.
Vorzugsweise hat der Verstärkungseinleger im Querschnitt gesehen einen langgestreckten, sich längs der Kolbenachse erstreckenden Abschnitt sowie einen verbreiterten Abschnitt, wobei der verbreiterte Abschnitt am antriebsseitigen Ende des Kolbens vorgesehen ist und somit die Stirnwand, die dem Druck des Gases ausgesetzt ist, versteift. Der verbreiterte Abschnitt kann nicht durch die Öffnung in der Wandung und somit nicht aus dem Arbeitsraum gelangen.
Der Verstärkungseinleger ist insbesondere in axial beidseits der Nut angrenzenden Abschnitten von Kunststoff umgeben und in diesen Abschnitten von der den Arbeitsraum begrenzenden Wandung beabstandet. Der Verstärkungseinleger greift also nicht an der Wandung an, weshalb die Reibung bei einer Kolbenbewegung gering ist.
Der Verstärkungseinleger kann aus Metall sein, also z. B. aus Aluminium oder Stahl.
Alternativ ist der Verstärkungseinleger aus einem faserverstärkten Kunststoff, wobei der Faseranteil größer als 20% sein sollte.
Vorzugsweise ist der Kunststoffkolben im Querschnitt im wesentlichen U-förmig und umgibt den Verstärkungseinleger am antriebsseitigen Ende.
Insbesondere umgibt der Kunststoffkolben mehr als 50% der Mantelfläche des Verstärkungseinlegers.
Der Kolben kann an seinem antriebsseitigen Ende einen Abstandhalter aufweisen, der den Kolben vom Anzünder beabstandet hält. Der Abstandshalter ist z. B. im Querschnitt gesehen kreuzförmig oder zylindrisch.
Der Kolben kann z. B. aus einem thermoplastischen Kunststoff bestehen. Dieser thermoplastische Kunststoff schmilzt bei einem Fahrzeugbrand und hoher Hitzeeinwirkung bereits frühzeitig, so daß der Druck des Anzünders ungehindert entweichen kann.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen. Die Erfindung wird anhand verschiedener Ausführungsformen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße pyrotechnische Antriebseinheit gemäß einer ersten Ausführungsform mit einem Kolben,
2 einen Längsschnitt durch den Kolben von 1,
3 eine Seitenansicht des Kolbens der 1 und 2,
4 einen Längsschnitt durch einen Kolben, der anstelle des in den 2 und 3 gezeigten Kolbens in einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit verwendet werden kann,
5 einen Längsschnitt durch einen Kolben, der anstelle des in den 2 und 3 gezeigten Kolbens in einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit verwendet werden kann,
6 eine Ansicht des in Bewegungsrichtung liegenden Endes des in 5 gezeigten Kolbens,
7 eine Seitenansicht des in den 5 und 6 gezeigten Kolbens,
8 einen Längsschnitt durch einen Kolben, der anstelle des in den 2 und 3 gezeigten Kolbens in einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit verwendet werden kann.
9 eine Ansicht des antriebsseitigen Endes des in 8 gezeigten Kolbens, und
10 eine Seitenansicht des in den 8 und 9 gezeigten Kolbens.
In 1 ist eine pyrotechnische Antriebseinheit 10 für ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem gezeigt. Die Antriebseinheit 10 umfaßt dabei einen pyrotechnischen Anzünder 12, der ein pyrotechnisches Antriebsmittel für einen Kolben 14 bildet. Der Kolben 14 grenzt an den pyrotechnischen Anzünder 12 an und ist in einem Arbeitsraum 16 geführt, der von einer Wandung 18 begrenzt ist.
Die Wandung 18, die den Arbeitsraum 16 begrenzt, ist im wesentlichen zylindrisch, mit einem sich verjüngenden Abschnitt 20, der am vom Anzünder 12 abgewandten Ende der Wandung 18 vorgesehen ist und einen Anschlag für den Kolben 14 bildet. Der Kolben 14 prallt nämlich am Ende seines Verfahrweges entlang der Kolbenachse A auf diesen Abschnitt 20 der Wandung 18.
Der im Arbeitsraum 16 verfahrbar aufgenommene Kolben 14 ist aus Kunststoff, wobei der Kunststoff z. B. durch Spritzgießen hergestellt ist und faser- oder glasfaserverstärkt ist. Der Kolben 14 hat an seinem in Bewegungsrichtung liegenden Ende 22 einen Durchmesser D₁ (siehe 2), der kleiner ist als der Innendurchmesser der in der Wandung 18 an ihrem vom Anzünder 12 abgewandten Ende vorgesehenen Öffnung, so daß dieser Abschnitt aus dem Arbeitsraum 16 hinausragen kann. An den Abschnitt mit dem Durchmesser D₁ anschließend verbreitert sich der Kolben 14 (Übergangsabschnitt 24) stufenförmig oder konisch zu einem Abschnitt mit einem Durchmesser D₂, wobei D₂ so gewählt ist, daß der Kolben 14 an der Innenseite 26 der den Arbeitsraum 16 begrenzenden Wandung 18 anliegt. Insbesondere ist der Bereich des Kolbens 14 mit dem Durchmesser D₂ von einer umlaufenden Nut 28 in zwei axiale Abschnitte 30, 32 unterteilt.
Die Nut 28 ist im Querschnitt gesehen im wesentlichen V-förmig, mit zwei Schrägen 34 und einem Boden 36, der die beiden Schrägen 34 miteinander verbindet und z. B. parallel zur Mantelfläche des Kolbens 14 im Bereich der axialen Abschnitte 30, 32 ist. Über die Ausbildung der Nut 28, das heißt die Neigung der Schrägen 34 und/oder die Breite B der Nut 28 und/oder die Breite des Bodens 36, kann die Art und Weise variiert werden, wie sich der Kolben 14 beim Aufprall auf den Anschlag (also den sich verjüngenden Abschnitt 20) plastisch verformt. Das Verformungsverhalten des Kolbens 14 kann so eingestellt werden. Beim Aufprall des Kolbens 14 verringert sich die Breite B der Nut 28. Auch die Länge l des Abschnitts 30 kann variieren und so das Verformungsverhalten des Kolbens 14 eingestellt werden.
Der Kolben 14 hat an seinem antriebsseitigen Ende 38, also dem Ende, das dem Anzünder 12 zugewandt ist, eine umlaufende Dichtlippe 40. Die Dichtlippe 40 ist an den Kolben 14 angeformt und kann insbesondere einstückig mit dem Kolben 14 hergestellt sein.
Stirnseitig an dem antriebsseitigen Ende 38 des Kolbens 14 hat dieser eine Aussparung 42, in die nach Aktivierung des Anzünders 12 Gas strömt, so daß die umlaufende Dichtlippe 40 radial gegen die Wandung 18 gedrückt wird. Aufgrund der Aussparungen 42 ist die Dichtlippe 40 also selbstverstärkend. Die umlaufende Dichtlippe 40 dichtet zwischen dem im Arbeitsraum 16 gebildeten Druckraum und der Wandung 18 ab.
Im folgenden wird kurz auf die Funktionsweise der Antriebseinheit 10 eingegangen. Nach Aktivierung des Anzünders 12 beaufschlagt Gas den Kolben 14 vom Anzünder 12 weg. Wenn der Übergangsabschnitt 24 des Kolbens 14 auf den sich verjüngenden Abschnitt 20 der Wandung 18 trifft, wird der Kolben 14 durch den gegen die Wandung 18 drückenden Kolben 14 plastisch verformt. Dabei verringert sich die Breite B der Nut 28.
Der in 4 gezeigte Kolben 14, der anstelle des in den 2 und 3 gezeigten Kolbens in die Antriebseinheit 10 von 1 eingesetzt werden kann, unterscheidet sich von dem in den 2 und 3 gezeigten Kolben darin, daß in den Kunststoffkolben 14 ein Verstärkungseinleger 44 eingebettet ist. Der Verstärkungseinleger 44 ist aus Metall (Aluminium, Stahl, usw.) oder aus einem faserverstärkten Kunststoff mit einem Faseranteil von wenigstens 20 Prozent und hat allgemein eine größere Zug- und Druckfestigkeit als der Kunststoffkolben 14.
Der Verstärkungseinleger 44 hat einen im Querschnitt gesehen langgestreckten, sich längs der Kolbenachse A erstreckenden Abschnitt 46 und einen daran anschließenden verbreiterten Abschnitt 48, wobei der verbreiterte Abschnitt 48 an dem antriebsseitigen Ende 38 des Kolbens 14 vorgesehen ist. Der Verstärkungseinleger 44 ist so im Kunststoffkolben 14 eingebettet, daß der Kunststoffkolben 14 mehr als 50 Prozent der Mantelfläche des Verstärkungs einlegers 44 umgibt. Dabei ist der den Verstärkungseinleger 44 umgebende Kunststoffkolben 14 im Querschnitt im wesentlichen U-förmig, wobei die Abschnitte 30, 32 des Kolbens 14, die axial beidseits an die Nut 28 angrenzen, aus Kunststoff sind, d. h. der Verstärkungseinleger 44 ist im Bereich der Nut 28 von Kunststoff umgeben. Somit ist der Verstärkungseinleger 44 in den Abschnitten 30, 32 von der den Arbeitsraum 16 begrenzenden Wandung 18 beabstandet und greift in diesem Bereich nicht an der Wandung 18 an. Die Reibung ist somit bei einer Kolbenbewegung gering. Der verbreiterte Abschnitt 48 dient als Abstützung beim Anschlagen auf die Wandung 18, so daß der Kunststoff vor ihm gestaucht wird.
In den 5 bis 7 ist ein Kolben 14 gezeigt, der anstelle des in den 2 und 3 gezeigten Kolbens in die Antriebseinheit 10 von 1 eingesetzt werden kann.
Der Kolben 14 unterscheidet sich von dem in den 2 und 3 gezeigten Kolben 14 darin, daß eine Anlaufkontur 51 in Form von mehreren seitlich angeordneten Stegen vorgesehen ist. Der Kolben 14 prallt am Ende seines Verfahrweges auf den sich verjüngenden Abschnitt 20 der Wandung 18, wobei sich die Anlaufkontur 51 verformt. Die Anlaufkontur 51 blockiert den Kolben 14 beim Zurückschieben desselben. Ein Zurückschieben desselben ist somit stark erschwert.
In den 8 bis 10 ist der Kolben 14 in einer weiteren Variante gezeigt, der in die Antriebseinheit 10, wie sie in 1 gezeigt ist, eingesetzt werden kann.
Der aus Kunststoff oder einem faserverstärkten Kunststoff bestehende Kolben 14 hat neben der Dichtlippe 40 am antriebsseitigen Ende 38 eine zweite Dichtlippe 50, die ebenfalls umlaufend ist und axial zur ersten Dichtlippe 40 versetzt angeordnet ist.
Der Kolben 14 hat hier eine ringförmige Anlaufkontur 51, die auf den sich verjüngenden Abschnitt 20 der Wandung 18 prallen kann, wobei sich die Anlaufgeometrie 51 verformt. Die Energie des Kolbens 14 wird so am Ende seines Verfahrweges aufgenommen.
Ferner hat der Kolben 14 an seinem antriebsseitigen Ende 38 einen Abstandshalter 52, der im Querschnitt gesehen kreuzförmig ist und den Kolben 14 vom Anzünder 12 beabstandet hält.

Claims

Pyrotechnische Antriebseinheit, insbesondere für ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem, mit einem pyrotechnischen Anzünder (12), der ein pyrotechnisches Antriebsmittel bildet, und einem in einem Arbeitsraum (16) geführten Kolben (14), der wenigstens eines der folgenden Merkmale aufweist: a) Der Kolben (14) weist eine Mantelfläche auf, die mit wenigstens einer umlaufenden Nut (28) versehen ist, die den Kolben (14) in zwei axiale Abschnitte (30, 32) unterteilt, die an der Innenseite (26) der den Arbeitsraum (16) begrenzenden Wandung (18) anliegen, wobei nach Aktivieren der Antriebseinheit (10) der Kolben (14) gegen einen Anschlag prallt und sich axial plastisch unter Verringerung der Breite (B) der Nut (28) verformt; b) der Kolben (14) ist ein Kunststoffkolben, in dem ein Verstärkungseinleger (44) eingebettet ist; c) der Kolben (14) ist aus einem faserverstärkten Kunststoff.
Pyrotechnische Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Arbeitsraum (16) begrenzende Wandung (18) einen sich verjüngenden Abschnitt (20) aufweist, an dem der Kolben (14) am Ende seines Verfahrweges prallt.
Pyrotechnische Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine umlaufende Dichtlippe (40, 50) am antriebsseitigen Ende (38) des Kolbens (14) vorgesehen ist.
Pyrotechnische Antriebseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Dichtlippe (40, 50) an dem Kolben (14) angeformt ist.
Pyrotechnische Antriebseinheit nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei axial zueinander versetzte, umlaufende Dichtlippen (40, 50) vorgesehen sind.
Pyrotechnische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (14) an seinem antriebsseitigen Ende (38) stirnseitig wenigstens eine Aussparung (42) hat, die an die Dichtlippe (40) angrenzt, so daß die Dichtlippe (40) bei Aktivieren der Antriebseinheit (10) von der Aussparung (42) radial nach außen gedrückt wird.
Pyrotechnische Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (14) aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff ist.
Pyrotechnische Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Nut (28) im Querschnitt gesehen im wesentlichen V-förmig ist.
Pyrotechnische Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungseinleger (44) im Querschnitt gesehen einen langgestreckten, sich längs der Kolbenachse (A) erstreckenden Abschnitt (46) sowie einen verbreiterten Abschnitt (48) aufweist, wobei der verbreiterte Abschnitt (48) am antriebsseitigen Ende (38) des Kolbens (14) vorgesehen ist.
Pyrotechnische Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungseinleger (44) in axial beidseits der Nut (28) angrenzenden Abschnitten (30, 32) von Kunststoff umgeben und in diesen Abschnitten (30, 32) von der den Arbeitsraum (16) begrenzenden Wandung (18) beabstandet ist.
Pyrotechnische Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungseinleger (44) aus Metall ist.
Pyrotechnische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungseinleger (44) aus einem faserverstärkten Kunststoff ist.
Pyrotechnische Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffkolben (14) im wesentlichen U-förmig ist.
Pyrotechnische Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffkolben (14) mehr als 50% der Mantelfläche des Verstärkungseinlegers (44) umgibt.
Pyrotechnische Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (14) an seinem antriebsseitigen Ende (38) einen Abstandhalter (52) aufweist.