DE102008039168B4

DE102008039168B4 - Pyrotechnische Antriebseinheit

Info

Publication number: DE102008039168B4
Application number: DE102008039168.9A
Authority: DE
Inventors: Ernst Enzmann; Rolf Ruckdeschel
Original assignee: ZF Airbag Germany GmbH
Current assignee: ZF Airbag Germany GmbH
Priority date: 2008-08-22
Filing date: 2008-08-22
Publication date: 2023-06-22
Anticipated expiration: 2028-08-23
Also published as: DE102008039168A1

Abstract

Pyrotechnische Antriebseinheit, insbesondere für ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem, miteinem Gehäuse (12), das einen Hohlraum (14) aufweist,einem Kolben (16), der im Hohlraum (14) zwischen einer Ruhestellung und einer Aktivierungsstellung verschieblich geführt ist, undeinem als Antrieb ausgebildeten pyrotechnischen Anzünder (18), der den Kolben (16) in seine Aktivierungsstellung beaufschlagen kann,wobei der Kolben (16) den Hohlraum (14) in eine anzünderseitige Druckkammer (22) und eine Gehäusekammer (24) unterteilt, wobei die Gehäusekammer (24) in der Ruhestellung des Kolbens (16) zumindest flüssigkeitsdicht von der Umgebung getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (16) ein an die Druckkammer (22) angrenzendes, rückseitiges Kolbenende (28) und ein entgegengesetztes vorderseitiges Kolbenende (30) aufweist, wobei im Bereich des vorderseitigen Kolbenendes (30) eine Dichtung (32) vorgesehen ist, welche die Gehäusekammer (24) in der Ruhestellung des Kolbens (16) zumindest flüssigkeitsdicht von der Gehäuseumgebung trennt, indem die Dichtung (32) durch eine an dem vorderseitigen Kolbenende (30) angeformte und einstückig mit dem Kolben (16) ausgebildete Dichtlippe (42) gebildet ist, oder indem die Dichtung (32) durch eine Ultraschallverschweißung des vorderseitigen Kolbenendes (30) mit dem Gehäuse (12) gebildet ist, wobei das Gehäuse (12) und der Kolben (16) an der Abdichtstelle aus einem schweißbaren Kunststoff gefertigt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine pyrotechnische Antriebseinheit, insbesondere für ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem, mit einem Gehäuse, das einen Hohlraum aufweist, einem Kolben, der im Hohlraum zwischen einer Ruhestellung und einer Aktivierungsstellung verschieblich geführt ist, und einem als Antrieb ausgebildeten pyrotechnischen Anzünder, der den Kolben in seiner Aktivierungsstellung beaufschlagen kann, wobei der Kolben den Hohlraum in eine anzünderseitige Druckkammer und eine Gehäusekammer unterteilt, wobei die Gehäusekammer in der Ruhestellung des Kolbens zumindest flüssigkeitsdicht von der Umgebung getrennt ist.
Derartige, häufig extrem kleinbauende Antriebseinheiten werden beispielsweise zur aktiven Positionierung von Kopfstützen, zum Straffen eines Sicherheitsgurtes (Schloss- oder Gurtstraffer) oder zum Aufstellen einer Motorhaube eingesetzt. Infolge einer Aktivierung des pyrotechnischen Antriebsmittels wird der im Hohlraum geführte Kolben mit Druck beaufschlagt und von seiner Ausgangs- oder Ruhestellung in seine Aktivierungsstellung bewegt. Beispielsweise ist am Kolben ein Zugseil eines Gurtstraffers angebracht, welches bei einer Druckbeaufschlagung des Kolbens schlagartig in eine Richtung gezogen wird und dabei einen Sicherheitsgurt in gewünschter Weise strafft.
Eine derartige pyrotechnische Antriebseinheit ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 2747977 C2 bekannt. Diese Konstruktion hat den Nachteil, dass für eine flüssigkeitsdichte Trennung der Gehäusekammer von der Umgebung ein eigenes, separates Bauteil, nämlich eine aufgeklebte Abdeckung, notwendig ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine pyrotechnische Antriebseinheit zu schaffen, welche vorgenannten Nachteil überwindet und insbesondere eine zuverlässig herzustellende flüssigkeitsdichte Trennung der Gehäusekammer von der Umgebung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine pyrotechnische Antriebseinheit der eingangs genannten Art gelöst, bei der der Kolben ein an die Druckkammer angrenzendes, rückseitiges Kolbenende und ein entgegengesetztes vorderseitiges Kolbenende aufweist, wobei im Bereich des vorderseitigen Kolbenendes eine Dichtung vorgesehen ist, welche die Gehäusekammer in der Ruhestellung des Kolbens zumindest flüssigkeitsdicht von der Gehäuseumgebung trennt, indem die Dichtung durch eine an dem vorderseitigen Kolbenende angeformte und einstückig mit dem Kolben ausgebildete Dichtlippe gebildet ist, oder indem die Dichtung durch eine Ultraschallverschweißung des vorderseitigen Kolbenendes mit dem Gehäuse gebildet ist, wobei das Gehäuse und der Kolben an der Abdichtstelle aus einem schweißbaren Kunststoff gefertigt sind. In einigen Anwendungsgebieten wie z.B. als pyrotechnischer Antrieb für einen Motorhaubenaufsteller, kann die Antriebseinheit in Kontakt mit Reinigungsflüssigkeiten, Spritzwasser o.ä. geraten. Sollten dabei Flüssigkeiten in die Gehäusekammer eindringen, kann es insbesondere bei tiefen Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts zu Funktionsbeeinträchtigungen der Antriebseinheit kommen. In der Aktivierungsstellung des Kolbens steht die Gehäusekammer hingegen vorzugsweise mit der Umgebung in Strömungsverbindung. Infolge der Freigabe einer Strömungsverbindung während einer Bewegung des Kolbens von seiner Ruhestellung in seine Aktivierungsstellung kann sich in der Gehäusekammer kein Staudruck aufbauen, der die Kolbenbewegung in unerwünschter Weise behindern würde. Es ist jedoch denkbar, die Strömungsverbindung derart zu drosseln, dass über den Staudruck eine Anschlagdämpfung im Bereich der Aktivierungsstellung des Kolbens realisiert wird.
Insbesondere kann das Gehäuse eine Austrittsöffnung für den Kolben aufweisen, die in der Ruhestellung des Kolbens mittels der Dichtung zumindest flüssigkeitsdicht verschlossen ist. Die Dichtung im Bereich des vorderseitigen Kolbenendes und/oder an einer Austrittsöffnung im Bereich der Gehäuseoberfläche vorzusehen, ist dahingehend vorteilhaft, dass die Antriebseinheit außenseitig abgedichtet ist und wenig Angriffsfläche für eindringende Flüssigkeiten bietet.
Vorzugsweise ist die Dichtlippe in radialer Richtung elastisch verformbar, sodass sich in der Ruhestellung des Kolbens eine leichte Presspassung zwischen dem vorderseitigen Kolbenende und dem Gehäuse einstellt. Bei einer Bewegung des Kolbens aus seiner Ruhestellung in seine Aktivierungsstellung wird die Dichtlippe das Gehäuse über eine Austrittsöffnung für den Kolben verlassen, sodass sich eine Strömungsverbindung zwischen der Gehäusekammer und der Umgebung einstellen kann.
Bei der erfindungsgemäßen Variante, bei der die Dichtung durch eine Ultraschallverschweißung des vorderseitigen Kolbenendes mit dem Gehäuse gebildet ist, wobei das Gehäuse und der Kolben an der Abdichtstelle aus einem schweißbaren Kunststoff gefertigt sind, können das Gehäuse und der Kolben bis zu einer gewissen Materialtiefe miteinander verschmolzen bzw. dichtend verbunden werden, wobei diese Verbindung bei einer Auslösung der pyrotechnischen Antriebseinheit lediglich einen vergleichsweise geringen, insgesamt zu vernachlässigenden Anfangswiderstand für die Kolbenbewegung darstellt.
Bevorzugt weist der Kolben einen rückseitigen Kolbenabschnitt mit einer ersten Querschnittsfläche, einen vorderseitigen Kolbenabschnitt mit einer kleineren zweiten Querschnittsfläche und einen Übergangsabschnitt auf, in dem sich der Kolben von der ersten Querschnittsfläche zur zweiten Querschnittsfläche verjüngt. Der Übergangsabschnitt lässt sich dabei in vorteilhafter Weise als Kolbenanschlag nutzen, der die Aktivierungsstellung des Kolbens definiert.
In der Ruhestellung des Kolbens kann sich der vorderseitige Kolbenabschnitt dabei durch die Gehäusekammer erstrecken.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Gehäusekammer und die Druckkammer durch eine Kolbendichtung im Wesentlichen dicht voneinander getrennt. Abgesehen von einer gewissen Leckage wird dadurch das vom Anzünder bereitgestellte Druckgas besonders effizient für eine Kolbenbewegung genutzt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:

- 1 einen schematischen Schnitt durch eine pyrotechnische Antriebseinheit;
- 2 einen schematischen Schnitt durch die erfindungsgemäße, pyrotechnische Antriebseinheit gemäß einer ersten Ausführungsform; und
- 3 einen schematischen Schnitt durch die erfindungsgemäße, pyrotechnische Antriebseinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform.

Die 1 bis 3 zeigen eine pyrotechnische Antriebseinheit 10 mit einem Gehäuse 12, das einen Hohlraum 14 aufweist, einem Kolben 16, der im Hohlraum 14 zwischen einer Ruhestellung und einer Aktivierungsstellung verschieblich geführt ist, und einem als Antrieb ausgebildeten, pyrotechnischen Anzünder 18, der den Kolben 16 in seine Aktivierungsstellung beaufschlagen kann.
Der Kolben 16 ist dabei in seiner Ruhestellung eingezeichnet, in welcher er an den pyrotechnischen Anzünder 18 angrenzt. Nach 1 ist das Gehäuse 12 ein Zylinderrohr mit einer Achse A, an dessen einem axialen Ende der pyrotechnische Anzünder 18 angebracht, vorzugsweise angespritzt ist, und an dessen entgegengesetztem, anderen axialen Ende eine Austrittsöffnung 20 für den Kolben 16 vorgesehen ist, wobei sich das Zylinderrohr zur Austrittsöffnung 20 hin verjüngt.
Der Kolben 16 unterteilt den Hohlraum 14 im Gehäuse 12 in eine anzünderseitige Druckkammer 22 und eine Gehäusekammer 24. In axialer Richtung gesehen grenzt der Kolben 16 wenigstens abschnittsweise mit geringem Spiel umlaufend am Gehäuse 12 an, sodass die Gehäusekammer 24 und die Druckkammer 22 im Wesentlichen dicht voneinander getrennt sind. In einigen Ausführungsformen ist zur Minimierung der Leckage zwischen der Druckkammer 22 und der Gehäusekammer 24 zusätzlich eine Kolbendichtung 26 vorgesehen.
Der Kolben 16 weist ein an die Druckkammer 22 angrenzendes, rückseitiges Kolbenende 28 und ein entgegengesetztes, vorderseitiges Kolbenende 30 auf, wobei im Bereich des vorderseitigen Kolbenendes 30 eine Dichtung 32 vorgesehen ist, welche die Gehäusekammer 24 in der Ruhestellung des Kolbens 16 zumindest flüssigkeitsdicht von der Gehäuseumgebung trennt. Der Kolben 16 hat einen rückseitigen Kolbenabschnitt 34 mit einer ersten Querschnittsfläche, einen vorderseitigen Kolbenabschnitt 36 mit einer kleineren zweiten Querschnittsfläche und einen Übergangsabschnitt 38, in dem sich der Kolben 16 von der ersten Querschnittsfläche zur zweiten Querschnittsfläche verjüngt. Dieser Übergangsabschnitt 38 des Kolbens 16 begrenzt eine axiale Bewegung des Kolbens 16. Bei einer Aktivierung der pyrotechnischen Antriebseinheit 10 kann sich der Kolben 16 aus seiner jeweils als durchgezogene Linie eingezeichneten Ruhestellung in axialer Richtung so weit vom Anzünder 18 entfernen, bis der Übergangsabschnitt 38 auf einen Gehäuseanschlag 40 trifft, der in den 1 bis 3 durch eine Verjüngung des Zylinderrohrs im Bereich der Austrittsöffnung 20 gebildet ist. Dieser Gehäuseanschlag 40 definiert dabei die Aktivierungsstellung des Kolbens 16.
Durch die Dichtung 32 ist die Gehäusekammer 24 in der Ruhestellung des Kolbens 16 zumindest flüssigkeitsdicht von der Umgebung getrennt, wohingegen die Gehäusekammer 24 gemäß den dargestellten Ausführungsformen in der Aktivierungsstellung des Kolbens 16 mit der Umgebung in Strömungsverbindung steht. Ausgehend von der Ruhestellung des Kolbens wird die Dichtwirkung der Dichtung 32 in der Regel bereits bei einer geringen Kolbenbewegung, vorzugsweise in der Größenordnung von einigen Millimetern, aufgehoben, sodass die Luft bzw. das Gasgemisch in der Gehäusekammer 24 bei einer weiteren Bewegung des Kolbens über die Austrittsöffnung 20 abströmen und sich kein Staudruck bilden kann, der eine Kolbenbewegung behindert. Um diese Strömungsverbindung zu gewährleisten, kann der vorderseitige Kolbenabschnitt 36 ein gewisses Radialspiel zur Austrittsöffnung 20 aufweisen. Alternativ oder zusätzlich können im Bereich des vorderseitigen Kolbenabschnitts 36 auch axial ausgerichtete Nuten (nicht gezeigt) vorgesehen sein, welche einerseits die Strömungsverbindung bereitstellen und zum anderen auch zu einer erwünschten Gewichtsminimierung des Kolbens 16 beitragen.
In den 1 bis 3 sind nun verschiedene Formen der pyrotechnischen Antriebseinheit 10 dargestellt, welche sich durch die konkrete Ausbildung der Dichtung 32 unterscheiden.
Die 1 zeigt die pyrotechnische Antriebseinheit 10, bei der die Dichtung 32 eine Dichtfolie ist. Die Austrittsöffnung 20 für den Kolben 16 wird dabei von der am Gehäuse 12 befestigten Dichtfolie abgedeckt. Beispielsweise ist die Dichtfolie außenseitig, d.h. an einer axialen Stirnfläche und/oder einer Umfangsfläche des Zylinderrohrs, mit dem Gehäuse 12
verklebt. Dadurch ist die Gehäusekammer 24 vor dem Eindringen von Flüssigkeit über die Austrittsöffnung 20 geschützt. Als Werkstoff für die Dichtfolie eignen sich beispielsweise Kunststoffe oder Metalle wie Aluminium, Kupfer und Stahl. Die Dichtung 32 stellt zumindest eine flüssigkeitsdichte Trennung zwischen der Gehäusekammer 24 und der Umgebung sicher. Selbstverständlich kann die Dichtung 32 jedoch auch so ausgeführt sein, dass die Gehäusekammer 24 sogar gasdicht von der Umgebung getrennt ist.
Die 2 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen pyrotechnischen Antriebseinheit 10, bei der die Dichtung 32 durch eine Verschweißung im Ultraschallverfahren des vorderseitigen Kolbenendes 30 mit dem Gehäuse 12 gebildet ist, wobei das Gehäuse 12 und der Kolben 16 im Verbindungsbereich aus einem schweißbaren Kunststoff gefertigt sind. Bei der Ultraschallverschweißung findet bis zu einer gewissen Materialtiefe eine Verschmelzung und damit eine dichtende Verbindung zwischen dem Gehäuse 12 und dem Kolben 16 statt, wobei die Schweißverbindung bei einer Aktivierung der pyrotechnischen Antriebseinheit 10 bereits bei geringer Beanspruchung bricht und eine Kolbenbewegung kaum behindert.
Die 3 zeigt die erfindungsgemäße pyrotechnische Antriebseinheit 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform, bei der die Dichtung 32 durch eine am vorderseitigen Kolbenende 30 angeformte Dichtlippe 42 gebildet wird. Der Kolben 16 ist dabei sowohl in seiner Ruhestellung (durchgezogene Linie) als auch in seiner Aktivierungsstellung
(gestrichelte Linie) eingezeichnet. Die Dichtlippe 42 wird durch einen umlaufenden, radial nach außen abstehenden Vorsprung gebildet, der radial nach innen verformbar ist. In der Ruhestellung des Kolbens 16 ist die Dichtlippe 42 durch das Gehäuse 12 radial nach innen verformt, sodass sich vorzugsweise im Bereich der Austrittsöffnung 20 eine Presspassung zwischen dem Gehäuse 12 und dem Kolben 16 ausbildet und die Gehäusekammer 24 in der Ruhestellung des Kolbens 16 zumindest flüssigkeitsdicht von der Umgebung getrennt ist. Ausgehend von dieser vorgespannten Position der Dichtlippe 42 kann sich ein freies Ende des umlaufenden Vorsprungs bei einer axialen Kolbenbewegung radial nach außen verformen, sodass die Dichtlippe 42 in der Aktivierungsstellung des Kolbens 16 eine entspannte Position einnimmt.

Claims

Pyrotechnische Antriebseinheit, insbesondere für ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem, mit einem Gehäuse (12), das einen Hohlraum (14) aufweist, einem Kolben (16), der im Hohlraum (14) zwischen einer Ruhestellung und einer Aktivierungsstellung verschieblich geführt ist, und einem als Antrieb ausgebildeten pyrotechnischen Anzünder (18), der den Kolben (16) in seine Aktivierungsstellung beaufschlagen kann, wobei der Kolben (16) den Hohlraum (14) in eine anzünderseitige Druckkammer (22) und eine Gehäusekammer (24) unterteilt, wobei die Gehäusekammer (24) in der Ruhestellung des Kolbens (16) zumindest flüssigkeitsdicht von der Umgebung getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (16) ein an die Druckkammer (22) angrenzendes, rückseitiges Kolbenende (28) und ein entgegengesetztes vorderseitiges Kolbenende (30) aufweist, wobei im Bereich des vorderseitigen Kolbenendes (30) eine Dichtung (32) vorgesehen ist, welche die Gehäusekammer (24) in der Ruhestellung des Kolbens (16) zumindest flüssigkeitsdicht von der Gehäuseumgebung trennt, indem die Dichtung (32) durch eine an dem vorderseitigen Kolbenende (30) angeformte und einstückig mit dem Kolben (16) ausgebildete Dichtlippe (42) gebildet ist, oder indem die Dichtung (32) durch eine Ultraschallverschweißung des vorderseitigen Kolbenendes (30) mit dem Gehäuse (12) gebildet ist, wobei das Gehäuse (12) und der Kolben (16) an der Abdichtstelle aus einem schweißbaren Kunststoff gefertigt sind.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusekammer (24) in der Aktivierungsstellung des Kolbens (16) mit der Umgebung in Strömungsverbindung steht.
Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) eine Austrittsöffnung (20) für den Kolben (16) aufweist, die in der Ruhestellung des Kolbens (16) mittels der Dichtung (32) zumindest flüssigkeitsdicht verschlossen ist.
Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (16) einen rückseitigen Kolbenabschnitt (34) mit einer ersten Querschnittsfläche, einen vorderseitigen Kolbenabschnitt (36) mit einer kleineren, zweiten Querschnittsfläche und einen Übergangsabschnitt (38) aufweist, in dem sich der Kolben (16) von der ersten Querschnittsfläche zur zweiten Querschnittsfläche verjüngt.
Antriebseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der vorderseitige Kolbenabschnitt (36) in der Ruhestellung des Kolbens durch die Gehäusekammer (24) erstreckt.
Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusekammer (24) und die Druckkammer (22) durch eine Kolbendichtung (26) im wesentlichen dicht voneinander getrennt sind.