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QUERVERWEIS ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht die Rechte der provisorischen U.S.- Anmeldung mit der Anmeldenummer 61/864,955, eingereicht am 12. August 2013. Diese Anmeldung beansprucht ebenso die Priorität der U.S.- Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 14/458,112, welche den Anmeldetag 12. August 2014 hat.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Gaserzeugungssysteme und einen verbesserten Linearaktor.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft Fahrzeuginsassenschutzsysteme oder andere Sicherheitssysteme, welche Linearaktoren verwenden, um eine Fahrzeugoberfläche wie eine Motorhaube, in dem Fall einer Kollision oder eines Aufpralls mit einem Fußgänger anzuheben. Bekannte Linearaktoren verwenden typischerweise pyrotechnische Mittel, um einen Kolben innerhalb des Aktors zu aktivieren. Dies erhöht die Herstellungskosten dadurch, dass auch eine gaserzeugende Zusammensetzung hergestellt werden muss, bevor diese in den Aktor eingesetzt wird. Außerdem kann das Versenden und die Handhabung wegen des Transports und der verbundenen gesetzlichen Anforderungen komplex oder kompliziert sein. Zusätzlich können typische pyrotechnische Zusammensetzungen eine nicht vertretbare Feuchtigkeitsempfindlichkeit aufweisen und die Größe des Aktors, wegen der Lagerungsanforderungen innerhalb des Aktors, erhöhen. Es wäre daher eine Verbesserung, eine Alternative zu den typischen pyrotechnisch betätigten Kolben zur Verfügung zu stellen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ein pyrotechnische Aktor umfasst ein Gehäuse, welches ein erstes Ende und ein zweites Ende hat. Eine Verbrennungskammer ist benachbart zum ersten Ende des Gehäuses ausgebildet. Der Initiator ist auf bekannte Weise an dem ersten Ende befestigt. Ein hohler Kolben oder eine Röhre ist innerhalb des Gehäuses angeordnet und im Wesentlichen zu diesem koextensiv, der Kolben hat ein drittes Ende und ein viertes Ende, wobei das dritte Ende zum ersten Ende des Gehäuses benachbart ist und das vierte Ende zum zweiten Ende benachbart ist, der Kolben sich vom ersten Ende zum zweiten Ende vor der Aktivierung des Aktor erstreckt. Ein gespeichertes Gas ist innerhalb einer hohlen Kolbenstange enthalten, welche am Kolben befestigt ist. Eine Berstscheibe oder Dichtung kann entlang eines Durchgangs, der an dem dritten Ende der Kolbenanordnung ausgebildet ist, befestigt sein, entweder innerhalb oder außerhalb der Kolbenstange oder Röhre, wodurch das Gas innerhalb der Kolbenstange eingeschlossen ist. Nach Aktivierung des Aktors zerreißt der Initiator die Bruchscheibe, wodurch Gas den Kolben verlässt und gleichzeitig den Kolben vorwärts in eine Richtung, entgegengesetzt der Gasfreisetzung lenkt. Auf diese Weise wird der Kolben vom ersten Ende des Gehäuses zu dem zweiten Ende des Gehäuses angetrieben.
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Zusammengefasst, umfasst eine Kolbenanordnung der vorliegenden Erfindung ein Gehäuse, welches ein erstes Ende und ein zweites Ende besitzt. Eine hohle Kolbenstange ist im Gehäuse enthalten, wobei die Kolbenstange ein drittes Ende und ein viertes Ende hat, das dritte Ende benachbart zum ersten Ende ist und das vierte Ende benachbart zum zweiten Ende ist. Eine verschlossene Gaskammer, die mit gespeichertem Gas gefüllt ist, ist innerhalb der hohlen Kolbenstange ausgebildet und bildet im Wesentlichen das Innere der hohlen Kolbenstange. Ein Initiator ist am ersten Ende in der Nähe des dritten Endes der Kolbenstange befestigt und wird verwendet, um eine Dichtung an der Kolbenstange zu zerbrechen, wobei das gespeicherte Gas aus der hohlen Kammer freigesetzt wird und die Kolbenstange vom ersten Ende zu dem zweiten Ende des Gehäuses treibt.
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Ein Kolben, der an einer Kolbenstange befestigt ist, kann definiert werden durch einen ersten Flansch, der an dem dritten Ende ausgebildet ist, wobei der erste Flansch einen ersten äußeren Durchmesser besitzt, der gleitbar mit der inneren Wand oder dem Durchmesser des Gehäuses nach Aktivierung des Aktors in Kontakt kommt. Ein zweiter Flansch kann an dem dritten Ende ausgebildet sein, wobei der zweite Flansch näher an dem Initiator positioniert ist und der zweite Flansch einen zweiten äußeren Durchmesser hat, welcher kleiner ist als der erste äußere Durchmesser des ersten Flansches. Aufgrund der unterschiedlichen Größen des ersten und des zweiten Durchmessers wird ein ringförmiger Kanal zwischen dem inneren Durchmesser oder der inneren Wand des Gehäuses und dem zweiten Flansch ausgebildet. Gas kann daher durch den Kanal auf einen Oberflächenbereich geführt werden, der in einem ringförmigen Plenum ausgebildet ist, welcher zwischen dem ersten und dem zweiten Flansch und einer dazwischen ausgeformten ringförmigen Wand ausgebildet ist, wodurch die Kolbenanordnung durch das Gehäuse getrieben wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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1 zeigt einen druckbeaufschlagten pyrotechnischen Aktor in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
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1A zeigt eine Großansicht der Zündkammer und des Berstscheibenzwischenstücks, wie durch Region “A“ in 1. gekennzeichnet.
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2 zeigt einen voraktivierten pyrotechnischen Aktor in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
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3 zeigt einen pyrotechnischen Aktor nach 1 und 2 nach der Aktivierung des Aktors.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Wie in einer ersten Ausführungsform nach 1 gezeigt, enthält ein Linearaktor 10 ein Gehäuse 12. Das Gehäuse 12 enthält ein erstes Ende 14 und ein zweites Ende 16. Ein Initiator oder Zünder 18 ist innerhalb des ersten Endes 14 in bekannter Weise befestigt, wie zum Beispiel durch eine Gehäusebohrungsdichtung. Eine Zündkammer 20 ist benachbart zum Zünder 18 ausgebildet. Eine Berstscheibe oder Dichtung 22 kann benachbart zur Kammer 20 befestigt sein, wodurch das unter Druck stehende Gas innerhalb des Inneren der Kolbenstange 30 gehalten wird. Eine Röhre oder eine hohle Kolbenstange 23 ist innerhalb des Gehäuses 12 enthalten und erstreckt sich aus unmittelbarer Nachbarschaft zur Zündkammer 20 zu dem zweiten Ende 16 (vor der Aktivierung des Aktors). Es ist klar, dass ein Teil 32 des ersten Endes 26 eines Kolbens daher einen äußeren Durchmesser aufweisen kann, der im Wesentlichen gleich dem inneren Durchmessers des Gehäuses 12 ist, wie dieser durch die innere Wand 25 definiert ist. Eine äußere Wand 23a des Kolben 23 kann nahezu koextensiv mit der Länge des Gehäuses 12 sein. Der Teil oder erste Kolbenflansch 32 des Kolbens 23 passt bündig gegen die ringförmige innere Wand 25 des Gehäuses 12, wodurch der Flansch 32 gegen die innere Wand des Gehäuses 12 abgedichtet ist. Der erste Kolbenflansch 32 hat einen ersten äußeren Durchmesser 37, der gleitbar mit der inneren Wand 25 des Gehäuses 12 in Kontakt kommt. Eine vordere Oberfläche 32d ist integral am ersten Flansch 32 ausgebildet und bewirkt ein Anhalten der Vorwärtsbewegung der Kolbenstangenanordnung 23 wenn Aktor 10 aktiviert ist. Ein ringförmiges Plenum 28 ist innerhalb des ersten Kolbenendes 26 ausgebildet, welcher wie unten beschrieben, nach Aktivierung des Aktors 10 eine ringförmige Gasdruckkraft gegen einen hinteren Teil 32e (integral ausgebildet mit dem ersten Kolbenflansch 32) bewirkt.
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Ein zweiter Kolbenflansch 32b ist an dem ersten Ende 26 näher an dem Zünder 18 ausgebildet, als der erste Flansch 32, wobei der erste Flansch 32 und der zweite Flansch 32b das zwischen ihnen gebildete Plenum 28 einkeilen. Ein Oberflächenbereich 32e ist innerhalb des Plenums 40 ausgebildet und kommuniziert operativ mit dem gespeicherten Gas 33, sobald der Aktor aktiviert ist, wobei die Kolbenstange 23 durch das Gehäuse 12 getrieben wird. Der zweite Kolbenflansch 32b hat einen jeweiligen und etwas kleineren zweiten Außendurchmesser 39, im Vergleich zu dem ersten Außendurchmesser des ersten Kolbenflansches 32. Dadurch wird ein ringförmiger Spalt oder Plenum 40 zwischen der äußeren ringförmigen Oberfläche des zweiten Flansches 32b und der innere Wand 25 des Gehäuses 12 ausgebildet, wodurch es dem Gas erlaubt ist, zwischen dem zweiten Flansch 32b und der inneren Wand 25 des Gehäuses, 12 nach der Aktivierung des Aktors 10, zu strömen. Wie weiter unten ausgeführt, wird, wenn Gas in das Plenum 40 fließt, die Kolbenstangenanordnung 23 vorwärts getrieben, wenn der Gasdruck ansteigt und eine Kraft gegen den Oberflächenbereich oder den rückseitigen Teil 32e des ersten Flansches 32 ausübt.
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Ein Kolben, eine Abdeckung oder ein Verschluss 99 ist innerhalb des ersten Endes 26 der Kolbenstangenanordnung befestigt und enthält und ist im Allgemeinen definiert durch den ersten Flansch 32, den zweiten Flansch 32b und eine Abschlusswand 99a, welche integral mit dem ersten und den zweiten Flansch ausgebildet ist. Ein ringförmiger Gasdurchlass 99b ist innerhalb der Abschlusswand 99a definiert und erstreckt sich von einem ersten Ende 99c durch den Kolben 99 in das Innere 30 der Kolbenstangenanordnung 23. Das erste ringförmige Ende 99c ist in der Kappe 99, benachbart zu dem Zünder ausgebildet, und ein zweites ringförmiges Ende 99d ist in der Kappe 99, näher zu dem zweiten Ende 16 des Gehäuses 12 ausgebildet. Nach Aktivierung des Aktors 10 stellt der ringförmige Durchlass 99b einen Ausgang oder einen Kanal für Gas zur Verfügung, damit dieses aus dem Inneren 30 in Kammer 20 durch den Spalt 40 und in das Plenum 28 expandieren kann. Die Berstscheibe oder Dichtung 22 kann entweder am ersten oder am zweiten ringförmigen Ende 99c/99d oder an beiden befestigt sein.
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Eine Befestigung 103 kann um die Peripherie des Gehäuses 12 zur Montage an einem Fahrzeug (nicht dargestellt) positioniert und befestigt sein.
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Ein zweiter Kolben oder eine Abdeckung 101 ist geschweißt, eingepresst oder in anderer Weise mit einem zweiten Kolbenende 27, und wenigstens teilweise innerhalb davon, verbunden, wodurch die Kolbenstange oder Röhre 23 an dem Ende 27 verschlossen ist. Ein Anschluss 29 ist an einem Punkt, wo sich ein abgerundeter Abschnitt des Gehäuses 12 und die äußere Wand 23a des Kolben 23 treffen, ausgebildet. Ein Teil 101a der Kolbenabdeckung 101 erstreckt sich in das Innere 30 an dem zweiten Kolbenende 27. Ein zweiter Teil 101b der Kolbenabdeckung 101 hat bevorzugter Weise einen größeren Durchmesser als Teil 101a, welcher im Wesentlichen gleich dem Durchmesser des Gehäuses 12 ist.
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Bei der Herstellung des Aktors 10, kann gespeichertes Gas 33, wie Argon, Stickstoff, Helium oder andere inerte Gase und deren Kombinationen, vorzugsweise durch Schweißen einer "Stopfen"-Bohrungsdichtungsanordnung 99/22 unter Druck zur Verfügung gestellt werden. Die Kolbenstange würde mit unter Druck stehendem Gas gefüllt werden und dann könnte die Stopfen-Bohrungsdichtungsanordnung 99, bei welcher bereits die Berstscheibe oder Dichtung 22 installiert ist, unter Druck zur Röhre oder zur Kolbenstange 23 geschweißt werden. Der Schweißdruck würde natürlich nicht den Berstdruck der Scheibe 22 überschreiten. Entsprechend kann die Röhre oder das Innere des Kolbens 30 unter Druckbedingungen gefüllt werden, wobei die Berstscheibe 22 an dem entsprechenden Ende 99c oder 99d be- festigt ist, und dann wird der Initiator 18 an dem Ende 14 des Gehäuses 12 in bekannter Weise befestigt, erforderlichenfalls unter Umgebungsdruckbedingungen. Die Kolbenstange 23 und das Gehäuse 12 können in an sich bekannter Art aus Metall geformt sein, wie beispielsweise durch Kaltziehen; andererseits, wenn der Kolben 23 und/oder das Gehäuse 12 polymer oder aus Kunststoff ist, können die Teile durch Spritzguss oder in anderer im Stand der Technik bekannter Art und Weise gebildet sein. Der Initiator oder Zünder 18 kann irgendein Initiator des Standes der Technik sein, wie er auf dem technischen Gebiet bekannt ist. Das Gas kann durch bekannte Lieferanten wie beispielsweise Praxair zur Verfügung gestellt werden. Im Allgemeinen sind die verschiedenen Bestandteile des Aktors 10 wie im Stand der Technik beschrieben, hergestellt, aber in einer neuen Konfiguration, wie oben beschrieben ist.
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Im Betrieb erkennt ein Sensor (nicht dargestellt), hergestellt wie im Stand der Technik bekannt ist, ein vorher bestimmtes Ereignis, wie einen hemmenden Aufprall einer verbundenen Motorhaube durch einen Fußgänger, und löst somit die Aktivierung des Aktors 10 durch beispielsweise die Übermittlung eines elektrischen Impulses an den Zünder 18 aus. Nachdem der Zünder 18 aktiviert ist, stellen die Zündkräfte, wie Druck und vielleicht Hitze, die durch den Zünder 18 zur Verfügung gestellt werden, eine Kraft bereit, die groß genug ist die Berstscheibe 22 zu zerreißen. Nach dem Reißen der Berstscheibe, verlässt gespeichertes Gas rasch den Gasdurchlass 99b und tritt in die Kammer 20 und dann in das Plenum 28 ein, wenn es die ringförmige Spalte 40 passiert. Der ringförmige Ausbruch des Gasdrucks, der im kreisförmigen Plenum 28 zur Verfügung gestellt wird, treibt die Kolbenstangenanordnung 23 vorwärts, da die Gaskräfte den rückwärtigen Teil 32e des ersten Flansches 32 unter Spannung setzen. Wenn die Kolbenstangenanordnung 32 vorwärtsgetrieben wird, halten oder beenden der vordere Teil oder Kolbenanschlag 32d die Bewegung der Kolbenstangenanordnung 32, nachdem Kolbenanschlag 32d an der gerundeten Gehäusewand 38e an dem Anschluß 29 anliegt oder dagegen schlägt.
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Verschiedener Aspekte des vorliegenden Aktors 10 können modifiziert werden, um die Leistung des Aktors 10 maßzuschneidern. Beispielsweise kann der Kanal oder Gasdurchlass 99b im Durchmesser verkleinert oder vergrößert werden, um eine Änderung der Geschwindigkeit des Gases, wenn es in das Innere 30 des Kolben 23 eintritt und in die Kammer 20 wandert, zu beeinflussen. In der gleichen Weise kann der ringförmige Spalt 40 vergrößert oder verkleinert werden, abhängig von den gewünschten Gasflussdesignkriterien, wenn es in das Plenum 28 strömt. Weiterhin kann Plenum 28 durch Vergrößerung oder Verkleinerung des Volumens des Plenums 28 optimiert werden, um eine gewünschte Erhöhung oder Verringerung der Geschwindigkeit der Kolbenstangenanordnung 23 zu beeinflussen. Der Typ von Gas, der verwendet wird und der Designdruck innerhalb der Kolbenstangenanordnung 23 können auch modifiziert werden, wie gewünscht.
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Falls gewünscht, kann das Gehäuse 12 perforiert sein oder Gasaustrittsöffnungen 12a (nicht gezeigt) enthalten, welche Entlüftungslöcher für das in das Gehäuse 12 aus dem Inneren 30 der Kolbenstangenanordnung 23 freigesetzte Gas bereitstellen können. Dementsprechend, wenn die Gasaustrittsöffnungen 12a näher zu dem Ende 16 ausgebildet sind, wird das Gas innerhalb des Gehäuses nicht entlüftet, bis die Dichtung des ersten Flansches 32 die Gasaustrittsöffnung 12a passiert. Wenn der erste Flansch 32 die Gasaustrittsöffnungen 12a passiert, ist es dem Gas innerhalb des Gehäuses 12 gestattet sich zu entlüften, wodurch die Haubenanhebung freigegeben wird, welche durch den ausgestreckten Kolben, wie beispielsweise in 3 gezeigt, bereitgestellt wird. 2 und 3 jedoch zeigen wie dargestellt, ein nicht-entlüftetes oder nicht-perforiertes Gehäuse 12, wobei das Gas schlichtweg innerhalb des Gehäuses zurückgehalten wird, um die Haubenerhöhung oder Haubenanhebung zu bewahren, die nach der Aktivierung des Aktors 10 bereitgestellt wird.
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Im Betrieb wird der vorliegende gasbelastete Linearaktor 10 aktiviert, wenn der Zünder 18 ein Signal von einem Fahrzeugcomputer-Algorithmus erhält, welcher auf Aufprall-, Verzögerungs- oder andere bekannte geeignete Sensoren antwortet. Wenn der Fußgänger mit dem verbundenen Fahrzeug und/oder der Fahrzeughaube in Kontakt kommt, erfasst der Algorithmus den Aufprall und signalisiert dem Zünder sich zu aktivieren. Nach Aktivierung zerbrechen Hitze und Druckprodukte des Zünder 18 die Berstscheibe 22, wodurch das unter Druck stehende Gas freigesetzt wird und das erste Ende 26 des Kolben und die Kolbenstange 23 durch die Länge des Körpers 12 zu dem zweiten Ende 16 getrieben werden. Da der Kolben 99 und der Kolben 23 innerhalb und entlang der Länge des Gehäuses 12 angetrieben werden, wirkt das zweite Ende 16, welches einen größeren Durchmesser als der Rest des Kolbens hat, um die Haube anzuheben oder aufzurichten, um den Scha- den oder die Verletzung für den Fußgänger, der damit in Kontakt ist, zu verringern.
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Wiederum ist anzuerkennen, dass der vorliegende Aktor größtenteils gebildet oder hergestellt werden kann, wie im Stand der Technik bekannt ist. Beispielsweise lehrt das
U.S.-Patent Nr. 6,568,184 im Allgemeinen die grundlegende Struktur der ersten Ausführungsform und ist hierin durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit eingeschlossen. Der Körper oder das Gehäuse
12 kann gezogen oder in anderer Weise umgeformt werden, wie im Stand der Technik bekannt ist. Ein Unterschied wäre, dass die vorliegende Erfindung mit Gas beladen ist, wohingegen der bekannte Aktor, auf den Bezug genommen wird, ein pyrotechnischer Aktor ist. Weiterhin ist anzuerkennen, dass Gase, von denen bekannt ist, dass sie für die Verwendung in Hybrid- oder Speichergasaufblasvorrichtungen für Airbags geeignet sind, hier gleichfalls nützlich sind. Daher kann das Gas jedes geeignete Gas sein, wie Argon, Stickstoff und deren Mischungen.
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Es sollte ferner verstanden werden, dass das Vorhergehende lediglich eine detaillierte Beschreibung verschiedener Ausführungsformen dieser Erfindung ist, und dass zahlreiche Änderungen an den offenbarten Ausführungsformen in Übereinstimmung mit der hierin beschriebenen Offenbarung durchgeführt werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Die vorhergehende Beschreibung ist daher nicht dazu gedacht, den Umfang der Erfindung zu beschränken. Vielmehr wird der Umfang der Erfindung durch die verschiedenen Äquivalente bestimmt, welche von Durchschnittsfachmännern anerkannt werden würden.
