DE1955703B2 - Elektrisch zu zuendendes schaltelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisch zu zündendes Schaltelement für Stifteinzug der im Oberbegriff des )o Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Schaltelemente dieser Art, die auch unter der Bezeichnung »Actuator« bekannt s.nd, dienen dazu, einen Schaltvorgang einzuleiten, wenn in ihnen auf elektrischem Wege durch Fernbetätigung ein Drucksatz r> durch einen Draht oder ein Spaltzündmittel gezündet wird.

Bekannt ist ein Schaltelement mit einem Kolben, bei dem eine in einer Außenhülse angeordnete Führungshülse für den Kolben an ihrer Außenseite mit Flächen versehen ist. Die nach der Zündung eines. Treibsatzes sich entwickelnden Treibgase gelangen zwischen der Führungshülse und der Außenhülse hindurch von der auf der einen Seite des Kolbens gelegenen ZUndseite auf die gegenüberliegende Seite des Kolbens und drücken dadurch den Kolben in die Hülse hinein, so daß der Kolben über einen Stift auf ein mit ihm verbundenes, außerhalb des Schaltelementes befindliches Element, das geschaltet bzw. gesteuert werden soll, eine Zugwirkung ausübt. w

Der Nachteil dieser Konstruktion liegt darin, daß sehr genaue Passungen zwischen Stift und Außenhülse sowie zwischen Innenhülsenbohrung und Kolben erforderlich sind. Um den Stift für längere Zeit in einer Stellung nach dem Auslösen zu halten, ist es notwendig, in den « eingepaßten Teilen zusätzlich noch Dichtungen anzubringen oder mit einer zusätzlichen Haltevorrichtung den Kolben in der Innenhülse in seiner Endstellung zu fixieren.

Außerdem ist aus der DE-PS 7 13 288 ein Schaltele- bo ment für Stifteinzug der angegebenen Gattung bekannt, bei dem der Stift in einem Gehäuse geführt ist, in dem sich auch die elektrische Zündeinrichtung mit dem elektrischen Zündelement sowie gegebenenfalls ein Verzögerungssatz befinden; in der Ausgangsstellung b5 wird der Stift durch eine Druckfeder gegen eine zerstörbare Scheibe gedrückt, die das Zündelement abdichtet. Bei der Zündung des Zündelementes wird die Scheibe zerstört, wobei die Druckfeder den Stift mit einer Restkraft gegen den verbleibenden Teil der Scheibe preßt.

Ein Problem bei einem solchen elektrisch zu zündenden Schaltelement stellt die ausreichende Abdichtung des Zündelementes mittels der zerstörbaren Scheibe dar. Bei dem aus der BE-PS 7 13 288 bekannten Schaltelement wird diese Abdichtung durch eine Scheibe erreicht, die mit ihrer Stirnfläche in axialer Richtung gegen eine Hülse gepreß· wird. Die Erzeugung des erforderlichen Anpreßdrucks erfolgt also im wesentlichen mittels der Druckfeder.

Bei einer solchen Anpressung kann es jedoch im Laufe der Zeit durch Materialermüdungen. Erschütterungen usw. zu einer Vergrößerung des axialen Spiels zwischen den einzelnen Teilen des Schaltelementes kommen, so daß die Scheibe dann nicht mehr ausreichend stark in axialer Richtung gegen die Hülse gediückt wird. Außerdem muß die Druckfeder die relativ hohen, axialen Anpreßkräfte aufbringen, so daß sie mechanisch hoch beansprucht wird; dadurch kann sich jedoch wiederum die Federcharakteristik der Druckfeder im Laufe der Zeit ändern, d. h., die Druckfeder »altert«. Auch hierdurch wird die Abdichtung mit den in axialer Richtung gegeneinander gepreßten Flächen negativ beeinflußt, so daß der in der Hülse angeordnete Satz nicht mehr sicher gegen Umwelteinflüsse, insbesondere eindringende Luftfeuchtigkeit, abgedichtet ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein elektrisch zu zündendes Schaltelement für Stifteinzug der angegebenen Gattung zu schaffen, bei dem auch nach längerem Gebrauch eine gute Abdichtung des Zündelementes gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere darauf, daß die Abdichtung mit Hilfe von radial gerichteten Kräften erfolgt, welche die beiden ringförmigen Mantelflächen gegeneinander pressen. Diese radialen Anpreßkräfte haben praktisch keine Rückwirkung in axialer Richtung, da sie von der Scheibe selbst aufgebracht werden, wenn sie verformt, also flachgedrückt, und dabei in einer Aussparung eingespannt wird. In dieser eingespannten Lage kann die Scheibe sicher und zuverlässig durch eine geringe axiale Vorspannung der Feder gehalten werden, die im Vergleich zu den für eine Abdichtung erforderlichen Axialkräften äußerst gering ist. Die Feder dient also nicht zur Erzeugung der eigentlichen, zur Abdichtung benötigten Anpreßkräfte, die gemäß der vorliegenden Erfindung in radialer Richtung der Scheibe verlaufen. Die Feder soll also die Scheibe nur in ihrer flachgedrückten Einspannlage fixieren, beeinflußt also die eigentliche Abdichtung nicht. Dies bedingt wiederum, daß die Kraftbeanspruchung dieser Feder entsprechend gering ist. Unter Berücksichtigung der Alterung einer Feder stellt dies ein sehr wesentliches Merkmal dar, da gerade die Vermeidung von Alterungserscheinungen eines solchen Schaltelementes von äußerster Wichtigkeit ist. Solche Schaltelemente werden nämlich beispielsweise für Sicherheitseinrichtungen wie Rauchabzugsklappen usw. verwendet, so daß sie auch noch nach Jahren im Gefahrenfalle ihre Funktion sicher und zuverlässig erfüllen müssen. Dies war bei der Abdichtung des bekannten Schaltelementes nicht gewährleistet, bei dem sich, wie oben erwähnt, im Laufe der Zeit

ein gewisses axiales Spiel ergibt, so daß Luftfeuchtigkeit in das Zündelement eintreten und damit das Schaltelement funktionsunfähig machen kann.

Weiterhin kann dieses Schaltelement relativ exakt ausgelöst werden, da die als AbdichU-ng dienende ι Scheibe durch das Zusammenwirken des bei der Zündung auftretenden Gasdrucks mit dem als Gegenlager dienenden Stempel durchstanzt wird. Im Gegensatz hierzu muß bei dem bekannten Schaltelement die Scheibe abgeschmolzen werden, so daß der Zeitpunkt nicht genau definiert ist, bei dem die Abdichtung des Zündelementes zerstört wird. Der zeitliche Verlauf der für das Abschmelzen erforderlichen Temperaturerhöhung hängt jedoch von verschiedenen Parametern, insbesondere von den Wärmeleitfähigkeiten der ver- π schiedenen Materialien, ab, so daß sich relativ große Schwankungen des Zeitpunktes ergeben, bei dem die Abdichtung durch Abschmelzen der Scheibe aufgehoben wird. Im Gegensatz hierzu läßt sich der Zeitpunkt relativ exakt definieren, bei dem die Scheibe durchstanzt wird, so daß auch die Auslösung des Schaltelementes zu einem genau definierten Zeitpunkt erfolgt.

Und schließlich wird bei dem erfindungsgemäßen Schaltelement die Abdichtung praktisch schlagartig aufgehoben, da das Durchstanzen der Scheibe in einer sehr kurzen Zeitspanne erfolgt. Im Gegensatz hierzu wird bei dem bekannten Schaltelement die schmelzende Scheibe zunächst zähflüssig, so daß der Stempel zu Beginn nur langsam durch die Scheibe gestoßen wird, die darüber hinaus noch an dem Stempel haftet und jo durch die dabei entstehende Reibung seine Bewegung beeinflußt.

Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung verjüngt sich der Stempel zum Aufnahmeteller hin, wodurch sich die bei der Auslösung auftretende Reibung weiter js vermindern läßt.

Das bei einem solchen Schaltelement verwendete Zündelement kann in großen Stückzahlen als Einheit gefertigt werden, wobei der Zündsatz beispielsweise mit einer Bleizinnfolie abgedeckt und decklackiert wird. Mit dem Verzögerungssatz kann in gleicher Weise verfahren werden, wobei sich Einheiten mit unterschiedlichen Verzögerungszeiten herstellen lassen. Dadurch wird es möglich, die gleichen Zündelemente mit verschiedenen Verzögerungssätzen zu paaren. Dadurch vereinfacht sich die Fertigung und Lagerhaltung von 7^;;ndelementen mit eingebauter Verzögerungszeit.

Und schließlich wird der Stift in seiner Endstellung sicher fixiert. Dies ist insbesondere bei Verwendung solcher Schaltelemente in einer Rakete wichtig, um eine w ungewollte Betätigung zu verhindern. Die Länge des Einzugsweges des Stiftes läßt sich durch einfache konstruktive Maßnahmen am Stift und/oder am Zündelement je nach Bedarf variieren. Dadurch kann das Schaltelement dem jeweiligen Anwendungszweck angepaßt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unier Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltelement mit pyrotechnischem &o Drucksatz vor der Zündung,

Fig.2 das Schaltelement nach Fig. 1 nach der Zündung,

F i g. 3 und 4 ein Schaltelement nach den F i g. I und 2, jedoch mit einem zusätzlichen Verzögerungssatz, und

Fig. 5 die Einbauschritte einer Scheibe in ein Satzröhrchen.

Das in Fig. 1 dargestellte Schaltelement besteht aus einem Gehäuse 1, aus dem ein Stift 2 herausragt, welcher die Schaltfunktion erfüllt, d. h. nach einem Auslöseimpuls in das Gehäuse eingezogen wird. Der Stift 2 liegt in seiner gespannten (ausgefahrenen) Lage mit der Schulter 3 des Führungsteiles 4 am Gehäusebo den 3 an und kann über eine Druckfeder 6, die zwischen dem Gehäuseboden und einem Aufnahmeteller 7, der an das Führungsteil 4 des Stiftes 2 anschließt, angeordnet ist, nach innen bewegt werden. Das untere Ende des Stiftes bildet ein Stempel 8, der sich in Richtung des Aufnahmetellers 7 konisch verjüngt. Über ein in einer Verschlußschraube 9 gelagertes Zündelement 10 wird der Stift 2 gespannt, d. h. gegen die Federkraft so weit aus dem Gehäuse herausgeschoben, bis die Schulter 3 am Gehäuseboden 5 anliegt.

Zur Zündung des Zündelementes 10 können an sich bekannte (in der Zeichnung nicht dargestellte) Mittel, wie Spalt- bzw. Drahtzündmittel (Zündpille), verwendet werden. Aus der Kapsel 11 des Zündelementes 10 werden die beiden elektrischen Anschlüsse des Zündmittels mit dem —Pol 12 und dem +Pol 13 durch die Verschlußschraube 9 herausgeleitet. Über dem Zündmittel ist innerhalb der Kapsel 11 ein Satzröhrchen 14 angeordnet, das in der Kapsel 11 durch einen Bördel 15 gehalten wird.

In das Satzröhrchen 14 ist bei Verwendung eines Drahtzündmittels ein pyrotechnischer Drucksatz 16 eingepreßt. Wird ein Spaltzündmittel verwendet, so ist die Gasentwicklung des elektrischen Zündsatzes völlig ausreichend, so daß der Drucksatz 16 durch die Abstimmung des im Spaltzündmittel verladenen elektrischen Satzes ersetzt werden kann. Der Druck- bzw. elektrische Satz kann im Satzröhrchen 14 z. B. mit einer lackierten Bleizinnfolie abgedeckt und decklackiert werden.

Als Abschluß des Satzröhrchens 14 dient eine Scheibe 17, die zugleich auch das Stützelement für den gespannten Stift ist und zur Abdichtung dient. Diese Funktion wird dadurch erreicht, daß die Scheibe 17 vor dem Einbau eine andere geometrische Form aufweist als im eingebauten Zustand. Die Scheibe ist, wie aus Fig.5 ersichtlich, in der Mitte gewölbt, wobei die Umfangsfläche 18 parallel zur Mittellinie ist. Beim Einbau wird die Scheibe mit ihrer Wölbung 19 nach oben in die Ausnehmung 20 des Satzröhrchens 14 eingelegt. Durch Flachdrücken der Scheibe wird eine von der Größe der Wölbung 19 der Scheibe abhängende Außendurchmesservergrößerung erreicht. Dadurch ergibt sich eine formschlüssige Abdichtung am Durchmesser der Ausnehmung 20 im Satzröhrchen 14. Diese Art der Abdichtung hält hohen Drücken stand, so daß die darunter eingepreßten pyrotechnischen Sätze vollkommen gegen Umwelteinflüsse geschützt sind.

Die sehr aufwendige Abdichtung in der Stiftdurchführung 21 des Gehäuses 1 ist daher nicht mehr erforderlich. Außerdem würden durch eine solche Abdichtung Kraftverluste infoige der Reibung an dem sich bewegenden Stift auftreten.

Das Schaltelement hat folgende Wirkungsweise:

Beim Anlegen einer bestimmten elektrischen Energie an die elektrischen Pole 12 und 13 wird ein Impuls zu dem in der Zeichnung nicht dargestellten Eingangszündmittel geleitet. Bei der Zündung eines solchen Zündmittel baut der Druck- bzw. elektrische Satz im Satzröhrchen 14 spontan einen Druck auf. Dieser Druck richtet sich gegen die Scheibe 17. Diese Scheibe besteht aus einem Material mit geringer Bruchdehnung, z. B. aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, das bzw. die nach

einer Spezialbehandlung diese Eigenschaften aufweist. Es kann z. B. ein Material mit der DIN-Bezeichnung E-Cu F 37 oder Ms 58 F 51 sein.

Würde die Scheibe 17 aus weichem Material gefertigt, so würde der Werkstoff durch den Gasdruck außen am Stempel 8 hochgedrückt werden und das Gas könnte in den Raum zwischen dem Zündelement und dem Aufnahmeteller 7 entweichen. Ein Einziehen des Stiftes 2 durch die Feder 6 wäre dadurch nicht gewährleistet, da der Stempel 8 nur wenig kleiner ist als die Aufnahmebohrung 22 für den pyrotechnischen Drucksatz 16 im Satzröhrchcn 14.

Bei einem Material mit geringer Bruchdehnung erfolgt bei geringem Hochdrücken der Scheibe 17 durch den Gasdruck ein Bruch derselben entlang dem Durchmesser des Stempels 8 vom Stift 2, wodurch dieser, beschleunigt durch die Feder 6, in den nun leeren Raum des Satzröhrchens 14 bewegt wird. Die aus der Scheibe 17 gestanzte Scheibe 23 fällt ebenfalls in die Aufnahmebohrung 22 des Satzröhrchens 14, wie aus Fig. 2 zu ersehen ist. Das unter Druck stehende Gas erreicht dadurch den Raum zwischen Zündelement und Aufnahmeteller erst dann, wenn die Scheibe 17 durchstanzt ist.

Durch die schon erwähnte Konizität des Stempels 8 wird auch hier eine Reibung zwischen ihm und dem verbleibenden Kreisringstück 24 der Scheibe verhindert. Es steht dadurch die volle Federkraft der Druckfeder 6 für die Stiftbewegung zur Verfugung. Der Stift 2 liegt nach dem Auslösen mit der Unterseite des Aufnahmctellers 7 auf dem verbleibenden Kreisringstück 24 definiert auf, wodurch sich eine exakte Stifthublänge a ergibt.

Durch die Lageänderung des Stiftes 2 kann ein anderes Bauelement geschaltet, entsichert oder entriegelt werden.

In den F i g. 3 und 4 ist eine andere Ausführungsform eines Zündelementes 10 dargestellt. Das Schaltelement

H) nach den Fig. 1 und 2 schaltet ohne Verzögerungszeit, während das in Fig. 3 und 4 eine eingebaute pyrotechnische Verzögerung besitzt.

Der Unterschied im Zündelement 10 besteht darin daß zu dem Zündsatz 25 und dem Drucksalz 16 ein pyrotechnischer Verzögerungssatz 26 geschaltet ist Der Verzögerungssatz und der Drucksatz sind in das Satzröhrchen 27 eingepreßt und z. B. mit einer Bleizinnfolie abgedeckt und decklackiert. Dieses kombinierte Element ist als vorgefertigte Einheit in da:

2i) Zündelement 10 eingesetzt, das seinerseits wieder in dei Kapsel U eingebettet ist.

Wird wie beschrieben, elektrische Energie an die Pole gelegt, so wird zunächst der Zündsatz 25 gezündet, dei dann den pyrotechnischen Verzögerungssatz 26 unc dieser nach Ablauf einer bestimmten Verzögerungszei den Drucksatz 16 zündet. Danach erfolgt wie bei derr Schaltelement nach den Fig. 1 und 2 das Durchstanzer der Scheibe 17 und das Einziehen des Stiftes 2 in dai Gehäuse 1.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Elektrisch zu zündendes Schaltelement für Stifteinzug, bei dem der Stift in einem Gehäuse geführt ist, in dem auch die elektrische, gegebenen- ■> falls mit einem Verzögerungssatz versehene Zündeinrichtung mit dem Zündelement untergeb" ~ht ist, wobei in der Ausgangsstellung eine Druckfeder den mit einem angeformten Stempel versehenen Stift gegen eine als Abdichtung für das Zündelement dienende, zerstörbare Scheibe drückt und nach der Zündung des Zündelementes den Stift mit einer Restkraft gegen den verbleibenden Teil der Scheibe preßt, dadurch gekennzeichnet, daß die ursprünglich gewölbte Scheibe (17) durch die beim ι* Flachdrücken entstehende Vergrößerung ihres Außendurchmessers in das nach außen weisende Ende des Zündelementes (10) bzw. in die .Ausnehmung (20) der Satzröhrchen (14,27) eingespannt ist, wobei die Scheibe (17) bei Zündung des Zündelementes (10) von dem Stempel (8) durchgestanzt wird.

2. Schaltelement nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Stempel (8) zum Aufnahmeteller (7) hin verjüngt.

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