DE20020695U1 - Vorrichtung zum Bewegen eines Stellelementes - Google Patents
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Description
[Gebrauchsmusteranmeldung] Vorrichtung zum Bewegen eines Stellelementes
[Beschreibung]
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bewegen eines Stellelementes in einem von einer Führungsfläche umfassten Hohlraumes und einer Antriebseinrichtung, mit welcher auf das Stellelement für die Bewegung entlang der Führungsfläche ein Antriebsimpuls ausgeübt werden kann.
[Stand der Technik]
Eine derartige Vorrichtung kommt zum Einsatz beim Betätigen von Konstruktionsteilen, die beim Öffnen oder Verschließen oder zur Einstellung von Strömungsquerschnitten zum Einsatz kommen. Normalerweise erfolgt der impulsförmige Antrieb des Stellelementes in Abhängigkeit von einem Sensorsignal, wobei die erforderliche Stellbewegung bzw. Betätigungsbewegung, welche vom Stellelement verursacht wird, innerhalb einer kurzen Zeit in der Größenordnung von wenigen Millisekunden ausgelöst werden soll. Derartige mechanische Bewegungsübertragungen werden beispielsweise beim Öffnen von Kaltgasgeneratoren, die zum Füllen von Airbags dienen, verwendet. Der Bewegungsmechanismus, welcher im Kurzzeitbetrieb zum Einsatz kommt, erfordert bezüglich der Abmessungen des Stellelementes und der Führungsfläche eine hohe Präzision bei hoher Stückzahl der Bauteile. Ferner ergeben sich bei der Betätigung der durch das Stellelement zu verstellenden Konstruktionsteile, wie Klappen, Stützen und dergleichen, während der Stellbewegung hohe Reaktionskräfte. Die Führung des Stellelementes in dem von der Führungsfläche umgebenen Hohlraum muss während der kurzzeitigen Bewegung einwandfrei gewährleistet sein, ohne dass Kippmomente und dergleichen sich nachteilig auf diese geführte Bewegung auswirken. Bevorzugt
kommt als Antriebseinrichtung, welche den Antriebsimpuls erzeugt, ein pyrotechnischer Antrieb zum Einsatz.
[Aufgabe der Erfindung]
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der Fertigungstoleranzen keinen Einfluss auf die impulsförmig angetriebene Bewegung des Stellelementes haben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwischen der Führungsfläche und der Außenseite des Stellelementes ein konischer Spalt vorgesehen ist, der mit einer Schicht ausgefüllt ist, durch welche das Stellelement mit der Führungsfläche unter Ausgleich von Herstellungstoleranzen mit einer bestimmten Haltekraft verbunden wird. Vorzugsweise ist die Schicht auf der Basis einer als Trocken- oder Festschmierstoff wirkenden Substanz gebildet.
Der Querschnitt' des Spaltes zwischen der Führungsfläche und der Außenseite des Stellelementes besitzt einen konischen Verlauf, wobei diese Konizität sich vorzugsweise aus einem konischen Verlauf der Außenfläche des kolbenförmigen Stellelementes ergibt. Der vorzugsweise zylindrische Hohlraum, welcher von der Führungsfläche umfasst wird und in welchem das Stellelement angeordnet ist, kann einen kreisrunden, eckigen, z.B. rechteckigen, oder quadratischen oder einen ovalen Querschnitt haben. Die Schicht ist in dem Bereich, in welchem der Spalt einen kleineren Querschnitt aufweist, gegenüber dem Spaltbereich mit dem größeren Querschnitt verdichtet bzw. komprimiert. Die Konizität des Spaltes verläuft so, dass in Bewegungsrichtung des Stellelementes der Spaltquerschnitt sich verbreitert.
Die Schicht, welche vorzugsweise auf die Außenfläche bzw. Mantelfläche des kolbenförmigen Stellelementes vor dem Einbau in den rohrförmigen Hohlraum aufgebracht wird, besitzt im Ruhezustand die Funktion einer Haftschicht. Hierdurch wird das Stellelement im hohlzylindrischen Raum mit der erforderlichen Festhaltekraft mit der Führungsfläche verbunden. Dabei werden Fertigungstoleranzen am Stellelement und an der Führungsfläche durch die Haftschicht ausgeglichen.
Beim impulsförmigen Antrieb des Stellelementes wird durch die dabei erzeugte Losbrechkraft die Haltekraft der Haftschicht überwunden und die Schicht wirkt dann wie ein Schmiermittelfilm (Schwimmschicht) bei der Bewegung in Richtung auf das zu verstellende Bauteil. Geeignete Beschichtungssysteme basieren auf einem Festschmierstoff, beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE) in einem Lösungsmittel, beispielsweise N-Methylpyrrolidon und einem geeigneten Binder, insbesondere organischen Bindemittel. Ein derartiges Produkt ist mit der Bezeichnung FLUOROPAN® auf dem Markt erhältlich. Die vorzugsweise auf die Mantelfläche des Stellelementes aufgetragene Beschichtung wird bei Hitze ausgehärtet. Hierdurch lassen sich Schichtdicken in der Größenordnung von 10 &mgr;&idiagr;&eegr; bis 25 &mgr;&pgr;&igr; und darüber je nach auszufüllender Spaltweite herstellen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Beschichtungssystem wird auf der Basis eines Festschmierstoffes vorzugsweise M0S2, einem anorganischen Bindemittel und einem Lösungsmittel, beispielsweise Ester, gebildet. Derartige Beschichtungssysteme sind mit den Bezeichnungen UNIMOLY® UND MOLYKO-TE® am Markt erhältlich. Dieses Beschichtungssystem kann bei Zimmertemperatur aushärten. Es können ebenfalls Schichtdicken in der Größenordnung von 10 &mgr;&pgr;&igr; und darüber, beispiels-
weise bis 25 &mgr;&pgr;&ngr; und mehr je nach Spaltbreite gebildet werden .
Das zumindest an seiner Mantelfläche beschichtete Stellelement wird in den von der Führungsfläche umgebenen Hohlraum eingesetzt, wobei die Beschichtung im Bereich des größeren Durchmessers aufgrund einer gewissen Elastizität komprimiert wird. Daraus ergibt sich die erforderliche Haltekraft des Stellelements an der hohlzylindrischen Führungsfläche unter gleichzeitigem Ausgleich von Fertigungstoleranzen.
[Beispiele]
Anhand der Figur wird an einem Ausführungsbeispiel die Erfindung noch näher erläutert.
Die Figur zeigt in teilweise schnittbildlicher Darstellung schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. In einem Hohlraum, welcher von einer Wand 7 umgeben ist, befindet sich ein kolbenförmiges Stellelement 1. Der Hohlraum wird von einer Führungsfläche 2 umfasst, wobei die Führungsfläche 2 hohlzylindrisch ausgebildet ist. Zwischen einer Außenseite (Mantelfläche) 5 des Stellelementes 1 und der Führungsfläche 2 ist ein Spalt gebildet, der aufgrund der Konizität des Stellelementes 1 einen konischen Querschnitt aufweist. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist nur die Außenseite (Mantelfläche) 5 des Stellelementes 1 konisch ausgebildet. Die Führungsfläche 2 verläuft parallel zu einer axialen Bewegungsrichtung 3 des angetriebenen Stellelementes 1. Der Querschnitt der Führungsfläche 2 und der daran angepasste Querschnitt des Stellelementes 5 können kreisrund, oval oder eckig, z.B. rechteckig oder quadratisch sein. In der Bewegungsrichtung 3 verbreitert sich der Spalt zwischen der Führungsfläche 2 und der Außenseite 5 des Stellelementes 1. Dieser Spalt ist mit einer Schicht 6 ausgefüllt. Die Schicht
6 ist vorzugsweise als Beschichtung mit anschließender Aushärtung auf die Außenseite 5 des Stellelementes 1 aufgebracht, bevor dieses in den Hohlraum eingesetzt wird. Beim Einbringen des Stellelementes 1 wird die im engeren Bereich des konischen Spaltes befindliche Schicht 6 komprimiert. Vorzugsweise besitzt daher die Schicht 6 elastische bzw. thermoelastische Eigenschaften. Die Schicht 6 erstreckt sich zumindest entlang der Außenseite 5 des Stellelementes 1.
Das Stellelement 1 dient zur Betätigung eines nicht näher dargestellten und in der Bewegungsbahn des Stellelementes 1 befindlichen Konstruktionselementes, beispielsweise einer Klappe, einer Stütze oder dergleichen. Der Antrieb des Stellelementes 1 erfolgt mit Hilfe einer Antriebseinrichtung 4, welche auf das Stellelement 1 einen kurzzeitigen Antriebsimpuls ausübt. Dieser Antriebsimpuls kann durch einen pyrotechnischen Treibsatz in der Antriebseinrichtung 4 erzeugt werden. Die Antriebseinrichtung 4 kann in einem Raum hinter dem Stellelement 1 oder im Stellelement 1 angeordnet sein.
Aufgrund der Konizität der Außenseite 5 des Stellelementes . kann die Spaltbreite an der breitesten Stelle etwa 0,020 mm und an der engsten Stelle etwa 0,005 mm betragen. Die Länge des Stellelementes 1 innerhalb der Führungsfläche, d.h. die mit der Schicht 6 angefüllte Spaltlänge kann etwa 7 mm betragen.
Durch die Schicht 6 wird insbesondere im Bereich der sich verengenden Spaltbreite, in welchem das Schichtmaterial komprimiert bzw. verdichtet wird, nicht nur ein Ausgleich der Fertigungstoleranzen erzielt, sondern es läßt sich beim Einbau des Stellelementes 1 in den von der Führungsfläche 2 umgebenen Hohlraum eine definierte Losbrechkraft einstellen.
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Diese Losbrechkraft wird vom Antriebsimpuls der insbesondere pyrotechnisch ausgebildeten Antriebseinrichtung 4 überwunden. Das Stellelement 1 legt einen relativ kurzen Weg zurück, um das nicht näher dargestellte Konstruktionselement zu betätigen. Die freie Hubstrecke des Stellelementes 1 in Bewegungsrichtung 3 kann annähernd 2 mm oder weniger bis zum Konstruktionselement betragen. Dies entspricht etwa einem Viertel der Führungsstrecke des Stellelementes 1 im von der Wand 7 umfassten Hohlraum. Der Kolbendurchmesser des Stelleleraentes 1 kann etwa 10,00 bis 12,00 mm in der Mitte seiner Längsausdehnung betragen.
Aufgrund seiner konischen Ausbildung bewegt sich das Stellelement 1 nach dem Losbrechen quasi 1 bis 2 mm freifliegend gegen das zu betätigende Konstruktionselement aufgrund des Antriebsimpulses, der von der Antriebseinrichtung 4 erzeugt wird.
Bis zum Losbrechen wird das Stellelement 1 durch die Schicht 6, welche die Wirkung einer Haftschicht hat, im Hohlraum, der in der Wand 7 gebildet wird, festgehalten. Wenn durch die Antriebseinrichtung 4 die erforderliche Losbrechkraft durch den Antriebsimpuls überwunden ist, wird das Stellelement in der Bewegungsrichtung 3 angetrieben. Hierbei wirkt die Schicht 6 als Schwimmschicht bzw. Gleitmittelschicht, welche die quasi freifliegende Bewegung des angetriebenen Stellelementes bewirkt.
Die Schicht 6 wird zur Erzielung dieser Funktionen vorzugsweise auf der Basis eines Trockenschmierstoffsystems gebildet. Der Trocken- bzw. Festschmierstoff kann Polytetrafluorethylen (PTFE) oder MoS2 sein. Das auf der Basis PTFE beruhende Beschichtungssystem kann ein organisches Bindemittel und Lösungsmittel, beispielsweise N-Methylpyrrolidon enthal-
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ten. Das auf der Basis M0S2 beruhende Beschichtungssystem kann ein anorganisches Bindemittel und als Lösemittel einen Ester aufweisen. Das jeweilige Beschichtungssystem wird in flüssiger Form auf die Mantelfläche des Stellelementes aufgebracht und ausgehärtet.
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[Bezugszeichenliste]
1 Stellelement
2 Führungsfläche
3 Bewegungsrichtung
4 Antriebseinrichtung
5 Außenseite des Stellelementes
6 Schicht
7 Wand IO
Claims (8)
1. Vorrichtung zum Bewegen eines Stellelementes (1) mit einer Führungsfläche (2), entlang welcher das Stellelement (1) führbar ist, und einer Antriebseinrichtung (4), mit welcher auf das Stellelement (1) für die Bewegung entlang der Führungsfläche (2) ein Antriebsimpuls ausübbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Spalt zwischen der Führungsfläche (2) und der Außenseite (5) des Stellelementes (1) eine den Spalt ausfüllende Schicht (6) vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenseite (5) des Stellelementes (1) einen konischen Verlauf hat, wobei der Spalt zwischen der Führungsfläche (2) und der Außenseite (5) des Stellelementes (1) in Bewegungsrichtung (3) des Stellelementes (1) sich im Querschnitt vergrößert.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (6) einen Trocken- oder Festschmierstoff aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (6) im Spaltbereich, welcher den kleineren Querschnitt aufweist, gegenüber dem Spaltbereich mit dem größeren Querschnitt verdichtet (komprimiert) ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (6) auf die Außenseite (5) des Stellelementes (1) als Beschichtung aufgebracht ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicken im Spalt etwa zwischen 5 µm und 25 µm liegen.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Trocken- oder Festschmierstoff in der Schicht (6) MoS2 oder Polytetrafluorethylen ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (6) aus einem ausgehärteten in flüssigem Zustand auf die Außenseite (5) des Stellelementes (1) aufgebrachten Beschichtungssystem gebildet ist.
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