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Die Erfindung betrifft einen Aktuator für eine Fahrzeugsicherheitseinrichtung, insbesondere für einen Motorhaubenaufsteller, sowie einen Motorhaubenaufsteller.
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Ein Aktuator wird in der Fahrzeugtechnik in verschiedenen Fahrzeugsicherheitseinrichtungen eingesetzt, beispielsweise Airbags, Gurtstraffer, Überrollbügel, Betätigungsmechanismen für Türen oder Motorhaubenaufsteller. Derartige Aktuatoren sind typischerweise als Linearantrieb ausgelegt, wobei ein in einem Gehäuse geführter Kolben mit daran angebrachter Kolbenstange durch Druckgas im Gehäuse verschoben wird. Der Kolben weist eine Ausgangslage sowie eine dazu verschiedene Endlage auf. Aufgrund des Druckgases erfährt der Kolben eine starke Beschleunigung, die dazu führt, dass der Kolben im Gehäuse mit einer hohen Kolbengeschwindigkeit verstellt wird. Eine zu hohe Kolbengeschwindigkeit könnte jedoch unvorteilhafte Auswirkungen auf andere Bauteile innerhalb des Aktuators oder in der Nähe des Aktuators haben. Daher werden Vorkehrungen getroffen, um die Kolbengeschwindigkeit zu bremsen.
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Aus der
EP 2 546 531 A2 ist beispielsweise ein Aktuator bekannt, der einen Kolbenraum aufweist, in dem ein Kolben bewegbar angeordnet ist. Eine Flüssigkeit zur Dämpfung des Kolbens ist in einer Teilkammer des Kolbenraums angeordnet, wobei die Flüssigkeit die Bewegung des Kolbens bremst, wenn dieser aus der Ausgangslage in die Endlage verschoben wird. Eine Seitenwand des Kolbenraums weist dazu eine Öffnung auf, durch die die vom Kolben komprimierte Flüssigkeit aus dem Aktuator austreten kann, sodass eine gedämpfte Bewegung des Kolbens innerhalb des Kolbenraums möglich ist.
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Ein Nachteil dieser Bauart ist, dass durch die austretende Flüssigkeit umliegende Bauteile sozusagen kontaminiert werden können; also nachteilig durch einen Kontakt mit der austretenden Flüssigkeit in ihrer Funktionsweise beeinflusst werden können. Des Weiteren entsteht bei der Betätigung des Aktuators ein mit hohem Druck erzeugter austretender Fluidstrahl, welcher ebenfalls nachteilig auf umliegende Bauteile wirken kann, diese beispielsweise beschädigen kann.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Aktuator bereitzustellen, der eine Dämpfung der Kolbenbewegung mit einfachen Mitteln ermöglicht, ohne zusätzliche Vorkehrungen zum Schutz umliegender Bauteile treffen zu müssen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Aktuator für eine Fahrzeugsicherheitseinrichtung gelöst, insbesondere für einen Motorhaubenaufsteller, mit einem einen Kolbenraum aufweisenden Gehäuse, sowie einem im Kolbenraum, durch Einwirkung von Druckgas axial bewegbaren Kolben, wobei der Kolben eine Ausgangs- und eine dazu verschiedene Endlage einnehmen kann und den Kolbenraum in eine Druckkammer und eine Hubkammer unterteilt, wobei die Hubkammer in der Ausgangslage ein Fluid zur Dämpfung der Kolbenbewegung aufweist, wobei die Hubkammer und die Druckkammer zumindest in einer Zwischenlage des Kolbens über wenigstens eine Überströmöffnung in Strömungsverbindung stehen, sodass vor Erreichen der Endlage des Kolbens Fluid aus der Hubkammer in die Druckkammer überströmen kann, und wobei die Hubkammer und die Druckkammer erst nach einer Bewegung des Kolbens aus seiner Ausgangslage durch die Überströmöffnung in Strömungsverbindung bringbar sind.
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Der Grundgedanke der Erfindung ist es, das Fluid zur Dämpfung der Kolbenbewegung innerhalb des Aktuators zu belassen, wobei das Fluid innerhalb des Gehäuses verschoben wird, um die Kolbenbewegung zu dämpfen. Das Fluid wird von der Hubkammer in die Druckkammer bewegt, wobei es erst nach dem Verstellen des Kolbens aus der Ausgangslage überströmen kann. Anschließend ist das Fluid zumindest teilweise in der Druckkammer vorhanden. Zum einen werden keine umliegenden Bauteile des Aktuators von dem Fluid kontaminiert und zum anderen kann die Bewegung des Kolbens von der Endlage in die Ausgangslage ebenfalls gedämpft werden. Dies kann beispielsweise dann von Vorteil sein, wenn der Aktuator bei einem Motorhaubenaufsteller eingesetzt wird und ein Passant auf die aufgestellte Motorhaube fällt, wodurch der Aktuator nachgibt und gedämpft in seine Ausgangslage übergeht.
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Insbesondere weist der Kolben eine Nut mit darin angeordnetem Dichtungsring auf, mit dem die Hubkammer und die Druckkammer zumindest in der Ausgangslage des Kolbens zueinander abgedichtet sind. Hierdurch wird erreicht, dass das Fluid nicht vor dem Auslösen des Aktuators von der Hubkammer in die Druckkammer überströmt.
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Ein Aspekt der Erfindung sieht zudem vor, dass eine Kolbenstange am Kolben angebracht ist, die durch die Hubkammer ragt. Die Kolbenstange kann dabei an einem weiteren Bauteil angeordnet sein, um dies aufgrund der Bewegung des Kolbens zu verstellen. Bei dem weiteren Bauteil kann es sich beispielsweise um eine Motorhaube eines Fahrzeugs handeln.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass das Druckgas von einem Gasgenerator, insbesondere von einem Mikrogasgenerator, erzeugbar ist, der eine pyrotechnische Treibladung aufweist, insbesondere eine sauerstoffüberbilanzierte pyrotechnische Treibladung. Über einen Gasgenerator kann ein Druckgas mit einem großen Volumen in relativ kurzer Zeit erzeugt werden, sodass sich der Gasgenerator zur Erzeugung des Druckgases und zur Beaufschlagung des Kolbens besonders gut eignet. Der Gasgenerator ist dabei der Druckkammer des Aktuators zugeordnet. Mit der sauerstoffüberbilanzierten pyrotechnischen Treibladung kann zudem zusätzliche Energie gewonnen werden, die aus der Verbrennung des Fluids erzeugt wird, wenn das Fluid während der Dämpfung von der Hubkammer in die Druckkammer überströmt. Als Mikrogasgenerator im Sinne der Erfindung ist auch ein bekannter elektrisch aktivierbarer pyrotechnischer Anzünder zu verstehen, wie er bei Gasgeneratoren, beispielsweise für Airbagvorrichtungen, verwendet wird.
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Insbesondere ist die Strömungsverbindung über die Überströmöffnung bei Erreichen eines vorbestimmten Drucks in der Hubkammer und/oder in der Druckkammer hergestellt. Durch das Erzeugen des Druckgases steigt der Druck in der Druckkammer an. Zudem steigt der Druck in der Hubkammer an, da der mit dem Druckgas beaufschlagte Kolben sich innerhalb des Kolbenraums bewegt und dabei das Fluid in der Hubkammer komprimiert. Wird dabei ein vorbestimmter Druck erreicht, so kann die Strömungsverbindung hergestellt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Überströmöffnung durch zumindest eine Nut in der den Kolbenraum begrenzenden Seitenwand des Gehäuses ausgebildet ist, insbesondere in einem mittleren Bereich der Seitenwand bezogen auf die Axialerstreckung des Kolbenraums. Gemäß dieser Ausführungsform wird die Strömungsverbindung über eine Nut hergestellt, die die Druckkammer und die Hubkammer verbindet, wenn der Kolben aus seiner Ausgangslage in den Bereich der Nut verschoben wurde. Die Nut stellt dabei eine einfache, funktionssichere Ausführungsform der Überströmöffnung dar, da sie die Überströmöffnung rein mechanisch freigibt und keine weiteren Bauteile benötigt werden, um die Überströmöffnung herzustellen.
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Ferner können mehrere Nuten vorgesehen sein, die eine unterschiedliche Dicke und/oder Tiefe und/oder Länge und/oder Axiallage aufweisen, wodurch die Überströmöffnung bei Erreichen verschiedener Zwischenlagen über mehrere Nuten bereitgestellt werden kann. Hierdurch kann die Dämpfung der Kolbenbewegung feineingestellt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verschlusselement vorgesehen, das die Überströmöffnung zumindest in der Ausgangslage des Kolbens verschließt, wobei das Verschlusselement abhängig vom Druck in der Hubkammer und/oder in der Druckkammer oder vom Hubweg des Kolbens bei Erreichen eines bestimmten Drucks bzw. eines bestimmten Hubwegs öffnet. Das Verschlusselement kann demnach als eine Art Berstelement, zum Beispiel als Berstscheibe ausgebildet sein, die einen gewissen Berstdruck aufweist, sodass das Verschlusselement bei Erreichen des Berstdrucks öffnet, um die Überströmöffnung freizugeben. Alternativ kann das Verschlusselement durch die Bewegung des Kolbens verschoben werden, sodass dieses in Abhängigkeit des Hubwegs des Kolbens die Überströmöffnung freigibt. Über das Verschlusselement kann das Freigabeverhalten und somit die Dämpfung eingestellt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Kolben wenigstens eine Öffnung hat, die die Überströmöffnung ausbildet und an oder in der das Verschlusselement angeordnet ist. In dieser Ausführungsform ist die Überströmöffnung im Kolben selbst vorgesehen, wobei die Überströmöffnung durch das Verschlusselement verschlossen ist und erst bei Erreichen eines bestimmten Drucks in der Druckkammer oder der Hubkammer freigegeben ist. Je nach Lage und Ausführung des Verschlusselements kann die Freigabe der Überströmöffnung aufgrund des Drucks in der Hubkammer oder des Drucks in der Druckkammer erfolgen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass der Kolben mehrere Öffnungen hat, an denen jeweils ein Verschlusselement angeordnet ist, insbesondere voneinander unterschiedliche Verschlusselemente. Über die verschiedenen Verschlusselemente kann die Dämpfung der Kolbenbewegung feineingestellt werden, da beispielsweise bei einem ersten Druck nur eine Öffnung freigegeben wird und bei Erreichen eines zweiten Drucks eine zweite Öffnung. Darüber hinaus können auch die Öffnungen im Durchmesser variieren.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Überströmöffnung durch einen Bypasskanal bereitgestellt ist. Die Strömungsverbindung ist hergestellt, nachdem der Kolben aus der Ausgangslage verschoben worden ist.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass der Bypasskanal zwischen der Hubkammer und der Druckkammer ausgebildet ist, wobei insbesondere im Bypasskanal oder an einem Ein- und/oder Ausgang des Bypasskanals das Verschlusselement angeordnet sein kann. Der Bypasskanal stellt die Strömungsverbindung bei Erreichen eines bestimmten Drucks her, bei dem das Verschlusselement öffnet und die Überströmöffnung freigibt.
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Das Verschlusselement kann auch so ausgebildet sein, dass es nur von einer Seite her geöffnet wird, sodass es zum Beispiel dem hohen Druck in der Druckkammer zu Beginn des Verschiebewegs standhält, danach jedoch bei geringerem Druckunterschied mit Überdruck in der Hubkammer zerstört wird.
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Ferner betrifft die Erfindung einen Motorhaubenaufsteller, der einen Aktuator der zuvor genannten Art aufweist. Der Motorhaubenaufsteller weist eine effektive Dämpfung der Kolbenbewegung von der Ausgangslage in die Endlage auf sowie umgekehrt. Ferner werden bei einem derartigen Motorhaubenaufsteller keine umliegenden Bauteile vom Fluid kontaminiert.
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Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren, auf die Bezug genommen wird. In den Figuren zeigen:
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1 einen Aktuator gemäß einer ersten Ausführungsform in seiner Ausgangslage,
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2 den Aktuator aus 1 in einer Zwischenlage,
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3 einen erfindungsgemäßen Aktuator gemäß einer zweiten Ausführungsform in seiner Ausgangslage,
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4 den Aktuator aus 3 in einer Zwischenlage,
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5 einen erfindungsgemäßen Aktuator gemäß einer dritten Ausführungsform in seiner Ausgangslage,
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6 einen erfindungsgemäßen Aktuator gemäß einer vierten Ausführungsform in seiner Ausgangslage, und
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7 einen schematisch dargestellten Motorhaubenaufsteller.
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In 1 ist ein Aktuator 10 in einer ersten Ausführungsform in seiner Ausgangslange gezeigt. Der Aktuator 10 weist ein Gehäuse 12 auf, das einen Kolbenraum 14 umfasst.
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Im Kolbenraum 14 ist ein Kolben 16 mit daran angebrachter Kolbenstange 17 axial bewegbar angeordnet, der den Kolbenraum 14 in eine Hubkammer 18 und eine Druckkammer 20 unterteilt. Die Kolbenstange 17 erstreckt sich durch die Hubkammer 18 und tritt an einem ersten axialen Ende 21a aus dem Gehäuse 12 aus. Die Kolbenstange 17 ist mit einem Dichtungsring gegenüber dem äußeren Bereich des Gehäuses 12 abgedichtet.
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Der Kolben 16 ist innerhalb des Kolbenraums 14 verschiebbar, indem der Kolben 16 mit einem Druckgas beaufschlagt wird. Das Druckgas wird in der gezeigten Ausführungsform von einem pyrotechnischen Gasgenerator 22 erzeugt, welcher an einem dem ersten axialen Ende 21a entgegengesetzten zweiten axialen Ende 21b des Gehäuses 12 angeordnet ist. Der Gasgenerator 22 ist dabei der Druckkammer 20 zugeordnet.
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Alternativ kann auch ein Druckgasspeicher mit Ventil vorgesehen sein, das öffnet, um den Kolben 16 mit Druckgas zu beaufschlagen.
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In der Hubkammer 18 ist ein Fluid 24, insbesondere eine Flüssigkeit, vorgesehen, welches die Bewegung des beaufschlagten Kolbens 16 dämpft. Das Fluid 24 ist dabei in der Hubkammer 18 derart aufgenommen, dass es in der Ausgangslage des Aktuators 10 nicht aus der Hubkammer 18 austreten kann. Dies wird zum einen über die Abdichtung der Kolbenstange 17 erreicht, und zum anderen ist die Hubkammer 18 zur Druckkammer 20 über einen Dichtungsring 26 abgedichtet, der in einer umlaufenden Nut 28 am Kolben 16 angeordnet ist.
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Ferner weist der Kolben 16 in der gezeigten Ausführungsform zwei Öffnungen 30 auf, die jeweils von einem Verschlusselement 32 verschlossen sind. Aufgrund der Verschlusselemente 32 ist eine Strömungsverbindung zwischen der Hubkammer 18 und der Druckkammer 20 zunächst gesperrt, wobei die Strömungsverbindung bei Erreichen eines bestimmten Drucks in der Druckkammer 20 und/oder der Hubkammer 18 freigegeben wird. Über die Öffnungen 30 ist dann eine Überströmöffnung ausgebildet, über die das Fluid 24 von der Hubkammer 18 in die Druckkammer 20 überströmen kann.
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Die Dämpfung des Kolbens 16 geschieht wie folgt:
Bei Betätigung des Gasgenerators 22 wird ein Druckgas erzeugt, welches den Kolben 16 beaufschlagt, wodurch der Kolben 16 innerhalb des Kolbenraums 14 aus seiner Ausgangslage verschoben wird.
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Der Kolben 16 komprimiert daraufhin das Fluid 24 in der Hubkammer 18, sodass sowohl der Druck in der Hubkammer 18 aufgrund der Kompression des Fluids 24 als auch der Druck in der Druckkammer 20 aufgrund des erzeugten Druckgases ansteigt.
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Je nach Ausführung und Anordnung der Verschlusselemente 32 an oder in den Öffnungen 30 öffnen sich diese bei Erreichen eines bestimmten Drucks in der Druckkammer 20 oder der Hubkammer 18 (das heißt bei einem bestimmten Differenzdruck), wodurch das Fluid 24 von der Hubkammer 18 in die Druckkammer 20 überströmen kann (2).
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Die Bewegung des Kolbens 16 wurde eventuell bereits durch die Kompression des Fluids 24 gedämpft und wird wegen der hergestellten Strömungsverbindung ebenfalls gedämpft. Die Dämpfung nach der Herstellung der Strömungsverbindung lässt sich über die Öffnungen 30 und deren Querschnitte einstellen. Es können auch mehr als die zwei dargestellten Öffnungen 30 vorgesehen sein, beispielsweise bis zu zehn, dreißig oder fünfzig Öffnungen.
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Das Verschlusselement 32 ist zum Beispiel so positioniert oder vorgeschwächt, insbesondere durch Sollbruchstellen, dass es trotz des hohen Anfangsdrucks in der Druckkammer erst bei höherem Druck in der Hubkammer reißt.
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Die Verschlusselemente 32 können sich auch in ihrer Art voneinander unterscheiden, sodass hierüber eine Feineinstellung des Dämpfungsverhaltens möglich ist. Beispielsweise können die Verschlusselemente 32 unterschiedliche Öffnungsdrücke aufweisen, sodass zunächst nur ein Verschlusselement 32 öffnet und anschließend ein weiteres Verschlusselement 32. Dies wird beispielsweise erreicht durch unterschiedliche Materialien der Verschlusselemente 32, wie z. B. Kupfer, Aluminium oder Stahl, wobei weiters unterschiedliche Dicken der Verschlusselemente 32 vorliegen können.
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In den 3 und 4 ist eine zweite Ausführungsform des Aktuators 10 gezeigt, die sich von der ersten Ausführungsform vom grundsätzlichen Aufbau her nicht unterscheidet. Sie unterscheidet sich lediglich dahingehend, dass am Kolben 16 keine Öffnungen 30 und Verschlusselemente 32 vorgesehen sind, die die Überströmöffnung bereitstellen. Anstelle der Öffnungen 30 und Verschlusselemente 32 wird die Strömungsverbindung in der zweiten Ausführungsform über eine Nut 34 hergestellt, über die das in der Hubkammer 18 komprimierte Fluid 24 in einer Zwischenlage des Kolbens 16 in die Druckkammer 20 überströmen kann.
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Die Nut 34 ist in der den Kolbenraum 14 begrenzenden Seitenwand des Gehäuses 12 angeordnet, die die axialen Enden 21 des Gehäuses 12 verbindet. Die Nut 34 ist dabei in einem mittleren Bereich der Seitenwand bezogen auf die Axialerstreckung des Kolbenraums 14 angeordnet. In der in 3 gezeigten Ausgangslage verbindet die Nut 34 Hubkammer 18 und Druckkammer 20 nicht. Dies wird erst bei Verschieben des Kolbens 16 aus der Ausgangslange innerhalb des Kolbenraums 14 erreicht, wenn der Kolben 16 sich im Bereich der Nut 34 befindet (4).
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Um eine möglichst lange Dämpfung der Kolbenbewegung zu ermöglichen, kann sich die Nut 34 über eine axiale Länge von 20% bis 90% der gesamten axialen Länge der Seitenwand erstrecken.
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Ferner können mehrere Nuten 34 an den Seitenwänden vorgesehen sein, welche unterschiedliche Breiten und/oder Tiefen und/oder Längen und/oder Axialpositionen haben, sodass über die verschiedenen Nuten 34 eine Feineinstellung der Dämpfung der Kolbenbewegung möglich ist. Beispielsweise können bis zu fünf, zehn oder dreißig mehrere Nuten 34 vorgesehen sein.
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Eine dritte Ausführungsform des Aktuators 10 ist in 5 gezeigt, wobei sich der Aktuator 10 hier in seiner Ausgangslage befindet. In dieser Ausführungsform wird die Strömungsverbindung zwischen der Hubkammer 18 und der Druckkammer 20 über einen Bypasskanal 36 hergestellt, welcher nach Bewegung des Kolbens 16 im Kolbenraum 14 die beiden Kammern 18, 20 miteinander verbindet. Diese dritte Ausführungsform ist somit an die zweite Ausführungsform angelehnt, wobei die Nut 34 durch den Bypasskanal 36 ersetzt worden ist.
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Eine vierte Ausführungsform des Aktuators 10 ist in 6 gezeigt, die an die erste und dritte Ausführungsform (1, 2 und 5) angelehnt ist. Die Überströmöffnung wird analog zur dritten Ausführungsform über den Bypasskanal 36 hergestellt, wobei dieser in der Seitenwand gegenüber der dritten Ausführungsform (5) zur Druckkammer 20 verschoben ist. Analog zur ersten Ausführungsform sind Verschlusselemente 32 vorgesehen, die den Bypasskanal 36 zunächst verschließen, sodass in der gezeigten Ausgangslage keine Strömungsverbindung zwischen der Hubkammer 18 und der Druckkammer 20 vorliegt. Erst bei Erreichen eines bestimmten Drucks öffnen die Verschlusselemente 32, sodass die Überströmöffnung freigegeben ist.
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Die Verschlusselemente 32 sind hier am Ein- und Ausgang des Bypasskanals 36 angeordnet. Generell kann auch nur ein Verschlusselement 32 am Ein- oder Ausgang oder innerhalb des Bypasskanals 36 vorgesehen sein.
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In 7 ist zudem ein Motorhaubenaufsteller 38 mit einem Aktuator 10 nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen schematisch dargestellt.
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Allgemein kann der Gasgenerator 22 eine pyrotechnische Treibladung aufweisen, die sauerstoffüberbilanziert ist, sodass das von der Hubkammer 18 in die Druckkammer 20 übertretende Fluid 24 verbrannt werden kann, um zusätzliche Energie zu erzeugen, die zur Beaufschlagung des Kolbens 16 verwendet werden kann. Hierdurch ist es möglich, den Gasgenerator 22 mit einer sehr geringen pyrotechnischen Treibladung auszubilden.
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Darüber hinaus kann der Gasgenerator 22 generell als Mikrogasgenerator ausgebildet sein, das heißt es handelt sich nur um eine Art vergrößerten Zünder.
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Bei dem verwendeten Fluid 24 kann es sich um eine Flüssigkeit oder ein Gas handeln. Ferner können Flüssigkeits-Gas-Gemische vorgesehen sein, um die Kolbenbewegung zu dämpfen. Über das verwendete Gas und/oder die Mischung des Flüssigkeits-Gas-Gemisches kann die Dämpfung des Kolbens 16 vor der Freigabe der Überströmöffnung eingestellt werden.
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Die Hubkammer 18 ist typischerweise nicht vollständig mit einem als Flüssigkeit ausgebildeten Fluid 24 gefüllt.
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Beispielsweise kann das Fluid 24 derart eingestellt sein, dass sich der Kolben 16 bis zur Hälfte seines Verschiebeweges relativ frei bewegen kann und erst ab der Hälfte die Dämpfung aufgrund der Kompression auftritt, wobei auch ein mit Flüssigkeit gefüllter Beutel oder eine weiche, schnell berstende Zwischenwand in der Hubkammer einen Flüssigkeitsraum abtrennen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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