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Elektrisch auslösbares Kraftelement mit ausstoßendem Kolben
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Die Erfindung befaßt sich mit einem Kraftelement der im Gberbegriff
des Anspruchs 1 angegebenen Art.
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Elektrisch auslösbare Kraftelemente mit ausstolßendem Kolben werden
zum Einleiten von Schaltvorgängen, Entriegelungen oder anderen Funktionsabläufen
benutzt. Beispielsweise werden sie auch für die Aktivierung von elektrischen Batterien
verwendet. Insbesondere bei Batterien für militärische Zwecke ist es üblich, Elektroden
und Elektrolyt getrennt voneinander unterzubringen, um eine langfristige tagerfähigkeit
der Batterien zu erreichen. Fur den Einsatz werden diese Batterie aktiviert, indem
der Elektrolyt mit den Elektroden vereint wird Es ist bekannt, den Elektrolyt in
einer Glasampulle einzuschließen d.ie im Netallgehäure der Batterie angeordnet ist.
Zur Aktivierung wird die Glasampulle zerschlagen, so daß der Elektrolyt auslaufen
und in den Elektrodenraum gelangen kann. .Für das Zerschlagen der Glasampulle wird
ein an der Außenseite des Netällgehäuses angeordnetes Kraftelement verwendet, das
elektrisch auslösbar ist und einen Kolben herausschießt, der die Wand des Metallgehäuses
örtlich nach innen einwölbt und dadurch die dahinter angeordnete Glasampulle zerstört.
Der Kolben wird durch Druckgas beschleunigt, das mittels eines mit Hilfe eines elektrischen
Anzündelementee auslösbaren Drucksatzes aus z.B.- einem ein-, zwei- oder mehrbasigen
Treibladungspulver, Schwarzpulver oder einer gaserzeugenden Mischung aus Aminoguanidinazotetrazol
und Zusatzstoffen, wie sie in der DT-OS 16 46 3"3 beschrieben ist, erzeugt wird.
Der Drucksatz mit Anzündelement ist hinter dem eine voll zylindrische Form aufweisenden
Kolben im Gehäuse des Kraftelementes angeordr.et., Nachteilig bei. diesem Kraftelement
ist unter anderem, daß es ein
großes Bauvolumen und ein dementsprechend
hohes Gewicht aufweist, was insbesondere bei militärischen Anwendungsfällen oder
auch in der Raumfahrt unertiiinscht ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
ein Kraftelement der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zu verbessern,
d.h. dieses insbesondere so auszubilden, daß es möglichst kompakt und einfach aufgebaut
ist, wobei dennoch auch unter ungünstigen Umständen die einwandfreie Funktion sicher
gewährleistet sein-muß.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im Kennzeichen
des Anspruches 1 angegebene Ausbildung. Die druckgaserzeugende Einrichtung ist dabei
im Gehäuse am oder nahe dessen hinterem Ende fest angeordnet, d.h. sie nimmt an
der Ausstoßbewegung des Kolbens nicht teil. Bevorzugt wird sie als elektrische Zündpille
ausgebildet, deren Zündsatz gegebenenfalls im Vergleich zur bekannten Anwendung
in Sprengmomentzündern, Gprengzeitzündern, Brennzündern oder dergleichen verstärkt
ist, um eine größe Druckgasmenge zu erzeugen. Die Zündpille kann nach dem Brücken-
oder Spaltzündprinzip funktionieren. Durch die Ausbildung des Kolbens mit einer
von seinem hinteren Ende ausgehenden Ausnehmung kann dieser über die Druckgaseinrichtung
gestülpt angeordnet werden. Der Außendurchmesser der Druckgaseinrichtung ist dabei
gegenüber dem Innendurchmesser des Gehäuses derart kleiner, daß ausreichend Zwischenraum
für die Aufnahme der seitlichen Wandung des Kolbens, dem Kolbenmantel, vorhanden
ist.
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Um den Kolben während der Handhabung, dem Transport.uXw. des Grafit;
elementes in seiner Ausgangsstellung, d.h. in . der die:Druckgasein-| richtung übergreifenden
Position in einfacher Weise zu fixieren, kann er beispielsweise mit leichtem. Preßsitz
in das Gehäuse hineingedrückt werden, bis er mit seiner hinteren ringförmigen Stirnfläche
an einer Gegenfläche des Gehäuses oder auch eines Träger-bzw. Halteelementes der
Druckgaseinrichtung anliegt. Gleichzeitig wird damit eine hinreichend gasdichte
PUhrung des Kolbens im Gehäuse während der Ausstoßes erreicht. Die aufeinander gleitenden
Flächen von Mantel und Gehäuse werden bevorzugt als Teil eines Kreiszylinders ausgebildet.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung
brauchen die axiale Länge
oder Höhe des Kolbens und damit auch die des Gehäuses nur wenig größer zu sein als
die der Druckgaseinrichtung, für die vorzugsweise eine einfache Zündpille verwendet
wird. Dadurch erhält man ein Kraftelement sehr kleiner Baugröße, das einfach aufgebaut
und funktionssicher.ist.
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Das bekannte Kraftelement für die Batterieaktivierung weist den weiteren
Nachteil auf, daß der vollzylindrische Kolben in seiner Endstellung nicht im Gehäuse
festgehalten ist und daher aus diesem herausfliegen kann. Es müssen daher bei der
Handhabung und Montage des raftelementes besondere Sicherheitsmaßnahmen getroffen
werden, um bei einer ungewollten Zündung Schaden durch den heraus-! fliegenden Kolben
zu verhindern. Aufgrund der fehlenden Arretierunk des Kolbens in der Endstellung
kann es weiterhin in nachteiliger Weise zu einem Durchstanzen des Metallgehäuses
der Batterie und/ oder eventuellen Beschädigungen der in dessen Inneren angeordneten
Elemente kommen. Zur zusätzlichen Vermeidung dieser Nachteile wird daher in zweckmäßiger
Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß insbesondere für die Batterieaktivierung
vorgesehene Kraftelement nach Anspruch 2 auszubilden. Der für die Begrenzung der
Ausstoßbewegung vorgesehene Absatz an der Außenseite des Kolbenmantels erstreckt
sich bevorzugt über den ganzen Umfang und ist insbesondere als radiale Ringschulter
ausgebildet. Es können aber z.B. auch mehrere einzelne gleichmäßig über den Umfang
verteilte Absätze oder auch nur ein einziger Absatz an einer Stelle des Umfangs
vorgesehen sein. Entsprechend ist der zugeordnete Begrenzungsanschlag an der Gehäuseinnenseite
ausgebildet. Der in das Gehäuseinnere hineinragende Anschlag kann einstückig mit
dem Gehäuse ausgeführt und dann z.B. an dessen ausstoßseitigen, d.h.
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vorderen Ende angeordnet sein. Bevorzugt wird für diesen Anschlag
jedoch ein ringförmiges Element verwendet, das in eine nahe dem ausstoßseitigen
Gehäuseende an dessen Innenseite vorgesehene Ringnut eingesetzt ist. Als ringförmiges
Element wird in besonders vorteilhafter Weise ein Sprengring benutzt.
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Es ist im allgemeinen vorteilhaft, das Ausstoßen des Kolbens in der
Anfangsphase möglichst ungebremst ablaufen zu lassen, um die
maximale
Kolbenkraft für den gewollten Schaltvorgang, die Entriegelung, die Aktivierung oder
dergleichen zur Verfügung zu hoben Sofern die Ausstoßbewegung jedoch bis zum Ende
ungebremst a>-läuft, kommt es beim Aufprall des Kolbens auf den Gehäuseanschla
zu einer schlagartigen Beanspruchung, die eine entsprechend feste und damit aufwendige
bzw. schwere Ausführung von Gehäuse und Kolben voraussetzt. Um das Kraftelement
einfacher bzw. ieichter bauen zu können, ist nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung
die Ausbildung gemäß Anspruch 3 vorgesehen. Die Abbremsung erfolgt dabei durch die
Reibung zwischen der auf dem Gehäuseanschlag ent langgleitenden Bremsfläche des
Kolbens. Vorzugsweise sind die Bremsfläche und der Gehäuseanschlag so angeordnet,
daß der Bremseffekt nicht sofort bei beginn des Ausstoßens auftritt, sondern erst
gegen Ende der Ausstoßbewegung. Bevorzugt erstreeken sich die Bremsfläche des Kolbens
und der Gehäuseanschlag über den Umfang, sie können aber z.B. auch auf einige gleichmäßig
über den Umfang verteilt angeordnete Stellen beschränkt sein. Die Bremsfläche ist
weiterhin vorzugsweise so ausgebildet, daß sie mi.t fortschreitendem Ausstoßen des
Kolbens verstärkt an den Gehäuseanschlag angepresst wird, die Abbremsung zum Ende
des Ausstoßens hin also zunimmt. Dazu wird die Bremsfläche vorzugsweise als Konusfläche
zwischen der vorderen Stirnfläche des Kolbens und dessen hinterer zylindrischer
Führungsfläche im Gehäuse ausgebildet. Zwischen Konus- und Führgsfläche ist zur
Ausstoßbegrenzung ein ringförmiger Absatz vorgesehen. Je nach der gewiinschten Bremscharakteristik
könnte der Mantel des Kolbens an seiner Außenseite im Bereich der Brensfläche aber
z.B. auch-im Längsschnitt betrachtet- konkav oder konvex gekrümmt sein. Für die
mechanische Beanspruohung des Sprengrings erweist es sich dabei als vorteilhaft,
wenn dieser nicht einen rechteckigen, sondern z.B. einen runden Quer8chnitt aufweist.
Um die mittels des Kolbens ausübbare Schubkraft auf eine kleinere Fläche zu konzentrieren
und gegebenenfalls auf die Möglichkeit des Durchstanzens des Metallgehäuses einer
Batterie noch wetter herabzusetzen, ist es ferner vorteilhaft, die vordere Stirnfläche
des Kolbens ballig, d.h. nach vorn gewölbt auszubilden.
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Die Erfindung ist in der Zeichnur.g in einem Ausführungsbeispiel im
Längsschnitt gezeigt und wird anhand dieses nachstehen.d noch näher erläutert.
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Das Rraftelement weist das näpfchenförmige Gehäuse 1 aus z.B.
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nichtrostendem Stahl auf, das an seinem das hintere Ende bildenden
Boden 2 mit der zentralen Öffnung 3 versehen ist. In das Gehäuse 1 ist die druckgaserzeugende
Einrichtung 4 vom vorderen Ende 5 her eingesetzt und am Boden 2 anliegend mittels
des Halteringes 6 gehalten, der seinerseits mit Preßsitz in das Gehäuse 1 eingedrückt
ist. Die Druckgaseinrichtung 4 ist hier eine nach dem Brückenzündprinzip funktionierende
elektrische Zündpille, deren beide Zuleitungen 7 durch die Öffnung 3 nach außen
geführt sini.
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Die Zuleitungen 7 sind dabei durch die Glasdurchführung 8 hindurchgeführt,
die ihrerseits im Trägerring 9 gehalten ist. Der Trägerring 9 ist mittels seines
äußeren Ringflansches 10 formschlüssig zwischen dem Boden 2 und dem inneren Ringflansch
11 des Halteringes 6 fixiert. Diese Verbindungen sind fest und gasdicht ausgeführt.
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In das Gehäuse 1 ist weiterhin vom vorderen Ende 5 her der haubenförmige
Kolben 12 aus z.B. nichtrostendem Stahl derart eingesetzt1 daß er in der gezeigten
Ausgangsstellung die Druckgaseinrichtung 4 mit seinem Mantel 13 seitlich übergreift.
Die hintere ringförmi ge Stirnflache des Mantels 13 sitzt auf dem Haltering 6 auf.
Der Kolben 12 ist über seine kreiszylindrische Rihrungsfläche 14 mit leichtem Preßsitz
im Gehäuse 1 bis zur Funktionsauslösung festgehalten. Die vom hinteren Ende des
Kolbens ausgehende Ausnehmung 15 erstreckt sich bis nahe zur vorderen Stirnfiäche
16 des Ko1.-bens und ist so bemessen, daß einerseits die Zündpille 7 einwandfrei
untergebracht ist, andererseits der Mantel 13 und der vordere Boden 17 des Kolbens
12 noch die erforderliche Festigkeit aufweisen.
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Zwischen der balligen Stirnfläche 16 und der w.ihrungsSläche 14 des
Kolbens 12 ist dessen Mantel 13 an der Außenseite mit der sich nach hinten erweiternden
konischen Bremsfläche 18, dem krebs
zylindrischen Ringstreifen 19
geringer Höhe und dem senkrecht zur Längsachse gerichteten ringförmigen Absatz 20
versehen. Das Gehäuse.1 weist nahe seinem vorderen Ende 5 an der Innenseite die
Ringnut 21 auf, in welche der Sprengring 22 aus Stahl mit rundem Querschnitt 23
eingesetzt ist. Zum Schutz gegen das Eindringen von Feuchtigkeit, Schmutz oder anderen
Fremdstoffen, zur zusätzlichen Mmpfung der Schlagwirkung des Kolbens 12 und ggf.
zur elektrischen Isolierung des Gehäuses 1 gegenUber einem zu verformenden metallischen
Batteriegehäuse ist das Gehäuse 1 am vorderen Ende 5 mit der bei Funktionsauslösung
zerstörbaren, auf den Gehäuseflansch 24 aufgeklebten Abdeckung 25 aus z.B. Kunststoff
oder Papier nach außen abgeschlossen.
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Nach Anlegen einer eleltrischen Spannung an die Zuleitungen 7 wir
die Zündpille 4 gezündet. Das von dieser entwickelte Druckgas beschleunigt den Kolben
12 nach vorn, wobei die Abdeckung 25 durchstoßen und der gewollte Schaltvorgang,
die Entriegelung, die Batterieaktivierung oder dergleichen bewirkt wird. Die konische
Bremsfläche 18 und der Sprengring 22 sind so aufeinander abgestimmt, daß das Ausstoßen
des Kolbens 12 in der Endphase durch zusätzliche Reibung gebremst wird. Dabei wird
der Sprengring 22 nach außen in die Ringnut 21 hinelngepreßt. Der Kolben kommt zum
Stillstand durch den durch die Abbremsung gedämpften Anschlag seines Absatzes 20
am Sprengring 22. DieEndStellung ist durch die gestrichelt dargestellte ballige
Stirnfjäche .16' angedeutet.
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