DE2747977C2 - Elektrisch auslösbares Kraftelement mit ausstoßendem Kolben - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Kraftelement der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Elektrisch auslösbare Kraftelemente mit ausstoßendem Kolben sind u. a. aus der DE-AS 19 31 005 bekannt und 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 Lagerfähigkeät der Batterien zu erreichen. Für den Einsatz werden diese Batterien aktiviert, indem der Elektrolyt mit den Elektroden vereint wird.

Es ist bekannt, den Elektrolyt in einer Glasampulle einzuschließen, die im Metallgehäuse 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 Metallgehäuses 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 eine;, mit Hilfe eines elektrischen Anzündelementes auslösbaren Drucksatzes aus z. B. einem ein-, zwei- oder mehrbasigen Treibladungspulver, Schwarzpulver oder einer gaserzeugenden Mischung aus Aminoguanidiazotetrazol und Zusatzstoffen, wie sie in der DE-OS 16 46 313 beschrieben ist, erzeugt wird. Der Drucksatz mit Anzündelement ist hinter dem eine vollzylindrische Form aufweisenden Kolben im Gehäuse des Kraftelementes angeordnet.

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 unerwünscht ist Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftelernent 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

ίο unter ungünstigen Umständen die einwandfreie Funktion sicher gewährleistet sein muß.

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, Sprengzeitzündern, Brennzündern oder dergleichen verstärkt ist um eine größere Druckgasmenge zu erzeugen. Die Zündpille kann nach dem Brükken- oder Spaltzünderprinzip 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.

Um den Kolben während der Handhabung, dem Transport usw. des Kraftelementes in seiner Ausgangsstellung, d. h. in der die Druckgaseinrichtung 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 Führung 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.

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 Kraftelementes besondere Sicherheitsmaßnahmen getroffen werden, um bei einer ungewollten Zündung Schaden durch den herausfliegenden Kolben zu verhindern. Aufgrund der fehlenden Arretierung 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 oder eventuellen Be-Schädigungen der in dessen Inneren angeordneten Elemente kommen. Zur zusätzlichen Vermeidung dieser Nachteile wird daher in zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, das inbesondere 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 gleichmäßige 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. vorderen Ende angeordnet sein. Bevorzugt wird für diesen Anschlag jedoch ein ringförmiges EIement 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

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 haben. Sofern die Ausstoßbewegung jedoch bis zum Ende ungebremst abläuft, kommt es beim Aufprall des Kolbens auf den Gehäuseanschlag zu einer schlagartigen Beanspruchung, die eine entsprechend feste und damit aufwendige bzw. schwere Ausführung von Gehäuse und Kolben voraussetzt. Um das Kraftelement einfacher bzw. leichter 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 entlanggleitenden 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 erstrecken sich die Bremsfläche des Kolbens und der Gehäuseanschlag über den ganzen 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 mit 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 Führungsfläche ist zur Ausstoßbegrenzung ein ringförmiger Absatz vorgesehen. Je nach der gewünschten Bremscharakteristik könnte der Mantel des Kolbens an seiner Außenseite im Bereich der Bremsfläche aber z. B. auch — im Längsschnitt betrachtet — konkav oder konvex gekrümmt sein. Für die mechanische Beanspruchung des Sprengrings erweist es sich dabei als vorteilhaft, wenn dieser nicht einen rechteckigen, sondern z. B. einen runden Querschnitt aufweist. Um die mittels des Kolbens ausübbare Schubkraft auf eine kleinere Fläche zu konzentrieren und gegebenenfalls auch die Möglichkeit des Durchstanzens des Metallgehäuses einer Batterie noch weiter herabzusetzen, ist es ferner vorteilhaft, die vordere Stirnfläche des Kolbens ballig, d. h. nach vorn gewölbt auszubilden.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel im Längsschnitt gezeigt und wird anhand dieses nachstehend noch nähet- erläutert.

Das Kraftelement weist das näpfchenförmige Gehäuse 1 aus z. B. 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 junktionierende elektrische Zündpille, deren beide Zuleitungen 7 durch die öffnung 3 nach außen geführt sind. 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

In das Gehäuse 1 ist weiterhin vom vorderen Ende 5 her der haubenförmige Kolben 12 aus z. B. nichtrostendem Stahl derart eingesetzt, daß er in der gezeigten Ausgangsstellung die Druckgaseinrichtung 4 mit seinem Mantel 13 seitlich übergreift. Die hintere ringförmige Stirnfläche des Mantels !3 sitzt auf dem Haltering 6 auf. Der Kolben 12 ist über seine kreiszylindrische Führungsfläche 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 Stirnfläche 16 des Kolbens 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.

Zwischen der balligen Stirnfläche 16 und der Führungsfläche 14 des Kolbens 12 ist dessen Mantel 13 an der Außenseite mit der sich nach hinten erweiternden konischen Bremsfläche 18, dem kreiszylindrischen 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 Dämpfung der Schlagwirkung des Kolbens 12 und ggf. zur elektrischen Isolierung des Gehäuses 1 gegenüber 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.

Nach Anlegen einer elektrischen Spannung an die Zuleitungen 7 wird 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 hineingepreßt. Der Kolben kommt zum Stillstand durch den durch die Abbremsung gedämpften Anschlag seines Absatzes 20 am Sprengring 22. Die Endstelhing ist durch die gestrichelt dargestellte ballige Stirnfläche 16'angedeutet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektrisch auslösbares Kraftelement mit ausstoßendem Kolben, der innerhalb eines Gehäuses angeordnet und nach elektrischer Auslösung einer in dem Gehäuse untergebrachten druckgaserzeugenden Einrichtung relativ zu dieser axial verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (12) hauben-, glocken-, näpfchen-, topfförmig oder dergleichen ausgebildet ist und in seiner Ausgangsstellung die druckgaserzeugende Einrichtung (4) mit seinem Mantel (13) seitlich übergreift

2. Kraftelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (12) an der Außenseite seines Mantels (13) wenigstens einen Absatz (20) aufweist, dem ein das Ausstoßen des Kolbens (12) begrenzender korrespondierender Anschlag (22) am Gehäuse (t) zugeordnet ist

3. Kraftelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (12) zwischen seiner Stirnfläche (16) und dem Absatz (20) eine äußere Bremsfläche (18) aufweist, die beim Ausstoßen des Kolbens (12) am Anschlag (22) des Gehäuses (1), vorzugsweise mit dabei zunehmender Anpressung, entlang gleitet.

4. Kraftelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Stirnfläche des Kolbens (12) ballig, d. h. nach vorn gewölbt, ausgebildet ist.