DE3820493A1 - Elektrisch ausloesendes pyrotechnisches kraftelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein pyrotechnisches Kraftelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige auch sogenannte elektrische Auslöser dienen der Betätigung einer Kolbenstange, die beispielsweise als Sperr-Stift dient, um ein mechanisches Konstruktionsteil zu arretieren bzw. freizugeben; vgl. DE-AS 19 31 005. Die Kolbenstange kann aber auch unmittelbar als Antrieb für einen Bewegungsvorgang eingesetzt werden, etwa zur Aufstellung einer Schwenkkonstruktion um eine Drehachse zum Aus­ stellen eines Klappflügels (vgl. US-PS 46 35 881). Um durch die lineare Bewegung der Kolbenstange des Kraftelementes eine Drehbewegung der Schwenkkonstruktion hervorzurufen, also ein Drehmoment um die Schwenkachse einzuleiten, muß die Kolbenstange exzentrisch an der Schwenkkonstruktion angreifen. Hierfür kann die Kolbenstange als Zahnstange ausgeführt sein, die mit einem Zahnrad kämmt, welches konzentrisch zur Drehachse drehstarr mit der Schwenkkonstruktion verbunden ist. Eine solche getriebliche Bewegungsbeeinflussung, zum Ausüben einer Schwenkbewegung aufgrund einer linearen Kolben­ bewegung, ist aufgrund der unvermeidlichen getrieblichen Verluste allerdings energetisch ungünstig und störanfällig, bei relativ großen erforderlichen Einbauvolumina.

In Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein pyrotechnisches Kraftelement gattungsgemäßer Art derart auszugestalten, daß seine Kolbenbewegung unmittelbar, also ohne getriebliche Umsetzung über drehexzentrische Krafteinleitung von einer linear bewegten Kolbenstange her, zum Aufbau eines Drehmomentes für die Bewegung einer Schwenkkonstruktion führen kann.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß das gattungsgemäße Kraftelement gemäß dem Kennzeichnungsteil des Anspruches 7 ausgelegt ist.

Nach dieser Lösung ist ein um die Schwenkachse bogenförmig sich erstreckender Gasdruckraum vorgesehen, der dem Widerlagerboden gegenüber durch einen um die Schwenkachse verdrehbaren Kolben nachgiebig verdämmt ist.

Dieser Kolben kann mit einer bogenförmig aus dem Gasdruckraum aus­ tretenden Kolbenstange verbunden sein, die unmittelbar mit der Schwenk­ konstruktion gekoppelt ist und somit aufgrund der Kolbenbewegung eine Drehbewegung der Schwenkkonstruktion um die Schwenkachse hervor­ ruft. Ein kompakterer Aufbau ergibt sich dagegen, wenn der Kolben und der Widerlagerboden des Gasdruckraumes radiale Begrenzungswände eines Hohlzylindersektors mit variablem Scheitelwinkel sind. Dann kann der Drehkolben als sektorförmiger Vorsprung im Innern einer hohlzylindrischen, radial-außenliegenden Wand des Gasdruckraumes ausgebildet sein und sich radial gegen eine im Querschnitt etwa halbkreisförmige Welle abstützen, die zugleich für diese ringförmige Wand eine koaxiale Drehführung darstellt. Je nach den konstruktiven Gegebenheiten kann dabei die Welle mit um die Schwenkachse verdreh­ barem Kolben stationär festgelegt sein, bei drehfester Verbindung der Schwenkkonstruktion mit dem Drehkolben bzw. mit der um die Schwenk­ achse verdrehbaren Wand des Gasdruckraumes; oder aber der (auch in diesem Falle sogenannte) Kolben mit seiner äußeren Druckraum-Wand ist konstruktiv festgelegt, und die Welle verdreht sich dem Kolben gegenüber um die Schwenkachse, wenn das Zünden eines Treibsatzes zum Aufbau eines Reaktionsgas­ druckes mit der Folge einer peripheren Vergrößerung des Gasdruckraumes führt.

Die erfindungsgemäße Lösung eines unmittelbar eine Drehbewegung hervorrufenden pyrotechnischen Kraftelementes ermöglicht somit die Realisierung eines Schwenkantriebes unmittelbar im Nabenbereich einer Schwenkkonstruktion, deren tragende Welle zugleich als Wider­ lagerbogen eines Gasdruckraumes mit Drehkolben dient; wobei der Drehkolben Bestandteil eines drehbeweglichen Gehäuses des Gasdruck­ raumes ist, das unmittelbar in Drehverbindung mit der Schwenkkonstruktion steht.

Natürlich erstreckt die Erfindung sich auch auf die kinematische Umkehr, also auf eine tragende Festlegung des hohlzylindrischen Gehäuses, dem gegenüber die um die Schwenkachse verdrehbare Welle, die drehstarr mit der Schwenkkonstruktion verbunden ist, dem Aufbau eines Reaktionsgasdruckes im Gasdruckraum nachgibt.

Zumindest die elektrisch ansteuerbare Zündpille für den Treibsatz des pyrotechnischen Kraftelementes ist zweckmäßigerweise im Innern der äußeren Druckraum-Wand angeordnet, vorzugsweise in den radial von dieser nach Innen vorstehenden Drehkolben eingebaut, damit für die Zuführung der Anschlußleitungen kein weiteres äußeres Konstruktions­ teil durchquert werden muß. Eine Bewegung der Zündpille relativ zum starr festgelegten Tragwelle des Kraftelementes ist unkritisch, da flexible Anschlußleitungen mit ausreichendem Bewegungsspielraum verlegt werden können. Außerdem werden die Anschlußleitungen ohnehin nur zum Anzünden des gasbildenden Treibsatzes benötigt, also nur unmittelbar vor Einsetzen der Bewegung des Drehkolbens.

Da ein solches Kraftelement nur einmalig in Funktion gesetzt werden kann, ist es also unkritisch, wenn in Ausübung dieser Funktion die Anschlußleitungen dann abgerissen werden.

Zusätzliche Alternativen und Weiterbildungen sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und, auch unter Berücksichtigung der Darlegungen in der Zusammen­ fassung, aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Wesentliche abstrahiert aber angenähert maß­ stabsgerecht dargestellten Realisierungsbeispiels für einen bevorzugten Einsatzfall der erfindungsgemäßen Lösung. Es zeigt:

Fig. 1 ein Kraftelement mit von einer Welle getragenem Dreh-Kolben

Fig. 2 die Anordnung gemäß Fig. 1 nach dem Auslösen des Kraftelementes und

Fig. 3 die Anordnung gemäß Fig. 1/Fig. 2 in Draufsicht.

Das elektrisch auslösbare pyrotechnische Kraftelement 71 dient dem Bewegen einer Schwenkkonstruktion 72 aus einer Ruhestellung (Fig. 1) in eine Arbeitsstellung (Fig. 2), ohne getriebetechnische Umsetzung einer linearen Kolbenbewegung über einen Zahnstangen-Zahnrad-Trieb in eine Drehbewegung des Schwenkkonstruktionsteiles 72 um die Schwenk­ achse 13. Stattdessen ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel ein pyrotechnisch um die Achse 73 verschwenkbarer Kolben 14 vorge­ sehen, der einen Gasdruckraum 75, nachgiebig relativ zu einem Wider­ lagerboden 16, verschließt. Dabei ist beim dargestellten Ausführungs­ beispiel der um die Achse 73 verschwenkbare Kolben 74 nicht die Stirnfläche einer etwa konzentrisch zur Schwenkachse 73 gebogenen und z.B. in einem Gasdruckraum-Deckel­ loch geführten, also aus einem Hohlzylinder bogenförmig herausfahrenden Kolbenstange; vielmehr ist zwischen dem Boden 76 und dem Drehkolben 14 ein im Axial-Querschnitt etwa kreisausschnittförmiger Gasdruckraum 75 ausgebildet, dessen parallel zur Kolbenbewegung orientierten Seitenwände einerseits konzentrisch um die Schwenkachse 13 und anderer­ seits quer zu dieser Achse 13 (also parallel zur Darstellung der Fig. 1/Fig. 2) verlaufen. Die Geometrie des Gasdruckraumes läßt sich also als Hohlzylinder-Sektor variablen Scheitelwinkels beschreiben, wobei dessen Grund- und Deckflächen die axiale Länge des Gasdruck­ raum-Gehäuses 77 (Fig. 3) begrenzen.

Vorzugsweise ist eine im Querschnitt etwa halbkreisförmige Welle 78 vorgesehen, die im dargestellten Beispielsfalle als stationär-tragendes Element für den Gasdruckraum 15 und für die Bewegungsführung des Drehkolbens 74 dient. Die im Querschnitt ringförmige, radial-außen­ liegende Wand 79 begrenzt das Kolben-Gehäuse 17 bzw. mit ihrer Innen­ mantelfläche 20 den Gasdruckraum 75 gegenüber der Welle 18. Als Führungsbogen 21 liegt die Wand 79 gegenüber dem sektoriell nach Innen, in Richtung auf die Schwenkachse 73 vorrangenden Drehkolben 74 gegen die Welle 78 an. Diesem äußeren Führungsbogen 21 der Welle 78 gegenüber stützt sich der Drehkolben 14 gegen eine koaxiale Aus­ buchtung 22, längs dieser verdrehbar, ab. Die Außenmantelfläche dieser Ausbuchtung 22 stellt damit die radial-innenliegenden Begrenzungs­ wand des Gasdruckraumes 75 dar, die bis auf eine Zylinder-Mantellinie zusammenschrumpfen kann, wenn der Kolben 14 genau gegen die Achse 13 anliegt.

Ein Drehmoment um die Schwenkachse 73 und damit eine Schwenkbewegung des Drehkolbens 74 relativ zur Welle 18 entsteht, wenn ein Treibsatz 23 gezündet wird und dadurch Reaktionsgase freigesetzt werden, deren Volumenzuwachs zum Aufbauen eines Gasdruckes im Gasdruckraum 15 zwischen dem Drehkolben 74 und der Welle 78 führt. Dadurch wird der Drehkolben 74 in Arbeitsrichtung 24 um die Achse 13 verschwenkt. Der Schwenkwinkel ist durch das Anwachsen des Gasvolumens gegeben und durch Anlage der Kolben-Rückseite 25 gegen die Welle 78 konstruktiv begrenzt. Bei konstruktiv festgelegter Welle 7 B und drehstarr mit der äußeren, auf der Welle 78 verdrehbaren Druckraum-Wand 79 ver­ bundener Schwenkkonstruktion 72 bewirkt also die Drehbewegung des Kolbens 74 unmittelbar die entsprechende Bewegung der Schwenkkonstruktion 72.

Für die Erzeugung der Reaktionsgase zum Aufbau des Druckes im Kolben­ raum 75 ist der Treibsatz 23 mittels einer elektrischen Zündpille 26 initiierbar, die über flexible Anschlußleitungen 27 ansteuerbar ist. Treibsatz 23 und Zündpille 26 müssen nicht als eine Baueinheit ausgeführt sein. Ein besonders kleinbauendes Drehbewegungs-Kraft­ element 17 ergibt sich, wenn gemäß Fig. 7 in Ruhestellung der Dreh­ kolben 14 so dicht vor dem Druckraum-Boden 76 positioniert ist, daß eine im Drehkolben 74 positionierte Zündpille 26 einen im Wider­ lagerboden 76 angeordneten Treibsatz 23 anzünden kann.

Claims (8)

1. Elektrisch auslösendes pyrotechnisches Kraftelement (71) zum Bewegen einer Schwenkkonstruktion (72) um eine Schwenkachse (13) mittels Reaktionsgasdruckes in einem Gasdruckraum (15) vor einem relativ zu einem Widerlagerboden (16) bewegbaren Kolben (14), dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (14) sich in einem etwa konzentrisch zur Schwenk­ achse (13) verlaufenden Gasdruckraum (15) bewegt.

2. Kraftelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdruckraum (75) als Hohlzylinder-Ausschnitt variablen Scheitelwinkels mit radial verlaufendem Kolben (14) und radial verlaufendem Widerlagerboden (16) ausgebildet ist.

3. Kraftelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (14) als radial vorspringender Sektor an der Innenmantelfläche eines ringförmigen Gehäuses (77) ausgebildet ist, das von einer im Querschnitt etwa halbkreisförmigen Welle (18) zwischen dem Vorsprung und der Innenmantelfläche des Gehäuses (17) koaxial zur Schwenkachse (73) geführt ist.

4. Kraftelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerlagerboden (16) an der Welle (18) ausgebildet ist.

5. Kraftelement nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die radial-innenliegende Begrenzungswand des Gasdruckraumes (15) durch die konzentrisch zur Schwenkachse (73) verlaufende Außenmantelfläche einer gegenüber dem Widerlagerboden (76) vor­ stehenden Ausbuchtung (22) ausgebildet ist, gegen die der Kolben (14) radial abgestützt ist.

6. Kraftelement nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit der koaxial um die Schwenkachse (73) verdrehbaren äußeren Wand (79) des Gasdruckraumes (15) die Schwenkkonstruktion (72) drehstarr verbunden ist.

7. Kraftelement nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kolben (74) eine elektrisch ansteuerbare Zündpille (26) und in dem Widerlagerboden (76) ein Treibsatz (23) für die Entwicklung der Reaktionsgase angeordnet ist.

8. Kraftelement nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kolben (74) ein Treibsatz (23) für die Entwicklung der Reaktionsgase für die Kolbenbewegung und im Widerlagerboden (76) eine elektrisch ansteuerbare Zündpille (26) für den Treibsatz (23) angeordnet ist.