DE60316830T2

DE60316830T2 - Notfalltürbetätigungssystem

Info

Publication number: DE60316830T2
Application number: DE60316830T
Authority: DE
Inventors: Günter Julius Pelz
Original assignee: Eaton Fluid Power GmbH; Eaton Corp
Current assignee: Eaton Fluid Power GmbH; Eaton Corp
Priority date: 2002-11-06
Filing date: 2003-11-06
Publication date: 2008-07-10
Anticipated expiration: 2023-11-07
Also published as: US7690153B2; ATE375293T1; EP1418121A1; WO2004041639A1; EP1558492B1; AU2003293662A8; AU2003293662A1; EP1558492A1; DE60316830D1; US20060010769A1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein neues und verbessertes Türbetätigungssystem für ein Fahrzeug, und genauer auf ein Notfalltürbetätigungssystem zur Verwendung bei einem Luft- und/oder Raumfahrzeug, das eine Fluidbetätigungsvorrichtung aufweist, welches in der bevorzugten Ausführungsform ein Fluidzylinder und ein Kolben ist, der in Wirkverbindung mit der Tür und dem Fahrzeug steht, um die Tür zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position zu bewegen und wobei ein Vorrat an Gas erzeugenden Chemikalien bereitgestellt wird, der bei seiner Betätigung rasch einen Vorrat an Gas erzeugt, der dem Fluidzylinder und Kolben zugeführt wird, um eine rasche Bewegung der Tür des Fahrzeugs zwischen einer geschlossenen Position und einer geöffneten Position zu bewerkstelligen.
Es sind Notfalltürbetätigungssysteme einschließlich solcher Systeme bekannt, die die Tür eines Luft- und/oder Raumfahrzeugs in einem Notfall rasch öffnen.
Ein bekanntes Notfalltürbetätigungssystem, das von Ratier-Figac of France hergestellt wird, verwendet einen Fluiddämpfer, einen Kolben und eine Zylinderbaugruppe, wobei die Baugruppe in Wirkverbindung zwischen dem Körper des Flugzeugs und der Tür steht. Ein Reservoir von unter Druck stehendem Stickstoff ist mit dem Fluidzylinder verbunden. Wenn die Öffnung der Tür in einem Notfall erwünscht ist, wird der unter Druck stehende Stickstoff von dem Reservoir freigesetzt und zu dem Fluidzylinder geführt, um rasch den Kolben zu bewegen und die Öffnung der Tür zu bewerkstelligen.
Das System vom Stand der Technik weist denjenigen Nachteil auf, dass das Hochdruckstickstoffreservoir im Flugzeug zu jedem Zeitpunkt gewartet werden muss. Das mit dem Hochdruckgasreservoir verbundene Gewicht fällt aufgrund der Konstruktion des Reservoirs, das dazu entworfen ist, ungefähr 150 cm³ Gas bei ungefähr 123 bar aufzubewahren, sowie aufgrund des Gewichts der Überwachungsausrüstung wesentlich aus, das zur Überwachung des Gasdrucks in dem Reservoir erforderlich ist. Die Alterung der Dichtungen und die Stickstoffleckage von dem Reservoir führen dazu, dass die Systeme vom Stand der Technik regelmäßig gewartet werden müssen, um sicherzustellen, dass immer Hochdruckstickstoff in dem Reservoir vorhanden ist, um in einem Notfall zum Öffnen der Tür verwendet werden zu können. Die Überwachung des Gasdrucks in dem Reservoir benötigt Instrumente, wodurch die Kosten und das Gewicht erhöht und Arbeitskosten erforderlich werden. Das Ersetzen von Gas in dem Reservoir macht zusätzliche Arbeitskosten erforderlich. Wenn der Stickstoffdruck infolge einer Leckage gering wird, kann das Flugzeug, in dem das Stickstoffreservoir angeordnet ist, so lange nicht geflogen werden, bis der Druck in dem Notfalltürbetätigungssystem wiederhergestellt ist. Daher wird ein Druckverlust in dem Notfalltürbetätigungssystem als ein "Ausschluss"-Kriterium für kommerzielle Luftfahrzeuge betrachtet, da es äußerst kostspielig ist, ein Flugzeug wegen Wartungsgründen am Boden zu halten, weshalb die Bereitstellung eines wartungsarmen Notfalltürbetätigungssystems mit niedrigem Gewicht erwünscht ist, das bei einem Luft- und/oder Raumfahrzeug und bei anderen Fahrzeugen verwendet werden kann.
Weiterhin ist aus DE 42 36 623 A1 und aus DE 41 24 377 C1 eine Vorrichtung zum Bewegen einer Tür eines Fahrzeugs zwischen einer von zwei Stellungen bekannt, wobei die Vorrichtung einen Fluidzylinder und einen Kolben aufweist, der dazu ausgelegt ist, in Wirkverbindung mit der Tür und dem Fahrzeug gebracht zu werden, wobei der Kolben eine erste Stellung und eine zweite Stellung hat, und wobei ein Vorrat an Gas erzeugenden Chemikalien sowie ein Initiator zum Initiieren der Gas erzeugenden Chemikalien vorhanden ist, damit die Chemikalien rasch einen Vorrat an Gas erzeugen und dieses erzeugte Gas dem Fluidzylinder zuführen, um den Kolben zwischen der ersten und der zweiten Stellung zu bewegen, damit eine Bewegung der in Wirkverbindung stehenden Tür bewerkstelligt wird.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Bewegen einer Tür eines Fahrzeugs zwischen einer von zwei Stellungen gemäß Anspruch 1 bereit. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung ein neues und verbessertes Türbetätigungssystem für ein Fahrzeug und genauer zur Verwendung an einem Luft- und/oder Raumfahrzeug bereit, das eine Sicherungs- und Scharfmachungseinheit aufweist, die eine Zündung des Initiatormaterials in dem Fall verhindert, wenn ein Teil des Initiatormaterials unbeabsichtigt entzündet worden ist, ohne die Sicherungs- und Scharfmachungseinheit zu aktivieren.
In der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung wird die Verwendung eines permanent unter Druck gesetzten Fluidreservoirs und der damit verbundenen Leckage von Gas, Alterung von Dichtungen, Wartung, Flugzeugausfallzeit, und dem damit verbundenen Gewicht beseitigt. Stattdessen wird in der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung eine wartungsfreie Betätigungsvorrichtung verwendet, die über einen Gasgenerator verfügt, um für eine Quelle von unter Druck stehendem Fluid zur Auslösung der Bewegung der Tür zu sorgen.
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann somit als eine Notfall-Türöffnungsvorrichtung zur Verwendung mit einem Luft- und/oder Raumfahrzeug verwendet werden, um die Tür des Fahrzeugs von ihrer geschlossenen Position zu einer geöffneten Position zu bewegen, wobei die Vorrichtung einen Fluidzylinder und einen Kolben aufweist, der in Wirkverbindung mit der Tür und dem Fahrzeug steht, um eine Bewegung der Tür relativ zu dem Fahrzeug von ihrer geschlossenen zu ihrer geöffneten Position zu bewerkstelligen, wobei der Fluidzylinder und der Kolben eine erste Position aufweisen, bei der die Tür geschlossen ist, sowie eine zweite Position, bei der die Tür geöffnet ist. Die Vorrichtung weist einen Vorrat an Gas erzeugenden Chemikalien auf, der, wenn er gezündet worden ist, betätigt werden kann, um rasch eine ausreichende Menge an Gas zu erzeugen und diese dem Fluidzylinder zuzuführen, damit der Fluidzylinder und der Kolben zu der zweiten Position zum Öffnen der Tür bewegt wird, sowie einen Initiator zum Zünden des Vorrats an Gas erzeugenden Chemikalien, eine Betätigungsvorrichtung zum Aktivieren des Initiators, um den Vorrat an Gas erzeugenden Chemikalien im Falle des Auftretens eines vorbestimmten Ereignisses zu zünden, sowie einen Sicherungs- und Scharfmachungsmechanismus, der zwischen dem Initiator und dem Vorrat an Gas erzeugenden Chemikalien angeordnet ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung eines Notfalltürbetätigungssystems, das gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.
2 ist eine Seitenquerschnittsansicht, welche die Konstruktion des Gasgenerators und die Betätigungsvorrichtung für ihn ausführlicher darstellt.
3A, 3B, 3C, 3D und 3E illustrieren schematisch die sequenzielle Bewegung des Türbetätigungssystems und die Bewegung der Tür, wenn sich der Fluidzylinder, der Kolben und die Gestängebaugruppen in Ansprechen auf die Betätigung des Gasgenerators von ihrer in 3A gezeigten Stellung, bei der die Tür geschlossen ist, zu ihrer in 3E dargestellten Stellung hin bewegen, bei der die Tür vollständig geöffnet ist.
4 ist eine schematische Illustration und zeigt die Verwendung einer Stromzufuhr wie z. B. einer Batterie zum Aktivieren der Gas erzeugenden Chemikalien.
5 ist eine schematische Darstellung ähnlich wie in 4, wobei ein piezoelektrisches Element zur Aktivierung des Vorrats an Gas erzeugenden Chemikalien verwendet wird.
6 ist eine schematische Illustration ähnlich wie in 4, wobei eine mechanisch betätigte explosive Zündladung dazu verwendet wird, die Aktivierung der Gas erzeugenden Chemikalien auszulösen.
7 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der eine sekundäre Kammer zum Auffangen des rasch erzeugten Gases und zum Freisetzen dieses Gases an den Fluidzylinder mit einer gesteuerten Rate verwendet wird und wobei ein Fluiddämpfer mit dem Kolben und dem Zylinder verbunden ist, um deren Bewegung abzudämpfen.
8 ist eine Darstellung ähnlich wie in 7, wobei das Diaphragma zum Abdichten der Gas erzeugenden Chemikalie anfänglich durch das rasch erzeugte Gas zerrissen wird und sich der Kolben in Ansprechen auf die Gaserzeugung bewegt.
9 ist eine Illustration ähnlich wie in 8, wobei das Diaphragma vollständig zerrissen wird.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Nun auf die Figuren und genauer auf die 1–3 Bezug nehmend ist eine schematische Darstellung der Notfalltürbetätigungsvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung illustriert. Obgleich die vorliegende Notfalltürbetätigungsvorrichtung 10 in Zusammenhang mit einem Luft- und/oder Raumfahrzeug und genauer mit einem bei 62 schematisch illustrierten Luftfahrzeug offenbart ist, könnte die vorliegende Vorrichtung auch zur Betätigung von Türen von anderen Fahrzeugtypen wie z. B. Eisenbahnen, LKWs oder Automobilen verwendet werden. Die Türbetätigungsvorrichtung 10 weist einen Gasgenerator 12 mit einem darin angeordneten Vorrat an Gas erzeugenden Chemikalien 24 auf. Eine Wartungsabdeckung 14 dichtet den Gasgenerator 12 ab und umfasst einen Initiator 26 sowie eine Sicherungs- und Scharfmachungseinheit 32. Wenn die Sicherungs- und Scharfmachungseinheit 32 und der Initiator 26 betätigt werden, stellt der Vorrat an Gas erzeugenden Chemikalien 24 rasch einen Vorrat an unter Druck stehendem Fluid bereit, das in der vorliegenden Ausführungsform ein Gas ist.
Ein Fluidzylinder 16 und ein Kolben 18 stehen mit dem Gasgenerator 12 in Wirkverbindung. Wenn der Gasgenerator 12 aktiviert wird, strömt das erzeugte Gas von dem Gasgenerator 12 durch einen Durchlass 20 in den Fluidzylinder 16, um rasch eine Bewegung des Kolbens 18 relativ zu dem Fluidzylinder 18 von seiner in 1 in durchgezogenen Linien dargestellten Position zu einer Position zu bewirken, die in 1 in gestrichelten Linien dargestellt ist. Ein Entlastungsventil 21 ist in dem Zylinder 16 vorgesehen, um Hochdruck von dem Fluidzylinder zu entlasten, nachdem sich der Kolben 18 zu seiner vollständig ausgefahrenen Position bewegt hat, die in den 2 und 3E in gestrichelten Linien dargestellt ist. Das Entlastungsventil 21 öffnet das Innere des Fluidzylinders 16 zur Atmosphäre, nachdem der Kolben 18 das Entlastungsventil 21 passiert hat, wenn er sich zu seiner in 1 in gestrichelten Linien dargestellten Position bewegt. Der Fluidzylinder 16 und der Kolben 18 stehen durch eine in 3 ausführlicher illustrierte Gestängebaugruppe 27 mit einer Tür 60 und mit einem Körper des Luft- und/oder Raumfahrzeugs 62 in Wirkverbindung. Wenn der Gasgenerator 12 betätigt wird, wird Hochdruckfluid in den Fluidzylinder 16 eingeleitet, um den Kolben 18 von dem Fluidzylinder 16 auszufahren und um, was ausführlicher in 3 dargestellt ist, eine Bewegung der Tür von einer in 3A dargestellten ersten Position, in der die Tür 60 geschlossen ist, zu einer zweiten Position hin zu bewirken, in der wie in 3E dargestellt die Tür geöffnet ist. Obgleich die vorliegende Ausführungsform der Erfindung eine Bewegung der Tür 60 von einer geschlossenen zu einer geöffneten Position bewirkt, sollte sich verstehen, dass es im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegt, die Tür 60 zu schließen statt sie zu öffnen, indem bewirkt wird, dass der Zylinder 16 und der Kolben 18 zurückgezogen wird, anstatt sich auszufahren, oder indem die Gestängebaugruppe 27 modifiziert wird.
Der in 2 ausführlicher dargestellte Gasgenerator 12 umfasst eine Kammer 22, in der ein Vorrat an Gas erzeugenden Chemikalien 24 angeordnet ist. Eine Dichtmembran 23 kann zwischen den Gas erzeugenden Chemikalien 24 und den Wänden der Kammer 22 für eine Abdichtung der Gas erzeugenden Chemikalien 24 angeordnet werden, damit deren Qualitätsverlust durch ein Aussetzen an Atmosphärenbedingungen vermieden wird. Ebenfalls wird ein Abdichtdiaphragma 52 in der Dichtkammer 22 bereitgestellt, um eine Kommunikation zwischen der Kammer und dem Durchlass 20 zu verhindern. Ein Initiator 26 ist zum Aktivieren der Gas erzeugenden Chemikalien 24 angeordnet. Wenn der Initiator 26 aktiviert wird, verbrennt rasch ein Initiatormaterial 28 und bewirkt eine Zündung der Gas erzeugenden Chemikalien 24. Eine in den 4–6 ausführlicher dargestellte Betätigungsvorrichtung ist zum Aktivieren des Initiators 26 in Ansprechen auf das Auftreten einer vorbestimmten Bedingung bereitgestellt.
Der Initiator 26 umfasst einen ersten Teil des Initiatormaterials 28 sowie einen zweiten Teil des Initiatormaterials 30, der mit Abstand zu dem ersten Teil des Initiatormaterials 28 angeordnet ist. Der zweite Teil 30 ist innerhalb der Kammer 22 benachbart zu den Gas erzeugenden Chemikalien 24 angeordnet. Wenn der zweite Teil des Initiatormaterials gezündet wird, bewirkt dessen Zündung ein Zünden der Gas erzeugenden Chemikalien 24.
Die Sicherungs- und Scharfmachungseinheit 32 weist ein Scharfmachungsbauteil 36 auf, das normalerweise den ersten Teil des Initiatormaterials 28 physikalisch von dem zweiten Teil des Initiatormaterials 30 abtrennt, wie dies in 2 illustriert ist. Die Sicherungs- und Scharfmachungseinheit 32 verhindert eine Zündung des Initiatormaterials 30 in dem Fall, dass der erste Teil des Initiatormaterials 28 unbeabsichtigt gezündet worden ist, ohne dass die Sicherungs- und Scharfmachungseinheit 32 aktiviert worden ist.
Ein Scharfmachungsbauteil 36, das normalerweise den ersten und den zweiten Teil des Initiatormaterials 28, 30 voneinander trennt, ist gleitbar innerhalb einer Bohrung 34 in der Abdeckung 14 des Gasgenerators 12 angeordnet. Das Scharfmachungsbauteil 36 weist einen quer verlaufenden Durchlass 38 auf, der für eine Verbindung des ersten Teils des Initiatormaterials 28 mit dem zweiten Teil des Initiatormaterials 30 sorgt, wenn die Sicherungs- und Scharfmachungseinheit 32 betätigt wird und das Scharfmachungsbauteil 36 zu der in 2 und dort in gestrichelten Linien dargestellten Position bewegt worden ist. Der quer verlaufende Durchlass 38 richtet sich mit dem ersten und dem zweiten Teil des Initiatormaterials 28, 30 aus, wenn die Sicherungs- und Scharfmachungseinheit 32 dazu betätigt wird, die Türbetätigungsvorrichtung 10 "scharf zu machen", indem das Scharfmachungsbauteil 36 von seiner in 2 in durchgezogenen Linien dargestellten Position zu seiner in 2 in gestrichelten Linien dargestellten Position bewegt wird. Die Sicherungs- und Scharfmachungseinheit 32 weist eine Betätigungsvorrichtung 50 zur Bewegung des Scharfmachungsbauteils 36 von seiner in durchgezogenen Linien dargestellten Position zu seiner in 2 in gestrichelten Linien dargestellten Position auf, wenn eine Betätigung der Notfalltürbetätigungsvorrichtung 10 erwünscht ist. Die Betätigungsvorrichtung 50 ist in einer Ausführungsform eine kleine Initiatorcharge, die bei einer Betätigung das Scharfmachungsbauteil 36 rasch von seiner in gestrichelten Linien dargestellten "scharfgemachten" Position bewegt. Allerdings sollte sich verstehen, dass auch andere Typen von Betätigungsvorrichtungen wie z. B. Solenoide, manuelle, pneumatische oder hydraulische Betätigungsvorrichtungen für eine Bewegung des Scharfmachungsbauteils 36 verwendet werden könnten. Wenn das Initiatormaterial 28 gezündet und das Scharfmachungsbauteil 36 nicht zu seiner "scharfgemachten" Position bewegt worden ist, wird das Teil 30 des Initiatormaterials nicht entzündet und das Gas erzeugende Material 24 wird nicht aktiviert werden.
Eine Steuereinheit 40 ist an der Wartungsabdeckung 14 des Gasgenerators 12 befestigt. Die Steuereinheit 40 umfasst ein Paar Leistungseingänge 42 für die Energiezufuhr zu der Steuereinheit 40 und zum Aktivieren des Initiators 26. Ein Paar Kontrolleingänge 44 zur Aufnahme von Signale von einer (nicht dargestellten) Betätigungsvorrichtung sind ebenfalls für die Steuereinheit 40 vorgesehen. Die (nicht dargestellte) Betätigungsvorrichtung kann ein manueller Schalter sein oder sie kann mit einem Sensor verbunden werden, um den Initiator 26 automatisch in Ansprechen auf ein Signal hin zu erregen, dass das Auftreten eines vorbestimmten Umstands wie z. B. einen Notfall anzeigt. Wenn ein Signal an den Kontrolleingängen 44 empfangen wird, das einen Notfall anzeigt, bei dem eine Betätigung der Notfalltürbetätigungsvorrichtung 10 erwünscht ist, wird ein Signal zu den Kontrolleingängen 44 geführt, um den Leitern 46 sequenziell Energie zuzuführen, damit die Sicherungs- und Scharfmachungseinheit 32 betätigt und anschließend die Leiter 48 mit Energie versorgt werden. Die Leiter 46 werden mit der Betätigungsvorrichtung 50 verbunden, die wenn sie erregt wird, das Scharfmachungsbauteil 38 von seiner in 2 in durchgezogenen Linien dargestellten Position zu seiner in 2 in gestrichelten Linien dargestellten "scharfgemachten" Position bewegt, bei der sich der quer verlaufende Durchlass 38 mit den ersten und zweiten Teilen 28, 30 des Initiators 26 ausrichtet. Anschließend werden die Leiter 48 zur Aktivierung des ersten Teils 28 des Initiatormaterials mit Energie versorgt. Diese Zündung des ersten Teils des Initiatormaterials 28 bewirkt, dass das Initiatormaterial 28 verbrennt und den zweiten Teil 30 des Initiatormaterials durch den Durchlass 38 zündet. Die Zündung des zweiten Teils 30 des Initiatormaterials bewirkt eine Zündung des Vorrats an Gas erzeugenden Chemikalien 24, die nach der Zündung rasch verbrennen, um einen Gasvorrat auszubilden, damit für das Öffnen der Tür 60 eine Bewegung des Zylinders 16 und des Kolbens 18 von der in 3A dargestellten Position zu der in 3E dargestellten Position bewerk stelligt wird. Wenn die Sicherungs- und Scharfmachungseinheit 32 nicht und der erste Teil des Initiatormaterials 28 unbeabsichtigt betätigt werden, verhindert das Scharfmachungsbauteil 36, das normalerweise die ersten und zweiten Teile des Initiatormaterials voneinander trennt, eine Zündung des zweiten Teils 30 des Initiatormaterials durch den ersten Teil des Initiatormaterials 28.
Ein Diaphragma 52 wird zum Abdichten des Durchlasses 20 und zum Abdichten des Vorrats an Gas erzeugenden Chemikalien 24 in der Kammer 22 verwendet, um eine Verunreinigung dieses Vorrats zu vermeiden. Nach der Betätigung des Gasgenerators 12 führt die Erzeugung von Gas durch die rasche Zündung des Vorrats an Gas erzeugenden Material 24 zu einer Erhöhung des Drucks in der Kammer 22 bis hin zu einem Pegel, bei dem das Diaphragma 52 reißt, um zu ermöglichen, dass der Vorrat an erzeugtem Hochdruckgas durch den Durchlass 20 zu dem Fluidzylinder 16 geführt wird.
Das sequenzielle Öffnen einer Tür 60 des Fahrzeugs 62 bei der Betätigung des Gasgenerators 12 ist in den 3A–3E offenbart. Die Gestängebaugruppe 27 verbindet den Fluidzylinder 16 und den Kolben 18 mit der Tür 60 und mit dem Körper des Fahrzeugs 62. Die Gestängebaugruppe 27 umfasst ein Gestänge 64, das den Zylinder 16 und den Kolben 18 mit der Tür 60 verbindet, und ein Gestänge 65, das den Fluidzylinder 16 und den Körper des Fahrzeugs 62 miteinander verbindet. Das Gestänge 64 verbindet den Fluidzylinder 16 und den Kolben 18 bei 68 und 70 schwenkbar mit der Tür 60, und das Gestänge 65 verbindet den Fluidzylinder 16 bei 76 schwenkbar mit der Struktur bzw. dem Körper des Fahrzeugs 62. Ein Paar Zwischenglieder 67 stützt die Tür 60 schwenkbar an dem Körper des Fahrzeugs 62 ab. Die Zwischenglieder 67 sind an einem Ende bei 68 jeweils schwenkbar mit der Tür 60 und an dem gegenüberliegenden Ende bei 72 schwenkbar mit dem Körper des Fahrzeugs 62 verbunden. Die Zwischenglieder 67 stützen die Tür 60 und ermöglichen eine Bewegung der Tür 60 zwischen ihrer geschlossenen und ihrer geöffneten Position, wobei sich verstehen sollte, dass auf Wunsch der Kolben 18 einfach dadurch mit dem Körper des Fahrzeugs 62 und der Tür 60 verbunden und der Zylinder 16 mit dem Körper verbunden werden könnte, dass der Kolben 18 und der Zylinder 18 umgekehrt werden würde.
In der bevorzugten Ausführungsform ist das Fahrzeug 62 ein Luft- und/oder Raumfahrzeug wie z. B. ein Flugzeug, obgleich sich verstehen sollte, dass auch die Türen von anderen Fahrzeugtypen von dem Notfalltürbetätigungssystem 10 betätigt werden könnten. Wenn die Tür 60 in ihrer in 3A dargestellten geschlossenen Position ist und das Notfalltürbetätigungssystem 10 aktiviert wird, wird der Gasgenerator 12 betätigt, um einen Durchfluss des Gases, das durch die Hochdruckgas erzeugenden Chemikalien 24 erzeugt worden ist, durch den Durchlass 20 in den Zylinder 16 zu bewerkstelligen. Wenn Gas in den Zylinder 16 eintritt, bewegt sich der Kolben 18 nach rechts, wie in 1 dargestellt, um die Baugruppe aus dem Zylinder 16 und dem Kolben 18 zu verlängern, damit ein Öffnen der Tür 60 ausgelöst wird, wie dies in 3B offenbart ist. Eine weitere Strömung von Fluid von dem Gasgenerator 12 in den Zylinder 16 bewirkt ein weiteres Ausfahren des Kolbens 18 aus dem Zylinder 16 und bewirkt die Bewegung der Tür 60 durch die Gestänge 64, 65 von seinen in der 3C und 3D dargestellten Position zu ihrer in 3E dargestellten vollständig geöffneten Position.
Die 4–6 stellen verschiedene Anordnungen zum Aktivieren des Initiators 26 dar. 4 offenbart die Verwendung eines elektrischen Brückendrahts 80, der in den ersten Teil 28 des Initiatormaterials eingebettet ist. Eine Batterie 82 kann über dem Brückendraht 80 angeschlossen werden, indem ein Schalter bzw. eine Betätigungsvorrichtung 84 geschlossen wird. Wenn die Batterie 82 über den Brücken draht 80 verbunden ist, erhitzt sich der Brückendraht in einer wohlbekannten Weise, um das Initiatormaterial 28 zu zünden, damit eine Zündung der Gas erzeugenden Chemikalien 24 erreicht wird (unter der Voraussetzung, dass die Sicherungs- und Scharfmachungseinheit 32 in ihre scharfgemachte Position bewegt worden ist), um so die Tür 60 zwischen ihrer geschlossenen und ihrer geöffneten Position zu bewegen.
5 illustriert schematisch die Verwendung einer piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung 90 zum Unter-Strom-Setzen des Brückendrahts 80 und zum Auslösen einer Zündung des Initiators 26. Die piezoelektrische Betätigungsvorrichtung 80 umfasst eine Betätigungsvorrichtung 86, die wie in 5 dargestellt nach links gegen die Kraft der Feder 87 durch die Schwenkbewegung eines Hebels 88 um einen Schwenkpunkt 89 herum bewegt wird. Wenn die Feder 87 durch eine Bewegung des Hebels 88 zusammengedrückt wird, wird der Hebel 88 freigegeben und die Feder 87 spannt das Betätigungsbauteil 86 in einen Eingriff mit einem piezoelektrischen Kristall 92 bin. Wenn die Betätigungsvorrichtung 86 auf den piezoelektrischen Kristall bzw. das Material 92 auftrifft, bildet das piezoelektrische Material eine Ladung aus, die durch den Brückendraht 80 fließt, um ihn zu erwärmen und die Zündung des ersten Teils des Initiatormaterials 28 zu bewirken. Wenn die Sicherungs- und Scharfmachungseinheit 32 betätigt worden ist, entzündet der erste Teil des Initiatormaterials 28 den zweiten Teil des Initiatormaterials 30, um die Gas erzeugenden Chemikalien 24 zu zünden. Die Bewegung des Hebels 88 kann durch eine manuelle Bewegung oder durch eine (nicht dargestellte) elektromechanische Betätigungsvorrichtung in Ansprechen auf einen Notfall ausgelöst werden, bei dem eine rasche Öffnung der Tür 60 erwünscht ist.
6 offenbart die Verwendung einer explosiven Zündladung 100 zur Zündung des Initiators 26, damit die Gas erzeugenden Chemikalien 24 entzündet werden. Ein Hammer 102 kann durch einen Hebel 103 entgegen der Vorspannkraft einer Feder 104 bewegt werden. Wenn der Hebel 103 freigegeben wird, spannt die Feder 104 den Hammer 102 zu der Zündladung 100 hin vor, um die Zündladung 100 und den ersten Teil des Initiatormaterials 28 zu zünden, damit eine Zündung der Gas erzeugenden Chemikalien 24 bewerkstelligt wird. Der Hebel 103 kann manuell, hydraulisch oder elektromechanisch in Ansprechen auf einen vorbestimmten Zustand wie z. B. dem Auftreten eines Notfalls betätigt werden, bei dem das Öffnen der Tür 60 erwünscht ist. In jeder der in den 4–6 offenbarten Betätigungsvorrichtungen hat der Anwender die Wahl zwischen einem manuellen Aktivieren der Betätigungsvorrichtung und einem automatischen Aktivieren der Betätigungsvorrichtung in Ansprechen auf das Auftreten eines vorbestimmten Umstands wie z. B. eine Geschwindigkeitsveränderung, ein Feuer oder ein Temperaturanstieg auf einen vorbestimmten Pegel.
Die Gas erzeugenden Chemikalien 24 können dahingehend ausgewählt werden, verschiedene Typen von Gasen wie z. B. Stickstoff oder CO₂ zu entwickeln. Vorzugsweise ist das erzeugte Gas inert wie z. B. Stickstoff, um jegliche Reaktion mit dem erzeugten Gas zu vermeiden. Durch die Steuerung der Zusammensetzung, der Form und des Volumens der Gas erzeugenden Chemikalien 24 können das Volumen, der Druck und die Erzeugungsgeschwindigkeit des Gases gesteuert werden.
Es besteht eine große Anzahl an unterschiedlichen chemischen Eigenschaften, die für die Gas erzeugenden Chemikalien 24 verwendet werden können. Augenscheinlich ist dabei ein Ausgang erwünscht, der weder giftig noch entflammbar, strahlend, karzinogen ist oder einen schlechten Geruch aufweist. Ein Beispiel lautet wie folgt:
Die chemische Hauptkomponente für die Gas erzeugenden Chemikalien 24 kann Natriumazid (NaN₃) zusammen mit KNO₃ und SiO₂ sein. In dem Gasgenerator 12 wird ein Gemisch aus NaN₃, KNO₃ und SiO₂ durch einen elektrischen Impuls entzündet, der eine relativ langsame Art von Detonation bewirkt, die als "Deflagration" bezeichnet wird und ein vorberechnetes Volumen an Stickstoffgasen freisetzt. 2NaN₃ → 2Na + 3N₂
Das Natriumnebenprodukt dieser Reaktion und das Kaliumnitrat erzeugen zusätzlichen Stickstoff in einer zweiten Reaktion. 10Na + 2KNO₃ → K₂O + 5Na₂O + N₂
Diese beiden Reaktionen hinterlassen Kaliumoxid und Natriumoxid, die mit der dritten Verbindung des Gemisches, Siliziumdioxid, reagieren und alkalisches Silikat ("Glas") ausbilden, dass eine sichere, stabile und nicht entzündliche Verbindung ist. K₂O + Na₂O + SiO₂ → alkalisches Silikat (Glas)
Die Menge an Gas erzeugenden Chemikalien, die zum Öffnen der Tür 62 notwendig ist, beträgt in dem vorliegenden Beispiel der Notfalltürbetätigungsvorrichtung ungefähr 50 g Natriumazid plus die weiteren Bestandteile. Ebenfalls sind einige Milligramm an Initiator oder Initiatormaterial 28 erforderlich. Von der Masse der Gas erzeugenden Chemikalien 24 wird ungefähr die Hälfte als Gas und die andere Hälfte als Glas gewonnen. Die Temperatur für die Zersetzung des Natriumazids beträgt 275°C. Die tatsächliche Temperatur des Gases zum Zeitpunkt der Zündung ist eine Funktion von sowohl der Konfiguration wie von dem zu erzeugenden Druck. Die 50 g Natriumazid erzeugen etwa 18 l Stickstoff (Standardbedingungen) bei einem erforderlichen Druck von 1800 psi (ungefähr 123 bar).
In einer in den 7, 8 und 9 illustrierten Ausführungsform der Erfindung kann eine Akkumulationskammer 110 zum Einfangen des von den Gas erzeugenden Chemikalien 24 erzeugten Gases verwendet werden, wenn die Gas erzeugenden Chemikalien 24 rasch entzündet worden sind. Die Akkumulationskammer 110 sammelt das von den Gas erzeugenden Chemikalien 24 rasch erzeugte Gas und gibt das Gas bei gesteuerter Rate und Druck durch den Durchlass 20 ab, um die Gasströmung in den Fluidzylinder 16 zu steuern, damit die Geschwindigkeit gesteuert wird, mit der sich die Tür 60 zwischen ihrer geöffneten und geschlossenen Position bewegt.
Da die Erzeugung und Verwendung des Gases nicht vollkommen synchron verlaufen, ermöglicht es das Akkumulationsvolumen 110, dass Gas gesammelt und mit der notwendigen Rate freigesetzt werden kann. Für einige Anwendungen kann auch eine nicht dargestellte Druckminderungsanordnung notwendig sein, um die Ausgangskräfte zu begrenzen. Als Sicherheitsmerkmal ist ein Entlastungsventil 112 vorgesehen, das den Inhalt der Leitung 20 in dem Fall an die Atmosphäre ablässt, wenn der Druck in der Leitung 20 einen vorbestimmten Stellwert erreicht.
Ein Dampfer kann zur Begrenzung der Geschwindigkeit des Kolbens 18 bereitgestellt werden. Als eine von vielen möglichen Konfigurationen ist in 7 ein koaxialer Dämpfer dargestellt. Wenn sich während des Betriebs der Kolben 18 wie in 7 gezeigt nach rechts bewegt (ausfahrender Vorgang), wird das Fluid in dem Dämpfer durch ein Ventil 118 gedrückt, um eine Geschwindigkeit zu erzeugen, die mit der entgegenwirkenden Kraft auf den Kolben 18 in Beziehung steht. Das Ventil 118 sorgt für eine eingeschränkte Fluidströmung von der Dämpfungskammer 122 durch eine begrenzte Öffnung 126. Ein Ventil 116 ermöglicht es, dass Fluid ohne Kavitationsbildung in eine gegenüberliegende Dämpfungskammer 120 gezogen werden kann. Wenn sich daher der Kolben 18 unter dem Einfluss des Gasgenerators 12 bewegt, wird die Bewegung des Kolbens 18 durch den eingeschränkten Durchfluss des Dämpfungsfluids von der Kammer 122 zu der Kammer 120 durch die Ventile 118 und 116 gedampft, wobei diese Ventile jeweils eine begrenzte Öffnung und ein parallel federvorgespanntes Rückschlagventil aufweisen. Das Ventil 118 sorgt für einen dosierten Durchfluss von Dämpfungsfluid von der Kammer 122 durch die begrenzte Öffnung 126 und für einen Durchfluss von Dämpfungsfluid in die Kammer 120 durch ein federvorgespanntes Rückschlagventil 130 und eine begrenzte Öffnung 124. In der entgegengesetzten Richtung arbeitend (Einfahren), stellt das Ventil 116 einen dosierten Fluiddurchfluss von der Kammer 120 durch die begrenzte Öffnung 124 und einen Durchfluss von Dämpfungsfluid in die Kammer 122 durch das federvorgespannte Rückschlagventil 128 bereit. Die Ventile 116 und 118 steuern den Durchfluss von Dämpfungsfluid zwischen den Dämpfungskammern 120 und 122, wenn sich der Kolben 18 zwischen seiner ausgefahrenen und zurückgezogenen Position relativ zu dem Zylinder 16 bewegt.
Ein federbelastetes Fluidreservoir 140 ermöglicht Volumenveränderungen in dem Dämpfer 114 sowie Temperaturveränderungen. Weiterhin ist ein Spielraum für Leckage in dem Reservoir 140 vorgesehen.
Eine Feder 142 spannt den Kolben 144 gegen das in dem Reservoir 140 vorhandene Dämpfungsfluid hin vor, um einen unter Druck stehenden Vorrat an Dämpfungsfluid bereitzustellen, der die Volumenveränderungen in dem Dämpfer und dem Dämpfungsfluid aufgrund von Temperaturveränderungen, Leckage oder anderen Variablen auszugleichen. Eine zusätzliche Dämpfungsanordnung kann bereitgestellt werden, um jeden Endbereich des Hubs der Betätigungsvorrichtung zu dämpfen. Dies könnte insbesondere für das ausgefahrene Ende zutreffen, wenn die Notfallbetätigung einsetzt.
Aus dem Obigen sollte sich verstehen, dass eine neue und verbesserte Vorrichtung 10 zum Bewegen der Tür 60 eines Fahrzeugs 62 zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Position offenbart wird. Die Vorrichtung 10 umfasst einen Fluidzylinder 16 sowie einen Kolben 18, der für eine Wirkungsverbindung mit der Tür 60 und dem Fahrzeug 62 ausgelegt ist, wobei der Kolben eine erste Position aufweist, bei der die Tür des Fahrzeugs geschlossen ist, sowie eine zweite Position, bei der die Tür des Fahrzeugs geöffnet ist. Es wird ein Vorrat an Gas erzeugenden Chemikalien 24 und eine Betätigungsvorrichtung zum Initiieren des Vorrats an Gas erzeugenden Chemikalien 24 bereitgestellt. Die Betätigungsvorrichtung kann ein Brückendraht 80 sein, der durch eine Energiequelle wie z. B. eine Batterie 82 mit Energie versorgt wird, eine piezoelektrische Vorrichtung 80 oder eine Zündladung 100, die zum Auftreffen gebracht wird, um eine Zündung des Initiators 26 zu bewirken. Wenn die Gas erzeugenden Chemikalien 24 entzündet werden, erzeugen die Chemikalien rasch einen Gasvorrat, der dem Fluidzylinder 16 zugeführt wird, um den Kolben zwischen seiner ersten und seiner zweiten Position zu bewegen, um eine Bewegung der Tür 60 zwischen ihrer geschlossenen und ihrer geöffneten Position zu bewirken.
Ebenso ist ersichtlich, dass die Gas erzeugende Baugruppe nicht mit einer Baugruppe aus einem linearen Kolben und einem Zylinder verbunden werden muss, sondern sie könnte auch mit einer Drehbetätigungsvorrichtung bzw. einem Drehbetätigungsmotor in Verbindung gebracht werden. Das Gas, das durch die Gas erzeugenden Chemikalien erzeugt wird, könnte zum Antreiben eines luftbetriebenen Motors verwendet werden, wobei ein Drehausgang durch den Getriebemechanismus in Verbindung gebracht wird, der zum Öffnen und Schließen einer Tür verwendet werden könnte.

Claims

Vorrichtung zum Bewegen einer Tür (60) eines Fahrzeugs (62) zwischen einer von zwei Positionen, wobei die Vorrichtung versehen ist mit einen Fluidzylinder (16) und einem Kolben (18), der für eine Wirkungsverbindung mit der Tür und dem Fahrzeug ausgelegt ist, wobei der Kolben eine erste Position und eine zweite Position aufweist, einem Vorrat an Gas erzeugenden Chemikalien (24) und einem Initiator (26) zum Initiieren der Gas erzeugenden Chemikalien (24), um dafür zu sorgen, dass die Chemikalien rasch einen Gasvorrat erzeugen und das erzeugte Gas zu dem Fluidzylinder (16) bringen, um den Kolben (18) zwischen der ersten und der zweiten Position zu bewegen, wobei die Vorrichtung ferner versehen ist mit einem Sicherungs- und Scharfmachungsmechanismus (32), der zwischen dem Initiator und dem Vorrat an Gas erzeugenden Chemikalien (24) angeordnet ist und ein Scharfmachungsbauteil (36) aufweist, das über eine sichere Position verfügt, in welcher das Scharfmachungsbauteil zwischen dem Initiator und dem Vorrat an Gas erzeugenden Chemikalien angeordnet ist, um eine Initiierung des Vorrats an Gas erzeugenden Chemikalien zu verhindern, falls der Initiator aktiviert ist, sowie einer scharf gemachten Position, in welcher das Scharfmachungsbauteil (36) eine Zündung des Vorrats an Gas erzeugenden Chemikalien bei einer Aktivierung des Initiators erleichtert, um ausreichend Gas zu erzeugen, um den Kolben (18) zwischen der ersten und der zweiten Position zu bewegen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 zum Bewegen einer Tür (60) eines Fahrzeugs (62) zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position, ferner versehen mit einer ersten und einer zweiten Gestängebaugruppe (27, 65), von denen eine dafür ausgelegt ist, den Fluidzylinder mit entweder dem Fahrzeug oder der Tür zu verbinden, und die andere ausgelegt ist, den Kolben (60) mit dem jeweils anderen Element von Tür oder Fahrzeug zu verbinden, wobei die erste und die zweite Gestängebaugruppe ausgelegt sind, mit der Tür, dem Kolben (18) und dem Fluidzylinder (16) zusammen zu wirken, um in Ansprechen auf eine Initiierung des Vorrats an Gas erzeugenden Chemikalien (24) die Tür zwischen den beiden Positionen zu bewegen.
Vorrichtung zum Bewegen einer Tür eines Fahrzeugs zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, bei welcher die Gas erzeugenden Chemikalien eine feste Chemikalie umfassen, die bei ihrer Initiierung rasch ein vorbestimmtes Volumen von Gas innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer erzeugt, die von der Zusammensetzung der Gas erzeugenden Chemikalie, dem Volumen der Gas erzeugenden Chemikalie und der Form der Gas erzeugenden Chemikalie abhängt.
Vorrichtung zum Bewegen einer Tür eines Fahrzeugs zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Initiator zum Initiieren des Vorrats an Gas erzeugenden Chemikalien (24) einen Brückendraht (80) umfasst, um eine Zündung des Vorrats der Gas erzeugenden Chemikalien auszulösen, wobei der Brückendraht bei Erregung eine Zündung des Vorrats an Gas erzeugenden Chemikalien (24) bewirkt, um rasch ein vorbestimmtes Volumen an Gas zu erzeugen, um den Fluidzylinder (16) und den Kolben (18) zwischen der ersten und der zweiten Position zu bewegen.
Vorrichtung zum Bewegen einer Tür eines Fahrzeugs zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position gemäß Anspruch 4, bei welcher die Energiequelle zum Erregen des Brückendrahts (80) eine piezoelektrische Vorrichtung (90) umfasst, die mit dem Brückendraht (80) verbunden ist und bei Betätigung eine ausreichende Menge an elektrischer Energie erzeugt, um den Brückendraht zu erregen, um eine Zündung des Vorrats an Gas erzeugenden Chemikalien (24) zu bewirken, um das vorbestimmte Volumen an Gas zu erzeugen, um den Fluidzylinder (16) und den Kolben (18) zwischen der ersten und der zweiten Position zu bewegen.
Vorrichtung zum Bewegen einer Tür eines Fahrzeugs zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Initiator (26) zum Initiieren des Vorrats an Gas erzeugenden Chemikalien (24) eine explosive Zündladung (100) umfasst, um eine Zündung des Vorrats an Gas erzeugenden Chemikalien zu bewirken, wenn die Zündladung zur Detonation gebracht wird, um eine Zündung des Vorrats an Gas erzeugenden Chemikalien zu bewirken, um ein vorbestimmtes Volumen an Gas zu erzeugen, um den Fluidzylinder (16) und den Kolben (18) zwischen der ersten und der zweiten Position zu verlagern.
Vorrichtung zum Bewegen einer Tür eines Fahrzeugs zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Initiator (26) in nächster Nähe zu dem Vorrat an Gas erzeugenden Chemikalien (24) und einer Vorrichtung zum Aktivieren des Initiators angeordnet ist, und wobei eine Betätigung der Vorrichtung den Initiator betätigt, der rasch den Vorrat an Gas erzeugenden Chemikalien zündet, um eine ausreichende Gasmenge zu erzeugen, um den Fluidzylinder (16) und den Kolben (18) zwischen der ersten und der zweiten Position zu verlagern.
Vorrichtung zum Bewegen einer Tür eines Fahrzeugs zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner versehen mit einer zwischen dem Fluidzylinder (16) und den Gas erzeugenden Chemikalien angeordneten Fluidkammer (110), um das durch die Gas erzeugende Chemikalie erzeugte Gas aufzunehmen und mit einem gesteuerten Volumen und Druck an den Fluidzylinder abzugeben.
Vorrichtung zum Bewegen einer Tür eines Fahrzeugs zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der durch die Gas erzeugenden Chemikalien erzeugte Gasvorrat inert ist.
Vorrichtung zum Bewegen einer Tür eines Fahrzeugs zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Initiator (26) in Abstand angeordnete erste (28) und zweite (30) Teile eines leicht entzündlichen Materials aufweist, wobei der zweite Teil (30) in nächster Nachbarschaft zu dem Vorrat von Gas erzeugenden Chemikalien (24) angeordnet und betätigbar ist, um den Vorrat an Gas erzeugenden Chemikalien zu initiieren, wenn der erste Teil (28) des leicht entzündlichen Materials gezündet wird, und wenn sich das Scharfmachungsbauteil (26) in der scharf gemachten Position befindet.
Vorrichtung zum Bewegen einer Tür eines Fahrzeugs zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position gemäß Anspruch 10, bei welcher der Sicherungs- und Scharfmachungsmechanismus (32) ein Scharfmachungsbauteil (36) aufweist, welches darin einen Durchlass aufweist, der für eine Fluidverbindung zwischen dem ersten (28) und dem zweiten (30) Teil des leicht entzündlichen Materials des Initiators (26) sorgt, wenn das Scharfmachungsbauteil in der scharf gemachten Position steht, und welches eine Fluidverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Teil des leicht entzündlichen Materials des Initiators verhindert, wenn sich das Scharfmachungsbauteil in der sicheren Position befindet.
Vorrichtung zum Bewegen einer Tür eines Fahrzeugs zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die erste Position eine geschlossene Position ist und die zweite Position eine geöffnete Position ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, bei welcher die erste Position eine Türöffnungsposition ist und die zweite Position eine Türschließungsposition ist.