DE69205807T2

DE69205807T2 - Seriensteuervorrichtung mit pyrotechnischer Abreissschnur.

Info

Publication number: DE69205807T2
Application number: DE69205807T
Authority: DE
Inventors: Alain Dolivet
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1991-12-06
Filing date: 1992-11-30
Publication date: 1996-03-28
Anticipated expiration: 2012-12-01
Also published as: EP0545799B1; US5285728A; FR2684756A1; FR2684756B1; DE69205807D1; EP0545799A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich entsprechend der Einleitung von Anspruch 1 auf eine Vorrichtung zur sukzessiven Steuerung. Eine derartige Vorrichtung ist zum Beispiel in Dokument EP-A-0 296 053 beschrieben.
Die Vorrichtung hat speziell den Zweck, mit Hilfe einer pyrotechnischen Schnur, die durch geeignete Auslösungsmittel in Brand gesetzt wird, mindestens einen technischen Vorgang oder eine technische Funktion zu steuern.
Dazu ist die Vorrichtung zur sukzessiven Steuerung mit mindestens einer pyrotechnischen Schnur und Mitteln zur Auslösung der Funktion der pyrotechnischen Schnur erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens ein Bauelement aus einer Formgedächtnislegierung mit zwei stabilen Zuständen, das längs der pyrotechnischen Schnur angeordnet ist, umfaßt, wobei das Bauelement einen nachfolgenden Vorgang steuern kann, wenn es durch die Wärme, die von der pyrotechnischen Schnur bei deren Auslösung abgegeben wird, von dem einen seiner beiden stabilen Zustände, in dem das Bauelement eine neutrale Stellung einnimmt, in seinen anderen stabilen Zustand, in dem es eine aktive Stellung einnimmt, übergeht.
Damit wird die von der pyrotechnischen Schnur erzeugte Wärmeenergie genutzt, um die Zustandsänderung des aus einer Formgedächtnislegierung bestehenden Bauelements zu bewirken und dann einen nachfolgenden Vorgang zu steuern, der mechanischer, elektrischer oder anderer Natur sein kann.
Bekanntlich haben Formgedächtnislegierungen die Besonderheit, daß sie im festen Zustand zwei kristalline Gefüge (das eine in der austenitischen, das andere in der martensitischen Phase) aufweisen, die jeweils in zwei unterschiedlichen Temperaturbereichen stabil sind, welche je einer spezifischen Phase des kristallinen Gefüges der Legierung entsprechen und durch einen sogenannten Übergangstemperatur-Zwischenbereich getrennt sind. Damit kann das aus einer solchen Legierung hergestellte Bauteil in Abhängigkeit von der Temperatur reversibel zwei unterschiedliche stabile Formen annehmen. Diese Legierungen sind beispielsweise metallische Legierungen, entsprechend dem Anwendungsfall Nickel-Titan- oder Kupfer- Zink-Aluminium-Legierungen.
Um aus einer solchen Legierung ein Bauteil mit diesen Eigenschaften zu erhalten, besteht das Verfahren darin, daß das Bauteil zum Beispiel mit einer ersten Form, wenn sich das kristalline Gefüge in der austenitischen Phase befindet, in dem dieser Phase entsprechenden Temperaturbereich hergestellt wird, und dann abgekühlt wird, wobei der Übergangstemperaturbereich bis zum Temperaturbereich der martensitischen Phase überschritten und diesem zur Verleihung einer zweiten Form eine spezifische Beanspruchung aufgegeben wird. Nach Rückkehr auf Umgebungstemperatur behält das Bauteil unter Rückgewinnung seiner mechanischen Eigenschaften diese zweite Form bei. Durch eine Temperaturerhöhung über den Übergangsbereich hinaus kann das Bauteil von seiner zweiten Form wieder in die erste Ausgangsform übergehen.
In einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel wirkt das aus einer Formgedächtnislegierung hergestellte Bauelement beim Übergang in seinen stabilen Zustand, der seiner aktiven Stellung entspricht, auf elektrische Kontaktmittel ein, die die Steuerung des nachfolgenden Vorgangs ermöglichen. Die durch die Zustandsänderung erzeugte Verformung des Bauelements kann in diesem Fall somit dazu dienen, in einer geeigneten Schaltung eine elektrische Verbindung herzustellen und den Vorgang auszulösen.
In einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel wirkt das aus einer Formgedächtnislegierung hergestellte Bauelement beim Übergang in den stabilen Zustand, der seiner aktiven Stellung entspricht, zur Steuerung des nachfolgenden Vorgangs auf mechanische Mittel ein. In diesem Fall kann das Bauelement durch seine Zustands- und damit durch seine Formänderung eine mechanische Vorrichtung freigeben.
Vorteilhafterweise ist eine Vielzahl von Bauelementen aus einer Formgedächtnislegierung in bestimmten Abständen längs der pyrotechnischen Schnur angeordnet, die jeweils, wenn sie nacheinander durch die von der pyrotechnischen Schnur fortschreitend abgegebene Wärme in ihre aktive Stellung übergehen, einen nachfolgenden Vorgang steuern. Damit wird eine Vorrichtung geschaffen, durch die mit Hilfe einer pyrotechnischen Schnur eine Kettenreaktion aufeinanderfolgender technischer Vorgänge mechanischer, elektrischer und anderer Art zu genau bestimmten Zeitpunkten gesteuert werden kann, die von der Art des Chemiesatzes der Schnur und von der Länge der Schnur zwischen dem Ausgangspunkt und den verschiedenen Bauelementen abhängig sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsart hat das Bauelement die Form einer Leiste, die mit der pyrotechnischen Schnur in Kontakt steht. Außerdem ist der Querschnitt der Leiste polygonal. Damit zeigt sich die außergewöhnlich einfache Ausführung der Leisten.
Vorzugsweise befindet sich die pyrotechnische Schnur in einer Aussparung eines Bauteils, in der auch das Bauelement aus der Formgedächtnislegierung angeordnet ist. Speziell befindet sich das Bauelement zwischen dem Boden der Aussparung und der pyrotechnischen Schnur.
Außerdem können die Mittel zur Auslösung der pyrotechnischen Schnur eine Stromversorgung haben, die mit einem chemischen Zündsatz verbunden ist, der mit einem chemischen Erhitzungssatz in Kontakt steht, welcher mit der pyrotechnischen Schnur verbunden ist. Bei der pyrotechnischen Schnur handelt es sich um eine Verzögerungsschnur, die aus einem langsamen chemischen Schmelzsatz in einem Metallmantel besteht.
Die Figuren der angefügten Zeichnung erleichtern das Verständnis dafür, wie die Erfindung verwirklicht werden kann. In diesen Figuren sind ähnliche Bauelemente mit identischen Bezugsnummern bezeichnet.
Figur 1 ist eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung.
Figur 2 zeigt ein spezielles Beispiel der Anbringung an einem Bauteil der Vorrichtung, deren Bauelement aus der Formgedächtnislegierung eine neutrale Stellung einnimmt.
Figur 3 ist ein Querschnitt nach Linie III-III von Figur 2.
Figur 4 ist eine Ansicht analog Figur 2, bei der das Bauelement der Vorrichtung jedoch eine aktive Stellung einnimmt, in der ein nachfolgender Vorgang gesteuert werden kann.
Figur 5 ist ein Querschnitt nach Linie V-V von Figur 4.
Die schematisch in Figur 1 veranschaulichte Steuervorrichtung 1 hat eine pyrotechnische Schnur 2 und Mittel 3 zur Auslösung der Funktion der Schnur. In diesem besonderen Ausführungsbeispiel der Vorrichtung handelt es sich bei der pyrotechnischen Schnur 2 um eine "Verzögerungs"-Schnur, die damit aus einem an sich bekannten langsamen chemischen Schmelzsatz 4 in einem Mantel 5 besteht. Dieser ist vorzugsweise metallisch und besteht zum Beispiel aus Zinn oder Blei oder einem ähnlichen Material mit niedrigem Schmelzpunkt.
Die Auslösungsmittel 3 umfassen insbesondere einen chemischen Zündsatz 6 und einen chemischen Erhitzungssatz 7, die nebeneinander in einem Gehäuse 8 angeordnet sind. Durch den Zündsatz 6 verläuft außerdem ein Draht 9A eines elektrischen Stromkreises 9, der von außen gesteuert wird, während sich das vordere Ende 2A der pyrotechnischen Schnur 2 im Erhitzungssatz 7 befindet.
Wenn an den elektrischen Stromkreis 9 eine Spannung angelegt wird, wird der Draht 9A folglich aufgeheizt, der bewirkt, daß der Zündsatz 6 in Brand gesetzt wird, der seinerseits bewirkt, daß der Erhitzungssatz 7 gezündet wird. Dieser wiederum gewährleistet, daß der langsame Schmelzsatz 4 der pyrotechnischen Schnur in Brand gesetzt wird. Zur Steuerung der Schnurzündung könnte natürlich auch jede andere Art von Mitteln 3 vorgesehen werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung hat die Vorrichtung 1 eine Vielzahl von Bauelementen 10, die aus einer Formgedächtnislegierung mit zwei stabilen Zuständen hergestellt und in bestimmten Abständen zueinander an der pyrotechnischen Schnur 2 angeordnet sind. Beispielsweise wurden in Figur 1 zwei Bauelemente 10 dargestellt, die mit dem Mantel 5 der Schnur in Kontakt stehen.
Diese Bauelemente 10, die aus einer Formgedächtnislegierung hergestellt wurden, haben den Zweck, jeweils sukzessive aufeinanderfolgende Vorgänge zu steuern, wenn sie, wie oben dargelegt, unter dem Einfluß der abgegebenen Wärme, im vorliegenden Beispiel durch die Verbrennung der pyrotechnischen Schnur 2, von einem stabilen Zustand in den anderen übergehen.
Wie die Figuren 2 und 3 zeigen, hat bei dieser Ausführungsart jedes Bauelement 10 speziell die Form einer Leiste 11 mit einem polygonalen, beispielsweise rechteckigen Querschnitt. In diesen Figuren ist zu sehen, daß die dargestellte Leiste 11, die aus einer Formgedächtnislegierung hergestellt ist, die Form eines Parallelepipeds hat und in diesem Fall eine neutrale Stellung einnimmt, die einem ihrer beiden stabilen Zustände entspricht und in der der nachfolgende Vorgang nicht ausgelöst werden kann, da die Schnur 2 nicht gezündet ist.
In diesem speziellen Anordnungsbeispiel befinden sich die Schnur 2 und die Leisten 11, die an dieser nacheinander in bestimmten Abständen aufgesetzt sind, vorteilhafterweise in einer Aussparung 12 eines Strukturteils 13 von U-förmigem Querschnitt. In neutraler, gerader Stellung befindet sich dann jede Leiste 11 in der Aussparung 12 des Bauteils und liegt mit zwei seiner senkrecht zueinander verlaufenden Längsseiten 11A und 11B am Boden 12A bzw. am entsprechenden Schenkel 12B der U-förmigen Aussparung an. In den Figuren 2 und 3 ist außerdem zu bemerken, daß die Längsseite 11C der veranschaulichten Leiste 11, die der mit Schenkel 12B in Kontakt stehenden Seite 11B entgegengesetzt ist, vom gegenüberliegenden Schenkel 12C der Aussparung abgestellt ist, wobei der Abstand zwischen den Seiten 11B und 11C jeder der Leisten kleiner als die Breite der U-förmigen Aussparung 12 zwischen deren Schenkeln ist.
Die pyrotechnische Schnur 2 wird dann zwischen den Schenke In 12B und 12C der Aussprarung 12 so angeordnet, daß sich der Außenumf ang 5A ihres Mantels 5 an die Längsseite 11D der Leisten anlegt, die der am Boden 12A der Aussparung anliegenden Seite 11A entgegengesetzt ist. Damit wird ein einwandfreier Kontakt zwischen der Schnur und jeder Leiste hergestellt, so daß die Übertragung der Wärme in Richtung der Leisten bei gezündeter Schnur begünstigt wird. Der Außendurchmesser der Schnur 2 ist vorzugsweise mindestens gleich der Breite von Aussparung 12, so daß deren Halt in derselben gewährleistet wird. Durch die Verformbarkeit der Schnur, die durch die Natur ihres Mantels bedingt ist, kann diese außerdem leicht an jede gewünschte Art von Führung am Strukturteil, die in diesem Fall aus der Aussparung besteht, angepaßt werden.
Um mit jeder Leiste einen nachfolgenden Vorgang steuern zu können, werden in diesem Ausführungsbeispiel von Vorrichtung 1 elektrische Kontaktmittel 14 verwendet, die schematisch in den Figuren 2 bis 5 dargestellt sind. So sind am Schenkel 12B der Aussparung zwei elektrische Kontakte 14A und 14B vorgesehen, an denen die entsprechenden Enden 11B1 und 11B2 der Längsseite 11B der veranschaulichten Leiste aufliegen. Ein weiterer elektrischer Kontakt 14C ist am entgegengesetzten Schenkel 12C der Aussparung vorgesehen und liegt etwa gegenüber von Längsseite 11C der Leiste, mittig zu dieser, wie vor allem in Figur 2 gezeigt wird. Diese Kontakte 14A,14B,14C sind Bestandteil eines Stromkreises der Mittel 14, dem ein Organ 14D, beispielsweise ein Motor, zugeordnet ist, mit dem ein nachfolgender Vorgang, der in den Figuren 2 und 4 mit dem Pfeil F svmbolisch dargestellt ist, gesteuert werden soll.
In den Figuren 2 und 3 ist zu bemerken, daß in der neutralen Stellung von Leiste 11, die einem ihrer beiden stabilen Zustände entspricht, die elektrische Verbindung zwischen den Kontakten fehlt, da die Leiste eine gerade Form hat, so daß ihre entsprechende Längsseite 11C dann zu Schenkel 12C der Aussparung, an der der elektrische Kontakt 14C befestigt ist, einen Abstand aufweist.
In den Figuren 4 und 5 ist dagegen zu sehen, daß die elektrische Verbindung zwischen den Kontakten in der aktiven Stellung der Leiste, die dem anderen ihrer beiden stabilen Zustände entspricht, hergestellt ist, da die Leiste bogenförmig ist und die Seite 11C an Kontakt 14C anliegt.
Zur Erzielung einer solchen Leiste aus einer metallischen Formgedächtnislegierung wird zum Beispiel wie folgt vorgegangen. Zunächst wird die Leiste 11 in der vor allem in Figur 4 dargestellten Worin verwirklicht. Diele ergibt sich, wenn sich das kristalline Gefüge der Leiste in seiner austenitischen Phase befindet, die dem ersten stabilen Zustand derselben entspricht. Die so hergestellte Leiste hat eine gebogene Form mit rechteckigem Querschnitt. Dann wird die Leiste bis auf eine Temperatur abgekühlt, bei der sich das kristalline Gefüge in der martensitischen Phase befindet, und so verformt, daß sie die in Figur 2 dargestellte Form eines Parallelepipeds annimmt. In diesem Augenblick befindet sich die Leiste 11 in ihrem zweiten stabilen Zustand, der ihrer neutralen Stellung entspricht. Nach der Rückkehr zur Umgebungstemperatur ist diese neue Form der Leiste unter Rückgewinnung der mechanischen Eigenschaften erworben
Die Vorrichtung zur sukzessiven Steuerung 1 funktioniert wie folgt. Nachdem der langsame Schmelzsatz 4 der pyrotechnischen Schnur 2 durch die Auslösungsmittel 3 in Brand gesetzt wurde, breitet sich die Verbrennungsfront allmählich innerhalb von Mantel 5 der Schnur mit einer Geschwindigkeit von einigen Millimetern pro Sekunde aus, die von der chemischen Art von Schmelzsatz 4 abhängig ist. Bei dieser Verbrennung entwickelt sich Wärme, deren erreichte Temperatur zum Schmelzen des Metallmantels 5 aus Zinn oder Blei, deren Schmelzpunkt verhältnismäßig niedrig ist, ausreicht.
Wenn die Verbrennungsfront der pyrotechnischen Schnur in Höhe der ersten Leiste 11 gelangt, deren Längsseite 11D mit dieser Kontakt hat, erhöht sich deren Temperatur infolge der durch die Verbrennung der pyrotechnischen Schnur erzeugten und abgegebenen Wärme ihrerseits über die Übergangstemperatur hinaus. Folglich geht die Leiste von ihrem martensitischen Zustand, der ihrem zweiten stabilen Zustand entspricht, in den austenitischen Zustand über, der ihrem ersten stabilen Zustand entspricht, bei dem die Leiste eine gebogene Form hat. Durch diese Verformung wird mechanische Arbeit erzeugt, die in diesem Beispiel zum Schließen des Stromkreises 14 und zur Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen den Kontakten 14A, 14B, an denen die Enden 11B1 und 11B2 der Leistenseite 11B aufliegen, und von Kontakt 14C, an dem der mittlere Bereich 11C1 von Seite 11C der nun in aktiver Stellung gebogenen Leiste 11 anliegt, genutzt wird. In diesem Augenblick kann durch Motor 14D von Stromkreis 14 der nachfolgende Vorgang F ausgelöst werden. Die Verformung von beiste 11 könnte außerdem dazu genutzt werden, beispielsweise eine von einer Feder o.a. bewegte mechanische Vorrichtung freizugeben.
Gleichzeitig mit der Auslösung dieses elektrischen, mechanischen oder anderen Vorgangs setzt sich die Ausbreitung der Verbrennungsfront der pyrotechnischen Schnur 2 fort, so daß nacheinander die Zustandsänderung der in bestimmten Abständen an der Schnur gelegenen hinteren Leisten 11 eintritt, die jeweils über elektrische Kontaktmittel 14 einen spezifischen Vorgang steuern können.
Durch die Vorrichtung der Erfindung wird demzufolge eine Kettenreaktion verwirklicht, durch die mit Hilfe einer durch einen einzigen elektrischen Befehl ausgelösten pyrotechnischen Schnur nacheinander eine Vielzahl von nachfolgenden Vorgängen gesteuert werden kann. Natürlich ist der Zeitraum zwischen dem Zünden der pyrotechnischen Schnur und der Steuerung des durch die Zustandsänderung einer der Leisten erzeugten nachfolgenden Vorgangs von der Art des verwendeten chemischen Schmelzsatzes und von der Schnurlänge bis zu dieser Leiste abhängig.
Obwohl in den obigen Darstellungen die Leisten 11 neben oder an der pyrotechnischen Schnur 2 angebracht wurden, könnten die Leisten 11 als Variante natürlich hohl sein, so daß die Schnur durch diese hindurch verlaufen könnte.

Claims

1 - Vorrichtung zur sukzessiven Steuerung des Typs mit mindestens einer pyrotechnischen Schnur (2) und Mitteln (3) zur Auslösung der Funktion der pyrotechnischen Schnur (2), dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens ein Element (10) umfaßt, das aus einer Formgedächtnislegierung mit zwei stabilen Zuständen besteht, das längs der pyrotechnischen Schnur (2) angeordnet ist, wobei das Element (10) einen nachfolgenden Vorgang steuern kann, wenn es von einem seiner beiden stabilen Zustände, in dem das Element (10) eine neutrale Stellung einnimmt, in seinen anderen stabilen Zustand übergeht, in dem es durch die Wärme, die von der pyrotechnischen Schnur (2) nach deren Auslösung abgegeben wird, eine aktive Stellung einnimmt.

2 - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (10), das aus einer Formgedächtnislegierung hergestellt wurde, beim Übergang in den stabilen Zustand, der seiner aktiven Stellung entspricht, auf elektrische Kontaktmittel (14) einwirkt, die die Steuerung des nachfolgenden Vorgangs ermöglichen.

3 - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (10), das aus einer Formgedächtnislegierung hergestellt wurde, beim Übergang in den stabilen Zustand, der seiner aktiven Stellung entspricht, auf mechanische Mittel einwirkt, die die Steuerung des nachfolgenden Vorgangs ermöglichen.

4 - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Elementen (10) aus einer Formgedächtnislegierung in einem bestimmten Abstand zueinander längs der pyrotechnischen Schnur (2) angeordnet ist, um jeweils einen nachfolgenden Vorgang zu steuern, wenn diese nacheinander durch die Wärme, die allmählich von der pyrotechnischen Schnur (2) abgegeben wird, in ihre aktive Stellung übergehen.

5 - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (10) die Form einer mit der pyrotechnischen Schnur (2) in Kontakt stehenden Leiste (11) hat

6 - Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Leiste (11) polygonal ist.

7 - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die pyrotechnische Schnur (2) in einer Aussparung (12) eines Teils (13) befindet, in dem ebenfalls das Element (10) aus der Formgedächtnislegierung angeordnet ist.

8 - Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (10) zwischen dem Boden (12A) der Aussparung (12) und der pyrotechnischen Schnur (2) angeordnet ist.

9 - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (3) zur Auslösung der pyrotechnischen Schnur eine Stromversorgung (9) haben, die mit einem chemischen Zündsatz (6) verbunden ist, der mit einem chemischen Erhitzungssatz (7) in Kontakt steht, der mit der pyrotechnischen Schnur (2) verbunden ist.

10 - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechnische Schnur (2) von der Art einer Verzögerungsschnur ist und aus einem langsamen chemischen Schmelzsatz (4) in einem Metallmantel (5) besteht.