EP1443296A1 - Pyromechanisches Trennelement - Google Patents

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EP1443296A1
EP1443296A1 EP04001764A EP04001764A EP1443296A1 EP 1443296 A1 EP1443296 A1 EP 1443296A1 EP 04001764 A EP04001764 A EP 04001764A EP 04001764 A EP04001764 A EP 04001764A EP 1443296 A1 EP1443296 A1 EP 1443296A1
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EP
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locking
housing
groove
force limiting
limiting element
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EP04001764A
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Uwe Brede
Horst Dr. Laucht
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ZF Airbag Germany GmbH
Delphi Technologies Inc
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TRW Airbag Systems GmbH
Dynamit Nobel AiIS Automotive Ignition Systems GmbH
Delphi Technologies Inc
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    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B3/00—Blasting cartridges, i.e. case and explosive
    • F42B3/006—Explosive bolts; Explosive actuators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/19—Pyrotechnical actuators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
    • F15B15/26—Locking mechanisms
    • F15B15/261—Locking mechanisms using positive interengagement, e.g. balls and grooves, for locking in the end positions

Definitions

  • the invention relates to a pyromechanical separating element.
  • Separating elements driven with pyrotechnic fuels are known mostly constructed in the form of screws and in a specially shaped cavity are provided with a gas-generating charge.
  • An electrical or mechanical triggerable ignition element ignites this pyrotechnic as required Substance that creates a very high pressure and the screw on a certain one tears apart the weakened predetermined breaking point.
  • the problem with these Screwing usually exists in normal operation with mechanical assemblies to be held together with a certain holding force.
  • By Temperature breathing processes and mechanical alternating loads pose in usually these predetermined breaking points an unwanted weakening for long-term operation
  • This problem is solved by the fact that the residual wall thickness of the predetermined breaking point is oversized. However, this in turn means that at very high pressures are required for the separation.
  • separators should only hold two components together and the normal workforce is not very high. With separating screws with Incorporated predetermined breaking points must also ignite and Charges against the high pressure are installed so that during the separation process the ignition mechanism is not thrown out.
  • the invention is based on the object of a pyromechanical separating element to develop which is the setting of the separating force in the event of a deliberate triggering defined depending on the task and which one at the same time there is a small number of individual parts. According to the invention, this task solved by the features of claim 1.
  • An essential feature is the Use of hermetically sealed pyrotechnic pressure elements and the Introduction of a special construction element that adjusts the setting of the Separation force for a deliberate trigger defined depending on the task allowed.
  • this construction element is a locking and Force limiting element with which the locking bolt is anchored to the housing is.
  • the locking and force limiting element a disc spring with preferably crown-shaped cuts, which in the locked state both in a locking pin groove in the locking pin as well as sitting in a housing groove.
  • the locking and force limiting element can also be a sheet metal ring or be a spring washer, which in the locked state both in a locking bolt groove as well as sitting in a housing groove.
  • the locking and force limiting element a radial projection on the locking bolt, which is in a housing groove engages the housing.
  • one in one is on the outer circumference of the locking bolt Grooved sealing ring arranged.
  • FIG. 1 shows the pyromechanical separating element according to the invention installed in a pipe clamp that should be loosened if necessary.
  • the pyromechanical separating element essentially consists of the housing 1 into which the pyrotechnic pressure element 2 is inserted via an insulating body 3 is, the electrical connector system 4, the locking bolt 5, the locking rings 6, 7 and the locking and force limiting element 8.
  • This Locking and force limiting element 8 can be designed differently become.
  • this locking and force limiting element 8 designed as a disc spring with crown-shaped incisions. This element sits in the locked state in the locking pin groove 9 and in the housing groove 10. An attempt is made to lock the locking pin 5 and the housing 1 pull apart, locks the locking and force limiting element 8. Only when overcoming a force caused by the spring tension of this element and by the geometric shape of the locking and force limiting element 8 and the grooves 9, 10 is set, the locking bolt 5 are pulled out of the housing 1.
  • the two clamp ends 11, 12 with the pyromechanical separating element are firmly connected, even at high normal mechanical Loads that want to pull the clamp together or apart. Only in the case of an intentional separation, e.g. B. by emergency situations or Overload situations, which is connected via the electrical connector system 4 pyrotechnic pressure element 2 is subjected to an electric current surge, the pyrotechnic pressure element 2 is ignited and in the drive volume 19 generates high drive pressure through the combustion of the pyrotechnic substance, which in turn presses on the locking pin 5.
  • the locking and force limiting element 8 becomes such deformed that the edges of the housing groove 10 and the locking bolt groove 9 die Shear off the spring washer elements.
  • the locking and force limiting element 8 is designed as a sheet metal ring. This element will help you overcome the pull-out resistance also on the resulting from the drive pressure of the pyrotechnic pressure element 2 Extraction force achieved a direct punching of the sheet metal ring.
  • Figure 3 shows a further embodiment of the locking and force limiting element 8 as a spring washer.
  • the spring tension and groove shape determine both the level of the holding force and that of the pull-out resistance.
  • the locking and force limiting element 8 snaps this into the groove 10 provided in the housing 1 and blocks it from being pulled out.
  • the pyromechanical separating element can now be inserted into the clamp ends 11, 12, are used and pressed together with the locking rings 6, 7 are attached.
  • FIG. 4 shows another embodiment of the separating element according to the invention shown.
  • the locking bolt 5 is designed such that it when assembled presses against the shoulder of the housing groove 16 and then with one high pressing force is deformed. In principle, this process constitutes a kind of riveting
  • the design of the groove 17 and the projection 18 and the type of Material design allow different locking forces to be set.
  • the Cantilever 18 in this case represents the locking and force limiting element 8 represents.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein pyromechanisches Trennelement mit einem in einem Gehäuse (1) eingebauten hermetisch dichten pyrotechnischen Druckelement (2) mit einer gasentwickelnden pyrotechnischen Ladung und einem von diesem durch ein Antriebsvolumen (19) abgetrennten lösbaren und in das Gehäuse (1) eingeschobenen Verrastungsbolzen (5), wobei am Gehäuse (1) ein erster Befestigungspunkt und am Verrastungsbolzen (5) ein zweiter Befestigungspunkt angeordnet sind und der Verrastungsbolzen (5) über ein Arretierungs- und Kraftbegrenzungselement (8) am Gehäuse (1) verankert ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein pyromechanisches Trennelement.
Bekannt sind mit pyrotechnischen Brennstoffen angetriebene Trennelemente, die meist in Form von Schrauben aufgebaut und in einem speziell ausgeformten Hohlraum mit einer gasentwickelnden Ladung versehen sind. Ein elektrisch oder mechanisch auslösbares Anzündelement zündet nach Bedarf diesen pyrotechnischen Stoff, der einen sehr hohen Druck erzeugt und die Schraube an einer bestimmten vorgeschwächten Sollbruchstelle auseinanderreißt. Die Problematik bei diesen Schrauben besteht in der Regel im Normalbetrieb, bei dem mechanische Baugruppen mit einer bestimmten Haltekraft zusammengehalten werden sollen. Durch Temperaturatmungsvorgänge und mechanische Wechselbelastungen stellen in der Regel diese Sollbruchstellen einen ungewollte Schwächung für den Langzeitbetrieb dar. Man löst dieses Problem damit, dass die Restwandstärke der Sollbruchstelle überdimensioniert wird. Dies hat jedoch wiederum zur Folge, dass bei der Trennung sehr hohe Drücke benötigt werden. Es gibt jedoch viele Anwendungen bei denen Trennelemente lediglich zwei Bauelemente zusammenhalten sollen und die normalen Betriebskräfte nicht sehr hoch sind. Bei Trennschrauben mit eingearbeiteten Sollbruchstellen müssen ebenfalls die Anzündelemente und die Ladungen gegen den Hochdruck so eingebaut werden, dass bei dem Trennvorgang nicht der Zündmechanismus herausgeschleudert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein pyromechanisches Trennelement zu entwickeln, welches die Einstellung der Trennkraft bei einer gewollten Auslösung definiert je nach Aufgabenstellung erlaubt und welches zugleich aus einer geringen Anzahl an Einzelteilen besteht. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Ein wesentliches Merkmal ist der Einsatz von bereits hermetisch dichten pyrotechnischen Druckelementen und die Einführung eines besonderen Konstruktionselementes, das die Einstellung der Trennkraft bei einer gewollten Auslösung definiert je nach Aufgabenstellung erlaubt. Dieses Konstruktionselement ist erfindungsgemäß ein Arretierungs- und Kraftbegrenzungselement mit dem der Verrastungsbolzen am Gehäuse verankert ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Arretierungs- und Kraftbegrenzungselement eine Tellerfeder mit bevorzugt kronenförmigen Einschnitten, welche im verrasteten Zustand sowohl in einer Verrastungsbolzennut im Verrastungsbolzen als auch in einer Gehäusenut sitzt.
Alternativ kann das Arretierungs- und Kraftbegrenzungselement auch ein Blechring oder ein Federring sein, der im verrasteten Zustand sowohl in einer Verrastungsbolzennut als auch in einer Gehäusenut sitzt.
In einer anderen Ausführungsform ist das Arretierungs- und Kraftbegrenzungselement eine radiale Auskragung am Verrastungsbolzen, die in eine Gehäusenut am Gehäuse eingreift.
Vorteilhafterweise ist auf dem Außenumfang des Verrastungsbolzens ein in einer Nut eingelassener Dichtungsring angeordnet.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Figuren, die nachfolgend beschrieben sind. Es zeigt:
Fig. 1
eine Ausführungsform eines pyromechanischen Trennelements mit einer Tellerfeder mit kronenförmigen Einschnitten als Arretierungs- und Kraftbegrenzungselement,
Fig. 2
eine Ausführungsform analog Fig. 1, jedoch mit einem Blechring als Arretierungs- und Kraftbegrenzungselement,
Fig. 3
eine Ausführungsform analog Figur 1, jedoch mit einem Federring als Arretierungs- und Kraftbegrenzungselement und
Fig. 4
eine Ausführungsform analog Figur 1, jedoch mit einer radialen Auskragung am Verrastungsbolzen als Arretierungs- und Kraftbegrenzungselement.
Fig. 1 zeigt das erfindungsgemäße pyromechanische Trennelement eingebaut in eine Rohrschelle, die im Bedarfsfall gelöst werden soll.
Das pyromechanische Trennelement besteht im wesentlichen aus dem Gehäuse 1 in welches das pyrotechnische Druckelement 2 über einen Isolierkörper 3 eingesetzt ist, dem elektrischen Steckersystem 4, dem Verrastungsbolzen 5, den Sicherungsringen 6, 7 und dem Arretierungs- und Kraftbegrenzungselement 8. Dieses Arretierungs- und Kraftbegrenzungselement 8 kann unterschiedlich ausgeführt werden. Im Ausführungsbeispiel 1 (Fig. 1) ist dieses Arretierungs- und Kraftbegrenzungselement 8 als Tellerfeder mit kronenförmigen Einschnitten ausgeführt. Dieses Element sitzt im verrasteten Zustand in der Verrastungsbolzennut 9 und in der Gehäusenut 10. Wird versucht, den Verrastungsbolzen 5 und das Gehäuse 1 auseinander zu ziehen, so sperrt das Arretierungs- und Kraftbegrenzungselement 8. Erst beim Überwinden einer Kraft, die durch die Federspannung dieses Elementes und durch die geometrische Form des Arretierungs- und Kraftbegrenzungselements 8 und der Nuten 9, 10 eingestellt wird, kann der Verrastungsbolzen 5 aus dem Gehäuse 1 gezogen werden.
Die beiden Schellenenden 11, 12, die mit dem pyromechanischen Trennelement fest verbunden sind, werden selbst bei hohen normalbedingten mechanischen Belastungen, die die Schelle zusammen- oder auseinanderziehen wollen, festgehalten. Erst im Falle einer gewollten Trennung, z. B. durch Notsituationen oder Überlastsituationen, wird das über das elektrische Steckersystem 4 verbundene pyrotechnische Druckelement 2 mit einem elektrischen Stromstoß beaufschlagt, das pyrotechnische Druckelement 2 gezündet und in dem Antriebsvolumen 19 ein durch die Verbrennung des pyrotechnischen Stoffes hoher Antriebsdruck erzeugt, der wiederum auf den Verrastungsbolzen 5 drückt.
Die aus dem Druck und der Fläche des Verrastungsbolzens 5 resultierende Kraft ist bei Überschreiten der Haltekraft des Arretierungs- und Kraftbegrenzungselements 8 in der Lage, Verrastungsbolzen 5 und das Gehäuse 1 zu trennen. Die Sicherungsringe 6, 7 haben in dieser Ausführungsform dafür zu sorgen, dass die beiden Teile fest an den Schellenenden fixiert bleiben und nicht wegfliegen können.
Beim Trennvorgang wird das Arretierungs- und Kraftbegrenzungselement 8 derart verformt, dass die Kanten der Gehäusenut 10 und der Verrastungsbolzennut 9 die Tellerfederkronenelemente abscheren.
In Fig. 2 ist das Arretierungs- und Kraftbegrenzungselement 8 als Blechring ausgeführt. Bei diesem Element wird bei dem Überwinden des Ausziehwiderstandes ebenfalls über die vom Antriebsdruck des pyrotechnischen Druckelementes 2 resultierende Ausziehkraft eine direkte Stanzung des Blechringes erreicht.
Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des Arretierungs- und Kraftbegrenzungselements 8 als Federring. Hier bestimmt die Federspannung und Nutenform sowohl die Höhe der Haltekraft als auch die des Ausziehwiderstandes.
Nach Zusammenstecken des Gehäuses 1 mit dem Verrastungsbolzen 5, in dessen Nut 9 sich das Arretierungs- und Kraftbegrenzungselement 8 befindet, schnappt dieses in die im Gehäuse 1 vorgesehene Nut 10 ein und sperrt das Herausziehen. Das pyromechanische Trennelement kann nun in die Schellenenden 11, 12, eingesetzt werden und unter Zusammendrücken mit den Sicherungsringen 6, 7 befestigt werden.
In Figur 4 ist eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trennelements gezeigt. Der Verrastungsbolzen 5 ist derart ausgeführt, dass er beim Zusammenfügen gegen die Schulter der Gehäusenut 16 drückt und dann mit einer hohen Presskraft deformiert wird. Dieser Vorgang stellt im Prinzip eine Art Vernietung dar. Die Ausgestaltung der Nut 17 und der Auskragung 18 und die Art der Materialausführung erlauben unterschiedliche Verrastungskräfte einzustellen. Die Auskragung 18 stellt in diesem Fall das Arretierungs- und Kraftbegrenzungselement 8 dar.
Es ist vorteilhaft zur Abdichtung des Antriebsvolumens 19 auf dem Außenumfang des Verrastungsbolzens 5 einen in einer Nut eingelassenen Dichtungsring 20 anzuordnen. Ebenso sollte auf dem Isolierkörper 3 ein Dichtungsring angeordnet werden.

Claims (5)

  1. Pyromechanisches Trennelement mit einem in einem Gehäuse (1) eingebauten hermetisch dichten pyrotechnischen Druckelement (2) mit einer gasentwickelnden pyrotechnischen Ladung und einem von diesem durch ein Antriebsvolumen (19) abgetrennten lösbaren und in das Gehäuse (1) eingeschobenen Verrastungsbolzen (5), wobei am Gehäuse (1) ein erster Befestigungspunkt und am Verrastungsbolzen (5) ein zweiter Befestigungspunkt angeordnet sind und der Verrastungsbolzen (5) über ein Arretierungs- und Kraftbegrenzungselement (8) am Gehäuse (1) verankert ist.
  2. Trennelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Arretierungs- und Kraftbegrenzungselement (8) eine Tellerfeder mit bevorzugt kronenförmigen Einschnitten ist, welche im verrasteten Zustand sowohl in einer Verrastungsbolzennut (9) im Verrastungsbolzen (5) als auch in einer Gehäusenut (10) sitzt.
  3. Trennelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Arretierungs- und Kraftbegrenzungselement (8) ein Blechring oder ein Federring ist, der im verrasteten Zustand sowohl in einer Verrastungsbolzennut (9) im Verrastungsbolzen (5) als auch in einer Gehäusenut (10) sitzt.
  4. Trennelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Arretierungs- und Kraftbegrenzungselement (8) eine radiale Auskragung (18) am Verrastungsbolzen (5) ist, die in eine Gehäusenut (16) am Gehäuse (1) eingreift.
  5. Trennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Außenumfang des Verrastungsbolzens (5) ein in einer Nut eingelassener Dichtungsring (29) angeordnet ist.
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