WO2023102589A1 - Pyrotechnischer aktuator - Google Patents

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WO2023102589A1
WO2023102589A1 PCT/AT2022/060432 AT2022060432W WO2023102589A1 WO 2023102589 A1 WO2023102589 A1 WO 2023102589A1 AT 2022060432 W AT2022060432 W AT 2022060432W WO 2023102589 A1 WO2023102589 A1 WO 2023102589A1
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WO
WIPO (PCT)
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sealing element
piston rod
igniter
actuator according
pyrotechnic actuator
Prior art date
Application number
PCT/AT2022/060432
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Kurt Aigner
Daniel KLETZMAYR
Markus Marker
Alexander Scheiber
Sladan Ilincic
Original Assignee
Astotec Automotive Gmbh
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Filing date
Publication date
Application filed by Astotec Automotive Gmbh filed Critical Astotec Automotive Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R21/00—Arrangements or fittings on vehicles for protecting or preventing injuries to occupants or pedestrians in case of accidents or other traffic risks
    • B60R21/34—Protecting non-occupants of a vehicle, e.g. pedestrians
    • B60R21/38—Protecting non-occupants of a vehicle, e.g. pedestrians using means for lifting bonnets
    • 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
    • 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
    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/14—Characterised by the construction of the motor unit of the straight-cylinder type
    • F15B15/1423—Component parts; Constructional details
    • F15B15/1457—Piston rods
    • 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
    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/14—Characterised by the construction of the motor unit of the straight-cylinder type
    • F15B15/1423—Component parts; Constructional details
    • F15B15/1457—Piston rods
    • F15B15/1461—Piston rod sealings

Definitions

  • the present invention relates to a pyrotechnic actuator which comprises a tubular housing which has a pyrotechnic igniter at one end and which further comprises a piston with a piston bell and a piston rod, the piston bell in the housing being displaced by the igniter from an initial position adjacent to the igniter in an end position remote from the igniter, and with a one-piece sealing element being provided between the piston rod and the housing at the end of the housing facing away from the igniter, with the piston rod passing through the sealing element and having a step in the area of the sealing element, with the outside diameter of the piston rod increasing to the igniter side of the step is less than the outside diameter of the igniter side of the step.
  • Pyrotechnic actuators for raising a bonnet in the event of a collision with a pedestrian or cyclist are used in automotive safety technology in a variety of ways, particularly in Europe, Japan and, in the future, China.
  • Pyrotechnic actuators are well known, including from GB 2375329 A , EN 102008039168 A , WHERE WO 2015/072293 A , U.S 2018038393 A , EP 2546531 A and U.S 2015175496 A .
  • the basic structure of such an actuator is in AT 511500 B shown by Hirtenberger.
  • the actuator usually has a housing, a connection to the body of the vehicle, a movable piston with a piston bell and piston rod, and a gas generator in order to move the piston bell and thus the piston rod.
  • the sealing element is relatively complex: It consists of a turned part with a groove into which an O-ring is inserted.
  • the object of the present invention is to eliminate these disadvantages and to create an actuator in which the hitting area can be increased and in which different lengths of the piston rod can be realized with one and the same housing without increasing the manufacturing effort, in particular without rotating parts used to guide and seal the piston rod.
  • a pyrotechnic actuator of the type mentioned at the outset in that the sealing element has a corresponding opposite step, so that the sealing element is seated on the step of the piston rod.
  • sealing element is not designed as a cap, but as a substantially tubular sealing element through which the piston rod passes.
  • An actuator according to the invention thus has an essentially tubular sealing element with two inner diameters, which is seated on a step of the piston rod.
  • the sealing element has a cross-sectional widening on the outside at its end remote from the igniter. In this way, a seal is additionally achieved between the disc-shaped component and the housing.
  • the sealing element has a circumferential sealing rib in its area remote from the igniter, this seal is improved even further.
  • the sealing element is axially prestressed against the housing in the installed state.
  • this axial pretension serves to avoid ringing noises and, on the other hand, it compensates for the different thermal expansions of the materials used.
  • the inner diameter of the sealing element (preferably the larger inner diameter) is smaller than the corresponding outer diameter of the piston rod before assembly. Since the sealing element is made of an elastic material, once it has been pushed onto the piston rod, it stays on it, which makes assembly easier.
  • the sealing element it is possible for the sealing element to be widened when the actuator is triggered, thus releasing the piston rod.
  • the step should not have any sharp edges, if possible, but should be rounded if possible; a continuous change in diameter is also possible.
  • EP 2699455 B is the case, but it can also be provided in the present invention that the sealing element is torn when the actuator is triggered, so that the piston rod can be pushed out.
  • the sealing element can tear easily at such a sharp bend, particularly when the cross section of the sealing element is also reduced in this area.
  • a peripheral projection is provided in the area of the step of the sealing element.
  • Such a projection can be deformed more easily than the entire sealing element, so that the distance to reach a certain axial preload is increased, so that minimal displacements of the piston do not adversely affect the axial preload.
  • the tearing of the sealing element can be further facilitated in that the step of the piston rod has a sharp edge or an undercut.
  • Rubber, TPE or silicone for example, can be used as materials for the sealing element. With such materials one can ensure that the sealing element has a hardness of 50-90 Shore A and that the sealing element has an elastic elongation of at least 0.4 mm transverse to the longitudinal axis, i.e. an increase in diameter of at least 0.4 mm without breaking .
  • the sealing element has a breakthrough force for the piston rod of at least 200 N; a breakthrough force of at least 300 N is particularly favorable.
  • a particularly simple embodiment results when the sealing element has two essentially cylindrical areas with different inner diameters.
  • the piston rod can also be cylindrical on both sides of the step.
  • Fig. 1 an actuator according to the invention in a perspective view
  • Fig. 2 the same in longitudinal section
  • Fig. 3 shows section III of Fig. 2 on an enlarged scale
  • Fig. 4 shows the sealing element on the same scale as in Fig. 3.
  • the pyrotechnic actuator 1 has a housing 2 which is firmly connected to a holder 3.
  • This pyrotechnic actuator 1 is shown in longitudinal section in Fig. 2, detail III in Fig. 3 being shown enlarged.
  • the sealing element 5 is shown in the initial position (not deformed) and therefore overlaps with other components. This serves as an illustration so that one can see in which areas the sealing element 5 is deformed; in fact, the sealing element lies in these overlapping areas on the adjacent component with a certain pressure (because of the elasticity of the sealing element) without overlapping.
  • the housing 2 has a taper 19 and then a tapered area 18 onto which the holder 3 was pushed until it rested against the taper 19. After that, the housing 2 was bent outwards in the area 18a, so that there is a firm connection between the housing 2 and the holder 3 .
  • the housing 2 has a gas generator 20 at the opposite end, which, as usual, has an igniter 21 with electrical connections 22 and a propellant charge 23.
  • This gas generator 20 has an annular disc 25 which protrudes slightly outwards. The housing 2 has been pressed together in the areas 26 on both sides of this disk 25 so that the gas generator 20 is reliably fixed in the housing 2 .
  • a piston is provided in the housing 2 following the gas generator 20 and has a piston bell 4a which merges into a piston rod 4 .
  • This piston rod 4 penetrates the entire housing 2 and protrudes from it with its end.
  • a tapered section 15 is provided at this end, onto which a disc-shaped component 16 has been pushed. Thereafter, the tapered portion 15 was plastically deformed, for example, riveted (riveted portion 17) or tumbled. The disk-shaped component 16 is thus reliably fixed at the end of the piston rod 4 .
  • a sealing element 5 is provided between the piston rod 4 and the housing 2 (see also Fig. 4), which is specially designed according to the invention.
  • the piston rod 4 (see Fig. 2 and 3) also has an area with a larger outer diameter 12 and an area with a reduced outer diameter 13, with a step 14 being located between these areas.
  • the sealing element 5 has an area with a larger inner diameter 7 and an area with a smaller inner diameter 6, between which there is a step 27. If the gas generator 20 is now ignited, the step 14 of the piston rod 4 cuts through the sealing element 5 so that the piston rod 4 can then extend unhindered.
  • the sealing element 5 has a cross-sectional widening 10 with a sealing rib 11 outside of the housing 2.
  • the sealing rib 11 rests on the disc-shaped component 16 (see Figs. 2 and 3), so that a seal also takes place here.
  • the larger outer diameter 8 of the sealing element 5 is also slightly smaller than the inner diameter of the housing 2.
  • the sealing element 5 is axially prestressed to ensure reliable sealing. This can be achieved during production by not only pushing in the gas generator 20 until it rests against the piston bell 4a, but also a little further so that the sealing element 5 is prestressed and presses against the narrowing 19.
  • the gas generator 20 is fixed in this position by reducing the diameter of the housing 2 in the areas 26 on both sides of the disk 25 .
  • a circumferential projection 28 is provided in the area of the step 27 (see Fig. 4), which is directed in the direction of the igniter.
  • This projection 28 acts as a kind of spring, it can be compressed easily and relatively far and thus ensures a force in the direction against the taper 19 (see figures 2 and 3) over a very long period of time.
  • the assembly is done as follows:
  • the tapered portion 18 of the housing 2 is pushed into the holder 3 until it rests against the taper 19, and the portion 18a is bent outwards so that the housing 2 and holder 3 are firmly connected.
  • the sealing element 5 is then pushed into the housing 2 from the gas generator side until the widened cross section 10 emerges from the housing 2 . This is easily possible because of the elasticity of the sealing element 5, because this is tubular and the cavity in the middle is free, so the inner diameters 6 and 7 can be easily reduced.
  • the piston is introduced with the piston rod 4 in front from the gas generator side into the housing 2 until the piston rod 4 meets the sealing element 5 .
  • the gas generator 20 is inserted and used to push the piston a little further into the housing 2 (however, less far than previously with the punch), whereby the sealing element 5 is pressed by the step 14 against the taper 19 so that the sealing element 5 is again biased axially.
  • the diameter of the housing 2 is now reduced in the areas 26.
  • sealing element 5 does not have a cross-sectional widening 10
  • assembly can also be carried out more easily. Instead of first pushing the sealing element 5 into the housing 2, you can also push it straight onto the piston rod 4 and then push the piston together with the sealing element 5 into the housing 2 from the gas generator side.
  • the sealing element 5 rests against the taper 19, so it cannot be pushed in any further. If you now press the piston bell 4a further, the step 14 reaches the area of the sealing element 5 with the larger inner diameter 7 via the inlet bevel 5a until the step 14 rests against the step 27 of the sealing element 5 . Then the further assembly is carried out as described above.
  • the sealing element 5 centers the piston rod 4 in the housing 2, and when the gas generator 20 is ignited, the sealing element 5 guides the piston rod 4 during extension.
  • the piston bell 4a is not sealed against the housing 2, i.e. the pressure around the piston rod 4 is approximately the same as that between the gas generator 20 and the piston bell 4a.
  • the effective force therefore results from this pressure times the cross-sectional area of the piston rod 4 (and not the cross-sectional area of the piston bell 4a).
  • actuator 2 housing 3 holders 4 piston rod 4a bulbous tulip 5 sealing element 6 smaller inner diameter of 5 7 larger inner diameter of 5 8 larger outside diameter of 5 9 smaller outside diameter of 5 10 cross section widening from 5 11 sealing rib 12 larger outside diameter of 4 13 smaller outside diameter of 4 14 level between 12 and 13 15 tapered section of 4 16 disc-shaped component 17 riveted area 18 tapered area of 2 18a area of 2, folded outwards 19 taper of 2 20 gas generator 21 detonators 22 electrical connections 23 propellant charge 25 slice of 20 26 range from 2 to 25 27 level 28 lead 29 face

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Abstract

Der pyrotechnische Aktuator (1) umfasst ein rohrförmiges Gehäuse (2), welches an einem Ende einen pyrotechnischen Zünder (21) aufweist, und weiters einen Kolben mit Kolbentulpe (4a) und Kolbenstange (4). Die Kolbentulpe (4a) ist in dem Gehäuse (2) durch den Zünder (21) von einer dem Zünder (21) benachbarten Ausgangslage in eine vom Zünder (21) entfernte Endlage verschiebbar. Am dem Zünder (21) abgewandten Ende des Gehäuses (2) ist ein einstückiges Dichtelement (5) zwischen der Kolbenstange (4) und dem Gehäuse (2) vorgesehen. Die Kolbenstange (4) durchsetzt das Dichtelement (5). Sie weist im Bereich des Dichtelements (5) eine Stufe (14) auf, wobei der Außendurchmesser (13) der Kolbenstange (4) auf der dem Zünder (21) abgewandten Seite der Stufe (14) geringer ist als der Außendurchmesser (12) auf der dem Zünder (21) zugewandten Seite der Stufe (14). Das Dichtelement (5) weist erfindungsgemäß eine entsprechende gegengleiche Stufe (27) auf, sodass das Dichtelement (5) auf der Stufe (14) der Kolbenstange (4) aufsitzt. Durch axiale Vorspannung kann dadurch eine Abdichtung zwischen Gehäuse (2) und Kolbenstange (4) erzielt werden. Vorzugsweise wird das Dichtelement (5) bei Auslösung des Aktuators zerrissen.

Description

PYROTECHNISCHER AKTUATOR Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen pyrotechnischen Aktuator, der ein rohrförmiges Gehäuse umfasst, welches an einem Ende einen pyrotechnischen Zünder aufweist, und der weiters einen Kolben mit Kolbentulpe und Kolbenstange umfasst, wobei die Kolbentulpe in dem Gehäuse durch den Zünder von einer dem Zünder benachbarten Ausgangslage in eine vom Zünder entfernte Endlage verschiebbar ist, und wobei am dem Zünder abgewandten Ende des Gehäuses ein einstückiges Dichtelement zwischen der Kolbenstange und dem Gehäuse vorgesehen ist, wobei die Kolbenstange das Dichtelement durchsetzt und im Bereich des Dichtelements eine Stufe aufweist, wobei der Außendurchmesser der Kolbenstange auf der dem Zünder abgewandten Seite der Stufe geringer ist als der Außendurchmesser auf der dem Zünder zugewandten Seite der Stufe.
Stand der Technik
Pyrotechnische Aktuatoren zur Anhebung einer Motorhaube beim Zusammenprall mit einem Fußgänger oder Radfahrer werden in der automotiven Sicherheitstechnik besonders in Europa, Japan und zukünftig auch China vielfältig eingesetzt.
Pyrotechnische Aktuatoren sind hinlänglich bekannt, unter anderem aus GB 2375329 A , DE 102008039168 A , WO WO 2015/072293 A , US 2018038393 A , EP 2546531 A und US 2015175496 A .
Der prinzipielle Aufbau solch eines Aktuators ist in AT 511500 B von Hirtenberger gezeigt. Der Aktuator besitzt zumeist ein Gehäuse, eine Anbindung an die Karosserie des Fahrzeugs, einen beweglichen Kolben mit Kolbentulpe und Kolbenstange und einen Gasgenerator, um die Kolbentulpe und damit die Kolbenstange zu bewegen. Aus diesen bekannten Bauteilen gilt es, die gewünschte Funktionalität, d.h. das Erzielen einer bestimmten Kraft/Weg-Kurve für die Anstellung gegen die Trägheit der Haube, möglichst kostengünstig herzustellen. Bei der aus der oben genannten Schrift bekannten Lösung ist das Dichtelement jedoch relativ aufwändig: Es besteht aus einem Drehteil mit einer Nut, in die ein O-Ring eingelegt ist.
Eine einfachere und somit kostengünstigere Lösung ist aus der EP 2699455 B (entsprechend WO WO 2012/144939 A ) von Autoliv bekannt. Gemäß dieser Schrift wird durch eine einstückige Dichtung sowohl die Abdichtung der Kolbenstange als auch die Führung der Kolbenstange im rohrförmigen Gehäuse erreicht. Die dort gezeigte Ausbildung der Dichtung als Kappe hat jedoch auch Nachteile. Einerseits ist die Auftrefffläche des Kolbens auf das Scharnier auf den Durchmesser der Kolbenstange begrenzt. Dies führt einerseits bei größeren Rohbautoleranzen zwischen Scharnier und Kolbenstange und andererseits bei Scharnieren mit ungünstiger Trefferfläche, beispielsweise mit Entriegelungselementen in Langlöchern, zu schlechten Ergebnissen. Andererseits muss für jede gewünschte Länge des Aktuators nicht nur die Länge der Kolbenstange, sondern auch die Länge des Gehäuses geändert werden, was die Herstellungskosten erhöht.
Eine andere einfachere und kostengünstigere Lösung ist aus der gattungsbildenden WO WO 2011/138553 A bekannt. Hierbei wird eine einstückige Dichtung sowohl für das Abdichten als auch das Befestigen der Kolbenstange gegenüber dem Gehäuse verwendet. Auch hierbei muss für jede gewünschte Länge des Aktuators sowohl die Länge der Kolbenstange als auch die Länge des Gehäuses geändert werden. Weiters wird die Führung der Kolbenstange durch ein separates Teil erreicht, wodurch die Herstellungskosten erhöht sind.
Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu beheben und einen Aktuator zu schaffen, bei dem die Trefferfläche vergrößert werden kann und bei dem unterschiedliche Längen der Kolbenstange mit ein und demselben Gehäuse verwirklicht werden können, ohne dabei den Herstellungsaufwand zu vergrößern, insbesondere ohne Drehteile zur Führung und Abdichtung der Kolbenstange zu verwenden.
Diese Aufgabe wird durch einen pyrotechnischen Aktuator der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Dichtelement eine entsprechende gegengleiche Stufe aufweist, sodass das Dichtelement auf der Stufe der Kolbenstange aufsitzt.
Im Gegensatz zur erwähnten EP 2699455 B ist das Dichtelement nicht als Kappe ausgebildet, sondern als im Wesentlichen rohrförmiges Dichtelement, welches von der Kolbenstange durchsetzt ist. Ein erfindungsgemäßer Aktuator besitzt somit ein im Wesentlichen rohrförmiges Dichtelement mit zwei Innendurchmessern, das auf einer Stufe der Kolbenstange sitzt.
Dadurch, dass die Kolbenstange das Dichtelement durchsetzt, ist es möglich, dass die Kolbenstange über das Dichtelement vorsteht, und zwar je nach benötigter Länge des Aktuators unterschiedlich weit vorsteht. Somit braucht nur der Kolben geändert zu werden, wenn man eine andere Länge des Aktuators benötigt.
Außerdem kann man vorsehen, dass am zünderfernen Ende der Kolbenstange ein scheibenförmiges Bauteil fixiert ist, dessen Durchmesser größer ist als der kleinere Außendurchmesser der Kolbenstange, vorzugsweise auch größer ist als der größere Außendurchmesser der Kolbenstange. Auf diese Weise ist die Trefferfläche entsprechend vergrößert.
In diesem Fall ist es günstig, wenn das Dichtelement an seinem zünderfernen Ende außen eine Querschnittsaufweitung besitzt. Auf diese Weise wird zusätzlich zwischen dem scheibenförmigen Bauteil und dem Gehäuse eine Abdichtung erzielt.
Wenn das Dichtelement an seinem zünderfernen Bereich eine umlaufende Dichtrippe besitzt, wird diese Abdichtung noch verbessert.
Es ist bevorzugt, dass das Dichtelement in verbautem Zustand gegen das Gehäuse axial vorgespannt ist. Diese axiale Vorspannung dient einerseits zur Vermeidung von Klingelgeräuschen und kompensiert andererseits die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen der verwendeten Materialien.
Weiters wird es dadurch möglich, dass zwischen dem Dichtelement und dem Gehäuse auf der dem Zünder zugewandten Seite der Stufe in radialer Richtung ein Abstand vorhanden ist. Dies erleichtert den Zusammenbau des Aktuators erheblich, weil die Kolbenstange mit aufgesetztem Dichtelement (oder auch das Dichtelement allein) von der Zünderseite her eingeschoben werden kann, ohne dass dieser Vorgang durch Reibung behindert wird. Wenn dann danach der Zünder eingesetzt wird, übt man mit diesem eine axiale Kraft auf die Kolbentulpe und damit auf die Kolbenstange aus und bewirkt die axiale Vorspannung des Dichtelements gegen das Gehäuse, wodurch die Dichtwirkung erzielt wird.
Andererseits ist es günstig, wenn zwischen dem Dichtelement und der Kolbenstange auf der dem Zünder zugewandten Seite der Stufe eine Presspassung besteht, d.h. der Innendurchmesser des Dichtelements (vorzugsweise der größere Innendurchmesser) ist vor dem Zusammenbau kleiner als der entsprechende Außendurchmesser der Kolbenstange. Da das Dichtelement aus einem elastischen Material besteht, hält es ‑ nachdem es auf die Kolbenstange geschoben wurde ‑ auf dieser, was den Zusammenbau erleichtert.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, dass das Dichtelement bei Auslösung des Aktuators aufgeweitet wird und so die Kolbenstange freigibt. In diesem Fall soll die Stufe möglichst keine scharfen Kanten aufweisen, sondern möglichst abgerundet sein, auch eine kontinuierliche Änderung des Durchmessers ist möglich.
So wie dies gemäß der bereits mehrfach erwähnten EP 2699455 B der Fall ist, kann aber auch bei der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass das Dichtelement bei Auslösung des Aktuators zerrissen wird, sodass die Kolbenstange ausgeschoben werden kann.
Das Zerreißen wird erleichtert, wenn der Winkel der Stufe des Dichtelements zur Innenfläche in Richtung Zünder maximal 90° beträgt. An solch einer scharfen Abwinkelung kann das Dichtelement leicht reißen, insbesondere dann, wenn in diesem Bereich auch der Querschnitt des Dichtelements reduziert ist.
Weiters ist es günstig, wenn im Bereich der Stufe des Dichtelements ein umlaufender Vorsprung vorgesehen ist. Solch ein Vorsprung kann leichter verformt werden als das gesamte Dichtelement, sodass der Weg, um eine bestimmte axiale Vorspannung zu erreichen, vergrößert wird, sodass sich minimale Verschiebungen des Kolbens nicht nachteilig auf die axiale Vorspannung auswirken. Außerdem ergibt sich neben dem Vorsprung zwangsläufig eine Vertiefung, eine Art Nut, wo das Dichtelement besonders leicht einreißt.
Das Zerreißen des Dichtelements kann weiters dadurch erleichtert werden, dass die Stufe der Kolbenstange eine scharfe Kante oder eine Hinterschneidung besitzt.
Als Materialien für das Dichtelement kommen beispielsweise Gummi, TPE oder Silikon in Frage. Mit solchen Materialien kann man sicherstellen, dass das Dichtelement eine Härte von 50-90 Shore A aufweist und dass Dichtelement eine elastische Dehnung von zumindest 0,4 mm quer zur Längsachse besitzt, d.h. eine Vergrößerung des Durchmessers um zumindest 0,4 mm ohne Bruch zulässt.
Zur Fixierung der Kolbenstange in der Ausgangslage ist es günstig, wenn das Dichtelement eine Durchbruchskraft für die Kolbenstange von mindestens 200 N besitzt, besonders günstig ist eine Durchbruchskraft von mindestens 300 N.
Eine besonders einfache Ausführung ergibt sich, wenn das Dichtelement zwei im Wesentlichen zylindrische Bereiche mit unterschiedlichen Innendurchmessern besitzt. In diesem Fall kann auch die Kolbenstange zu beiden Seiten der Stufe zylindrisch sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
An Hand der beiliegenden Zeichnungen wird die vorliegende Erfindung näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Aktuator in perspektivischer Ansicht; Fig. 2 denselben im Längsschnitt; Fig. 3 den Ausschnitt III von Fig. 2 in vergrößertem Maßstab; und Fig. 4 das Dichtelement im gleichen Maßstab wie in Fig. 3.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
Wie man aus Fig. 1 erkennt, weist der pyrotechnische Aktuator 1 ein Gehäuse 2 auf, das mit einem Halter 3 fest verbunden ist. In Fig. 2 ist dieser pyrotechnische Aktuator 1 im Längsschnitt dargestellt, wobei das Detail III in Fig. 3 vergrößert dargestellt ist. Zu beachten ist dabei, dass das Dichtelement 5 in der Ausgangslage (nicht verformt) dargestellt ist und daher mit anderen Bauteilen überlappt. Dies dient zur Illustration, damit man erkennt, in welchen Bereichen das Dichtelement 5 deformiert ist; tatsächlich liegt das Dichtelement in diesen Überlappungsbereichen am benachbarten Bauteil mit einem gewissen Druck (wegen der Elastizität des Dichtelements) an, ohne zu überlappen.
In Fig. 2 und 3 sieht man, dass das Gehäuse 2 eine Verjüngung 19 und daran anschießend einen verjüngten Bereich 18 aufweist, auf den der Halter 3 aufgeschoben wurde, bis er an der Verjüngung 19 anlag. Danach wurde das Gehäuse 2 im Bereich 18a nach außen umgebogen, sodass eine feste Verbindung zwischen dem Gehäuse 2 und dem Halter 3 besteht.
Wie man aus Fig. 2 erkennt, weist das Gehäuse 2 am gegenüberliegenden Ende einen Gasgenerator 20 auf, der wie üblich einen Zünder 21 mit elektrischen Anschlüssen 22 sowie eine Treibladung 23 aufweist. Dieser Gasgenerator 20 weist eine kreisringförmige Scheibe 25 auf, die etwas nach außen vorsteht. Auf beiden Seiten dieser Scheibe 25 ist das Gehäuse 2 in den Bereichen 26 zusammengepresst worden, sodass der Gasgenerator 20 zuverlässig im Gehäuse 2 fixiert ist.
Anschließend an den Gasgenerator 20 ist im Gehäuse 2 ein Kolben vorgesehen, der eine Kolbentulpe 4a aufweist, welche in eine Kolbenstange 4 übergeht. Diese Kolbenstange 4 durchsetzt das gesamte Gehäuse 2 und ragt mit ihrem Ende aus diesem heraus. An diesem Ende ist ein verjüngter Abschnitt 15 vorgesehen, auf den ein scheibenförmiges Bauteil 16 aufgeschoben wurde. Danach wurde der verjüngte Abschnitt 15 plastisch verformt, zum Beispiel vernietet (vernieteter Bereich 17) oder vertaumelt. Das scheibenförmige Bauteil 16 ist somit am Ende der Kolbenstange 4 zuverlässig fixiert.
Zwischen der Kolbenstange 4 und dem Gehäuse 2 ist ein Dichtelement 5 vorgesehen (siehe auch Fig. 4), das erfindungsgemäß besonders ausgestaltet ist. Zunächst ist es außen an die Kontur des Gehäuses 2 angepasst, d. h. es weist einen Bereich mit größerem Außendurchmesser 8 auf und einen Bereich mit verringertem Außendurchmesser 9, der im verjüngten Bereich 18 des Gehäuses 2 liegt. Auch die Kolbenstange 4 (siehe Fig. 2 und 3) weist einen Bereich mit größerem Außendurchmesser 12 und einen Bereich mit verringertem Außendurchmesser 13 auf, wobei sich zwischen diesen Bereichen eine Stufe 14 befindet. Dementsprechend hat das Dichtelement 5 (siehe Fig. 4) einen Bereich mit größerem Innendurchmesser 7 und einen Bereich mit kleinerem Innendurchmesser 6, zwischen denen sich eine Stufe 27 befindet. Wenn nun der Gasgenerator 20 gezündet wird, schneidet die Stufe 14 der Kolbenstange 4 das Dichtelement 5 durch, sodass die Kolbenstange 4 danach ungehindert ausfahren kann.
Bei der dargestellten Ausführungsform hat das Dichtelement 5 außerhalb des Gehäuses 2 eine Querschnittsaufweitung 10 mit einer Dichtrippe 11. Die Dichtrippe 11 liegt am scheibenförmigen Bauteil 16 (siehe Fig. 2 und 3) an, sodass auch hier eine Abdichtung erfolgt.
Damit sich das Dichtelement 5 leicht von der Gasgeneratorseite her einschieben lässt, ist auch der größere Außendurchmesser 8 des Dichtelements 5 etwas geringer als der Innendurchmesser des Gehäuses 2. Damit nun trotzdem eine zuverlässige Abdichtung gewährleistet ist, ist das Dichtelement 5 axial vorgespannt. Dies kann man bei der Herstellung dadurch erreichen, dass man den Gasgenerator 20 nicht nur so weit einschiebt, bis er an der Kolbentulpe 4a anliegt, sondern noch ein Stück weiter, sodass das Dichtelement 5 vorgespannt wird und gegen die Verjüngung 19 drückt. In dieser Position wird der Gasgenerator 20 fixiert, indem der Durchmesser des Gehäuses 2 in den Bereichen 26 beidseits der Scheibe 25 reduziert wird.
Damit dieses Vorspannen des Dichtelements 5 nicht zu viel Kraft erfordert, ist im Bereich der Stufe 27 (siehe Fig. 4) ein umlaufender Vorsprung 28 vorgesehen, der in Richtung zum Zünder gerichtet ist. Dieser Vorsprung 28 wirkt als eine Art Feder, er lässt sich leicht und relativ weit zusammendrücken und stellt somit eine Kraft in Richtung gegen die Verjüngung 19 (siehe Fig. 2 und 3) über einen sehr langen Zeitraum sicher.
Sollte sich der Kolben dennoch in Richtung zum Zünder 21 bewegen, wird die Querschnittsaufweitung 10 von dem scheibenförmigen Bauteil 16 gegen den umgebogenen Bereich 18a des Gehäuses 2 gedrückt, sodass auch in diesem Fall eine Abdichtung gegen die Außenwelt gegeben ist.
Die Montage geschieht wie folgt:
Zunächst schiebt man den verjüngten Bereich 18 des Gehäuses 2 in den Halter 3, bis er an der Verjüngung 19 anliegt, und biegt den Bereich 18a nach außen, sodass Gehäuse 2 und Halter 3 fest verbunden sind. Dann schiebt man das Dichtelement 5 von der Gasgeneratorseite her in das Gehäuse 2 ein, bis die Querschnittsaufweitung 10 aus dem Gehäuse 2 austritt. Dies ist wegen der Elastizität des Dichtelements 5 leicht möglich, weil dieses rohrförmig ist und der Hohlraum in der Mitte frei ist, die Innendurchmesser 6 und 7 also leicht verringert werden können. Dann führt man den Kolben mit der Kolbenstange 4 voraus von der Gasgeneratorseite her in das Gehäuse 2 ein, bis die Kolbenstange 4 auf das Dichtelement 5 trifft. Da dieses eine Einlaufschräge 5a hat, ist es leicht, die Kolbenstange 4 in den axialen Hohlraum des Dichtelements 5 zu führen und die Kolbentulpe 4a so weit weiterzuschieben, bis die Kolbenstange 4 aus dem Dichtelement 5 hervortritt. Das Dichtelement 5 ist jetzt durch die Kolbenstange 4 fixiert, d.h. zu beiden Seiten des verjüngten Bereichs 18 befindet sich Material des Dichtelements 5, wodurch das Dichtelement 5 axial fixiert ist.
Danach drückt man mit einem Stempel auf die Kolbentulpe und drückt somit den Kolben, genauer die Kolbenstange 4, etwas weiter aus dem Gehäuse 2 heraus (wobei das Dichtelement 5 im Bereich der Verjüngung 19 des Gehäuses 2 vorgespannt wird), setzt auf den verjüngten Abschnitt 15 der Kolbenstange 4 das scheibenförmige Bauteil 16 auf und vernietet den überstehenden Bereich des verjüngten Abschnitts 15, sodass sich der vernietete Bereich 17 ergibt. Die für das Vernieten notwendige Kraft (mehrere kN) muss vom Stempel aufgenommen werden. Statt Vernieten sind auch andere Verfahren möglich, wie Vertaumeln oder Verschweißen. Wenn man danach den Stempel entfernt, entspannt sich das Dichtelement 5 und bewegt den Kolben etwas zurück, sodass das Dichtelement 5 im Bereich der Dichtrippe 11 vorgespannt wird. Somit ergibt sich durch die Querschnittsaufweitung 10 eine weitere Abdichtung, die noch verstärkt wird, wenn sich die Kolbenstange 4 in Richtung Zünder 21 bewegen sollte.
Schließlich setzt man den Gasgenerator 20 ein und drückt mit diesem den Kolben wieder etwas weiter in das Gehäuse 2 hinein (allerdings weniger weit als zuvor mit dem Stempel), wodurch das Dichtelement 5 von der Stufe 14 gegen die Verjüngung 19 gedrückt wird, sodass das Dichtelement 5 wieder axial vorgespannt wird. In diesem Zustand verringert man nun den Durchmesser des Gehäuses 2 in den Bereichen 26.
Wenn das Dichtelement 5 keine Querschnittsaufweitung 10 aufweist, kann die Montage auch einfacher erfolgen. Anstatt das Dichtelement 5 vorab in das Gehäuse 2 zu schieben, kann man es auch gleich auf die Kolbenstange 4 aufschieben und dann den Kolben samt Dichtelement 5 von der Gasgeneratorseite her in das Gehäuse 2 einschieben.
Aber auch bei Vorhandensein der Querschnittsaufweitung 10 ist eine ähnliche Montage möglich. Man setzt dann das Dichtelement 5 nur so weit auf die Kolbenstange 4 auf, bis die Stufe 14 der Kolbenstange 4 an der Einlaufschräge 5a anliegt. Dies ist möglich, weil der größere Innendurchmesser 7 des Dichtelements 5 im entspannten Zustand etwas kleiner ist als der größere Außendurchmesser 12 der Kolbenstange 4. In diesem Zustand führt man den Kolben samt Dichtelement 5 von der Gasgeneratorseite her in das Gehäuse 2 ein. In diesem Zustand ist der axiale Hohlraum des Dichtelements 5 im Bereich der Querschnittsaufweitung 10 frei, sodass das Dichtelement 5 dort leicht zusammengedrückt werden kann und der Kolben samt Dichtelement 5 soweit eingeschoben werden kann, bis das Dichtelement 5 mit seiner Querschnittsaufweitung 10 aus dem Gehäuse 2 austritt. In diesem Zustand liegt das Dichtelement 5 an der Verjüngung 19 an, kann also nicht weiter eingeschoben werden. Drückt man nun weiter auf die Kolbentulpe 4a, gelangt die Stufe 14 über die Einlaufschräge 5a in den Bereich des Dichtelements 5 mit größerem Innendurchmesser 7, solange, bis die Stufe 14 an der Stufe 27 des Dichtelements 5 anliegt. Danach erfolgt die weitere Montage wie oben beschrieben.
Durch das Dichtelement 5 wird die Kolbenstange 4 im Gehäuse 2 zentriert, und bei Zündung des Gasgenerators 20 führt das Dichtelement 5 die Kolbenstange 4 beim Ausfahren.
Bei dem dargestellten Beispiel ist die Kolbentulpe 4a nicht gegen das Gehäuse 2 abgedichtet, d.h. rund um die Kolbenstange 4 herrscht etwa der gleiche Druck wie zwischen dem Gasgenerator 20 und der Kolbentulpe 4a. Die wirksame Kraft ergibt sich daher durch diesen Druck mal der Querschnittsfläche der Kolbenstange 4 (und nicht der Querschnittsfläche der Kolbentulpe 4a).
Da um die Kolbenstange 4 herum bei der Auslösung des Gasgenerators 20 der Gasdruck des Gasgenerators 20 herrscht, sollte auch eine Abdichtung zwischen der Kolbenstange 4 und dem Gehäuse 2 erfolgen. Zwischen dem Dichtelement 5 und der Kolbenstange 4 ist die Abdichtung automatisch gegeben, weil das Dichtelement 5 an der Kolbenstange 4 elastisch anliegt. Zwischen dem Dichtelement 5 und dem Gehäuse 2 scheint nach dem Abreißen des Dichtelements 5 keine Abdichtung mehr zu bestehen, weil die Stufe 14 der Kolbenstange 4 nicht mehr gegen das Dichtelement 5 drückt. Dies ist jedoch kein Problem, weil die Gasdruckwelle auf die Stirnfläche 29 des Dichtelements 5 trifft, dieses dadurch axial belastet und gegen die Verjüngung 19 drückt.
Bezugszeichenliste:
1 Aktuator
2 Gehäuse
3 Halter
4 Kolbenstange
4a Kolbentulpe
5 Dichtelement
6 kleinerer Innendurchmesser von 5
7 grösserer Innendurchmesser von 5
8 größerer Außendurchmesser von 5
9 kleinerer Außendurchmesser von 5
10 Querschnittsaufweitung von 5
11 Dichtrippe
12 größerer Außendurchmesser von 4
13 kleinerer Außendurchmesser von 4
14 Stufe zwischen 12 und 13
15 verjüngter Abschnitt von 4
16 scheibenförmiges Bauteil
17 vernieteter Bereich
18 verjüngter Bereich von 2
18a Bereich von 2, nach außen umgebogen
19 Verjüngung von 2
20 Gasgenerator
21 Zünder
22 elektrische Anschlüsse
23 Treibladung
25 Scheibe von 20
26 Bereich von 2 um 25
27 Stufe
28 Vorsprung
29 Stirnfläche

Claims (18)

  1. Pyrotechnischer Aktuator (1), der ein rohrförmiges Gehäuse (2) umfasst, welches an einem Ende einen pyrotechnischen Zünder (21) aufweist, und der weiters einen Kolben mit Kolbentulpe (4a) und Kolbenstange (4) umfasst, wobei die Kolbentulpe (4a) in dem Gehäuse (2) durch den Zünder (21) von einer dem Zünder (21) benachbarten Ausgangslage in eine vom Zünder (21) entfernte Endlage verschiebbar ist, und wobei am dem Zünder (21) abgewandten Ende des Gehäuses (2) ein einstückiges Dichtelement (5) zwischen der Kolbenstange (4) und dem Gehäuse (2) vorgesehen ist, wobei die Kolbenstange (4) das Dichtelement (5) durchsetzt und im Bereich des Dichtelements (5) eine Stufe (14) aufweist, wobei der Außendurchmesser (13) der Kolbenstange (4) auf der dem Zünder (21) abgewandten Seite der Stufe (14) geringer ist als der Außendurchmesser (12) auf der dem Zünder (21) zugewandten Seite der Stufe (14), dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (5) eine entsprechende gegengleiche Stufe (27) aufweist, sodass das Dichtelement (5) auf der Stufe (14) der Kolbenstange (4) aufsitzt.
  2. Pyrotechnischer Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (4) über das Dichtelement (5) vorsteht.
  3. Pyrotechnischer Aktuator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am zünderfernen Ende der Kolbenstange (4) ein scheibenförmiges Bauteil (16) fixiert ist, dessen Durchmesser größer ist als der kleinere Außendurchmesser (13) der Kolbenstange (4), vorzugsweise auch größer ist als der größere Außendurchmesser (12) der Kolbenstange (4).
  4. Pyrotechnischer Aktuator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (5) an seinem zünderfernen Ende außen eine Querschnittsaufweitung (10) besitzt.
  5. Pyrotechnischer Aktuator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (5) an seinem zünderfernen Bereich eine umlaufende Dichtrippe (11) besitzt.
  6. Pyrotechnischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (5) in verbautem Zustand gegen das Gehäuse (2) axial vorgespannt ist.
  7. Pyrotechnischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Dichtelement (5) und dem Gehäuse (2) auf der dem Zünder (21) zugewandten Seite der Stufe (14) in radialer Richtung ein Abstand vorhanden ist.
  8. Pyrotechnischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Dichtelement (5) und der Kolbenstange (4) auf der dem Zünder (21) zugewandten Seite der Stufe (14) eine Presspassung besteht.
  9. Pyrotechnischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (5) bei Auslösung des Aktuators aufgeweitet wird und so die Kolbenstange (4) freigibt.
  10. Pyrotechnischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (5) bei Auslösung des Aktuators zerrissen wird.
  11. Pyrotechnischer Aktuator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel der Stufe (27) des Dichtelements (5) zur Innenfläche in Richtung Zünder (21) maximal 90° beträgt.
  12. Pyrotechnischer Aktuator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Stufe (27) des Dichtelements (5) ein umlaufender Vorsprung (28) vorgesehen ist.
  13. Pyrotechnischer Aktuator nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufe (14) der Kolbenstange (4) eine scharfe Kante oder eine Hinterschneidung besitzt.
  14. Pyrotechnischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (5) aus Gummi, TPE oder Silikon hergestellt ist.
  15. Pyrotechnischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (5) eine Härte von 50-90 Shore A aufweist.
  16. Pyrotechnischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (5) eine elastische Dehnung von zumindest 0,4 mm quer zur Längsachse besitzt.
  17. Pyrotechnischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (5) eine Durchbruchskraft für die Kolbenstange (4) von mindestens 200 N besitzt.
  18. Pyrotechnischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (5) zwei im Wesentlichen zylindrische Bereiche mit unterschiedlichen Innendurchmessern (6, 7) besitzt.
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