DE102006008900A1

DE102006008900A1 - Aktuator für eine aktive Haube

Info

Publication number: DE102006008900A1
Application number: DE200610008900
Authority: DE
Inventors: Joachim SCHÄFER
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-02-27
Filing date: 2006-02-27
Publication date: 2007-08-30
Also published as: WO2007098901A1

Abstract

Ein pneumatischer Aktuator für eine aktive Haube umfasst einen Zylinder, einen an dem Zylinder zwischen einer Ruhestellung und einer ausgefahrenen Stellung geführt bewegbaren Kolben und einen Riegel (31), der in der Ruhestellung des Kolbens zwischen einer Verriegelungsstellung, in der er in eine Bohrung des Kolbens und des Zylinders eingreift, und Kontaktzonen (41) am Umfang des Riegels (31) eine Wand der Bohrung des Kolbens oder des Zylinders (7) berühren, in eine Freigabestellung, in der er eine Bewegung des Kolbens (22) zulässt, pneumatisch antreibbar ist. Am Umfang des Riegels (31) können Nichtkontaktzonen (42) geformt sein, für die ein Kontakt mit der Wand der Bohrungen (26, 30) ausgeschlossen ist, oder der Riegel kann auf wenigstens einem Teil seines Umfangs in Richtung von der Freigabestellung zur Verriegelungsstellung verjüngt sein.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen pneumatischen Aktuator für eine aktive Haube eines Kraftfahrzeuges.

Unter einer aktiven Haube wird eine Haube verstanden, die bei einem Unfall durch einen oder mehrere Aktuatoren automatisch angehoben wird, um den Abstand zwischen der Haube und darunterliegenden, schwer verformbaren Teilen des Kraftfahrzeuges zu vergrößern und so einem eventuell auf die Haube aufschlagenden Fußgänger einen verlängerten Deformationsweg zur Verfügung zu stellen. So soll vermieden werden, dass der Fußgänger mit einer Geschwindigkeit auf die nicht verformbaren Karosserieteile prallt, die zu lebensgefährlichen Verletzungen führen kann.

Die Aktuatoren für eine solche Haube können auf unterschiedliche Art und Weise angetrieben sein. So beschreiben zum Beispiel DE 197 12 961 A1 und DE 103 31 018 A1 mechanische, durch Federn angetriebene Aktuatoren. In DE 197 12 961 A1 wirkt eine Druckfeder einerseits auf die Karosserie eines Fahrzeuges und andererseits auf einen langgestreckten Scharnierträger, der an einem Ende durch ein Gelenk und an einem anderen Ende durch einen lösbaren Riegel an der Karosserie verankert ist und Lenker eines Mehrgelenkscharniers trägt, welche eine Bewegung zum Öffnen und Schließen der Haube führen. Ein Nachteil dieser bekannten mechanischen Aktuatoren ist, dass sie zum Speichern der für ein schnelles Anheben der Haube benötigten Energie kräftige und dementsprechend schwere Federn benötigen.

Ein günstigeres Verhältnis von Gewicht zu verfügbarer Antriebsenergie ist durch Verwendung von pneumatisch, insbesondere auf pyrotechnischem Wege, durch Zünden einer Treibladung, angetriebene Aktuatoren zu erreichen. Pyrotechnische Aktuatoren haben jedoch das Problem, dass der sie antreibende Gasdruck nur im Moment des Anhebens der Haube verfügbar ist. Unter normalen Betriebsbedingungen ist der Zylinder eines solchen Aktuators drucklos, und ein eventuelles Spiel des Kolbens in Bezug auf den Zylinder im drucklosen Zustand überträgt sich auf die Haube, wenn diese nur von Aktuatoren dieses Typs gehalten ist. Es sind daher Konstruktionen mit zerstörbaren Brücken vorgeschlagen worden, die unter normalen Betriebsbedingungen unversehrt bleiben und die Haube sicher und spielfrei an der Karosserie verankern, die aber bei einem Unfall zerstört werden, um eine Anhebung der Haube zu ermöglichen. Die zum Zerstören der Brücken erforderliche Energie muss gleichzeitig mit der Energie zum Anheben der Haube zur Verfügung stehen, was eine entsprechend leistungsfähige Energiequelle erforderlich macht. Darüber hinaus beinhaltet die Zerstörung der Brücken eine irreversible Beschädigung des gesamten Aufbaus, so dass nach jeder Auslösung der Aktuatoren kostspielige Reparaturen selbst dann erforderlich sind, wenn die Haube bei einem Unfall, der zur Auslösung der Aktuatoren geführt hat, ansonsten in keiner Weise betroffen gewesen ist.

Es besteht daher Bedarf nach einem pneumatischen Aktuator für eine aktive Haube, der eine ohne Zuhilfenahme von zerstörbaren Brücken einen festen Halt der Haube an der Karosserie zu vermitteln vermag.

In einer noch unveröffentlichten Patentanmeldung der ACTS-GmbH, Sailauf, ist ein pneumatischer Aktuator für eine aktive Haube beschrieben, der ohne Zuhilfenahme von zerstörbaren Brücken einen festen Halt der Haube an der Karosserie zu vermitteln vermag, indem ein Kolben, der an einem Zylinder des Aktuators zwischen einer Ruhestellung und einer ausgefahrenen Stellung geführt bewegbar ist, in der Ruhestellung durch einen Riegel festlegbar ist, der in eine Bohrung des Kolbens und eine Bohrung des Zylinders eingreift.

Wenn ein solcher Aktuator nach erfolgter Auslösung reversiert und weiterverwendet wird, ist es nicht ausgeschlossen, dass durch die bei der Auslösung des Aktuators auftretenden heißen, aggressiven Gase die Oberfläche des Riegels und der ihn führenden Bohrungen angegriffen wird. Wenn dadurch die Beweglichkeit des Riegels zu stark eingeschränkt wird, könnte es geschehen, dass der Riegel blockiert, und der Aktuator die Haube nicht anheben kann. Es ist daher wünschenswert, über einen verriegelbaren pneumatischen Aktuator zu verfügen, bei dem die Entriegelung auch nach mehrfacher Auslösung noch zuverlässig funktioniert.

Ein solcher Aktuator ist in Anspruch 1 definiert. Während bei einem Aktuator mit formschlüssig in die Bohrungen des Kolbens und des Zylinders eingreifenden Riegel, insbesondere einem Riegel von zylindrischer Gestalt, im Prinzip jeder Punkt der Riegeloberfläche mit der Wand einer Bohrung in Kontakt kommen kann und die Kontaktzonen um so ausgedehnter sind, je exakter die Querschnitte von Riegel und Bohrungen aneinander angeglichen sind, sind beim erfindungsgemäßen Riegel durch die Form von dessen Umfang Nichtkontaktzonen festgelegt, die mit der Wand der Bohrungen nicht in Kontakt gelangen können. Die Ausdehnung der Flächen, auf denen sich der Riegel und die Wände der Bohrungen berühren können, ist dadurch reduziert, und dementsprechend ist auch die Gefahr eines Steckenbleibens des Riegels bei Betätigung des Aktuators verringert.

Vorzugsweise sind die Kontaktzonen durch langgestreckte, schmale Rippen gebildet, die durch als die Nichtkontaktzonen fungierende Vertiefungen voneinander getrennt sind.

Insbesondere kann der Riegel einen vieleckigen Querschnitt haben, während die Bohrungen einen runden Querschnitt aufweisen.

Um zu verhindern, dass bei einer Auslösung des Aktuators Arbeitsgas über die Nichtkontaktzonen ungenutzt am Riegel vorbeistreicht, ist vorzugsweise ein dem die Bewegung des Riegels antreibenden Arbeitsgas zugewandter Stirnabschnitt des Riegels von Nichtkontaktzonen frei.

Eine andere Möglichkeit, ein Steckenbleiben des Riegels zu verhindern, ist, diesem auf wenigstens einem Teil seines Umfangs eine in Richtung von der Freigabestellung zur Verriegelungsstellung verjüngte Form zu geben. Diese Formgebung führt dazu, dass eine winzige Verschiebung des Riegels in Richtung der Freigabestellung ausreicht, um die Reibung zwischen dem Riegel und den Wänden der Bohrungen erheblich zu verringern. Es genügt daher ein vergleichsweise geringer Druck des Arbeitsgases, um den Riegel in Bewegung zu setzen.

Im einen wie im anderen Falle sind der Kolben und der Riegel vorzugsweise durch eine gleiche Druckgasquelle antreibbar.

Zweckmäßigerweise versperrt der Riegel in der Verriegelungsstellung eine Gaseinlassleitung des Zylinders, so dass in einer Arbeitskammer des Zylinders, die die Bewegung des Kolbens antreibt, kein Druck aufgebaut werden kann, so lange nicht der Riegel verschoben ist und die Gaseinlassleitung freigibt.

Vorzugsweise verläuft die Gaseinlassleitung entlang der Bohrungen. Mit anderen Worten sind die Bohrungen selber ein Teil der Gaseinlassleitung.

Über einen Kanal, der sich vom stromabwärtigen Ende der Bohrung des Kolbens zu einer Bodenfläche des Zylinders erstreckt, gelangt nach Verschiebung des Riegels in die Freigabestellung Arbeitsgas an den Boden des Zylinders und treibt den Kolben heraus.

Vorzugsweise ist die Arbeitskammer in eine Vorkammer und eine Hauptkammer gegliedert, wobei der freie Querschnitt der Vorkammer kleiner als der der Hauptkammer ist und die Bohrung in einem in die Vorkammer eingreifenden Verriegelungsvorsprung des Kolbens gebildet ist. Dies ermöglicht eine sichere Verriegelung des Kolbens bei gleichzeitig geringem Hub des Riegels zwischen der Verriegelungsstellung und der Freigabestellung.

Wenn der Verriegelungsvorsprung den freien Querschnitt der Vorkammer auf wenigstens einem Teil ihrer Länge ausfüllt, kann dadurch verhindert werden, dass unter Druck stehendes Arbeitsgas in maßgeblicher Menge in die Hauptkammer gelangt und auf deren Querschnitt Druck auf den Kolben ausübt, bevor dieser vollständig entriegelt ist.

Eine an einem Ende des Riegels angebrachte, die Bohrungen überdeckende Schulter kann einerseits als ein Anschlag dienen, der die Verriegelungsstellung des Riegels festlegt, zum anderen kann bei Betätigung des Aktuators Arbeitsgas, welches über die Nichtkontaktzonen am Riegel vorbeiströmt, Druck auf die Schulter ausüben und dadurch zur Entriegelung beitragen.

Um zu verhindern, dass in einer Nebenkammer, in der die Schulter verschiebbar geführt ist, sich bei Betätigung des Aktuators ein Gegendruck aufbaut, der die Entriegelung erschwert, kann vorgesehen werden, dass die Nebenkammer mit der Umgebung kommuniziert.

Um eine Reversierung des Kolbens nach Betätigung zu ermöglichen, ist vorzugsweise der Riegel in seiner Freigabestellung reversibel arretierbar. Hierfür kann ein Sperrkörper vorgesehen werden, der, wenn sich der Riegel in der Freigabestellung befindet, zwischen einer Blockierstellung, in der er eine Rückkehr des Riegels in die Verriegelungsstellung blockiert, und einer versenkten Stellung beweglich ist, in der er die Rückkehr des Riegels in die Verriegelungsstellung zulässt.

Der Sperrkörper kann am Boden der Vorkammer angeordnet sein.

Der Sperrkörper weist vorzugsweise eine erste Andrückfläche auf, an der in der Freigabestellung des Riegels dessen Stirnseite anliegt und die bündig mit einer Oberfläche des Kolbens ist, auf die die Bohrung mündet. Wenn der Riegel aus der Bohrung verdrängt ist, kann der Kolben ausfahren, wobei die Oberfläche, auf die die Bohrung mündet, an der Stirnseite des Riegels entlang gleitet. Zusammen mit der Auswärtsbewegung des Kolbens kann der Sperrkörper nachrücken, und die Stirnfläche des Riegels kommt an der ersten Andrückfläche zu liegen.

Eine zweite Andrückfläche des Sperrkörpers drückt in der Blockierstellung des Sperrkörpers gegen den Umfang des Riegels, so dass der Sperrkörper den Riegel nicht passieren kann.

Eine dritte Andrückfläche des Sperrkörpers schlägt in der verriegelten Stellung des Kolbens am Kolben an und legt so in dieser Stellung die Position des Sperrkörpers fest.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
1 1 ein Kraftfahrzeug mit einer von Aktuatoren in einer angehobenen Stellung gehaltenen Haube;
2 eine perspektivische auseinandergezogene Ansicht eines Aktuators gemäß der Erfindung;
3 einen schematischen Schnitt durch den Aktuator der 2;
4 eine perspektivische Ansicht des in dem Aktuator verwendeten Riegels gemäß einer ersten Ausgestaltung;
5 den Riegel gemäß einer zweiten Ausgestaltung;
6 den von dem Riegel gemäß 4 oder 5 verriegelbaren Kolben;
7 den Riegel gemäß einer dritten Ausgestaltung; und
8 den von dem Riegel gemäß 7 verriegelbaren Kolben.
1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug mit einer Motorhaube 1, die durch benachbart zum vorderen bzw. hinteren Rand der Haube 4, 2 angeordnete Aktuatoren 5, 3 in einer gegenüber einer Normalstellung, in der sie mit benachbarten Karosserieteilen 6 bündig ist, angehobenen Stellung gehalten ist. Die Haube 1 ist ausschließlich durch die Aktuatoren 3, 5 unterstützt.
2 zeigt eine perspektivische auseinandergezogene Ansicht eines der zwei hinteren Aktuatoren 3. Er umfasst einen langgestreckten Zylinder 7, der zwei Befestigungsflansche zur Montage des Zylinders 7 an einem starren Rahmen des Kraftfahrzeuges trägt. An einem unteren Ende des Zylinders 7 ist ein Gaseinlassflansch 9 mit Einlassöffnung 10 angeordnet. Ein Gasgeneratorträger 11 ist vorgesehen, um gasdicht an dem Einlassflansch 9 befestigt zu werden. Der Gasgeneratorträger 11 weist Kammern für drei Gasgeneratoren 12 auf, die mit der Einlassöffnung 10 verbunden sind. In einem Durchgang zwischen jeder Kammer und der Einlassöffnung 10 kann jeweils eine in der Figur nicht gezeigte zerstörbare Trennwand in dem Gasgeneratorträger 11 angebracht sein, die aufreißt, wenn der Gasgenerator 12 in der ihr zugeordneten Kammer gezündet wird, die aber einen in der ihr zugeordneten Kammer untergebrachten Gasgenerator 12 davor schützt, durch die Explosion eines Gasgenerators 12 in einer benachbarten Kammer mitgezündet zu werden.
Ein an der vom Zylinder 7 abgewandten Seite des Gasgeneratorträgers 11 zu montierender Deckel 13 enthält eine elektronische Zündschaltung, die jeweils bei Empfang eines Zündbefehls über ein Signalkabel 14 einen der Gasgeneratoren 12 zündet.
Der Aktuator der 2 ist somit in der Lage, drei Aufstellbewegungen der Haube 1 anzutreiben, bevor er verbraucht ist und ausgetauscht werden muss.
Es liegt auf der Hand, dass auch mehr oder weniger als drei Gasgeneratoren 12 in dem Gasgeneratorträger 11 untergebracht sein können. Die Zahl der Gasgeneratoren wird im Allgemeinen jedoch nicht größer sein als fünf oder sechs, da die Zahl der zu erwartenden Haubenaufstellbewegungen während der Lebensdauer eines Kraftfahrzeuges beschränkt ist.
Grundsätzlich käme auch ein Gasgeneratorträger mit einem einzigen Gasgenerator in Frage, der dann jedes Mal nach einer Aufstellung der Haube 1 ausgetauscht werden müsste, während der Zylinder selber im Fahrzeug verbleiben könnte. Ein Austausch des Generatorträgers, der dann nach jeder Aufstellung der Haube 1 erforderlich wäre, würde jedoch erhebliche Sicherheitsvorkehrungen erfordern, die in einer Kfz-Werkstatt nur schwierig zu gewährleisten sind.
Eine an einer oberen Stirnseite 16 des Zylinders 7 austretende Kolbenstange 18 ist an ihrer Spitze mit einem Gewinde versehen. Das Gewinde ist vorgesehen, um in einen Scharnierträger 19 eingeschraubt zu werden, an dem ein Lenker oder, im bevorzugten Fall eines Einge lenkscharniers, ein fest an der Haube 1 angebrachtes Scharnierteil 17 angelenkt ist. Ein Pufferstück 20 aus Hartgummi oder einem anderen geringfügig elastisch verformbaren Material mit einer zentralen Bohrung 21 ist vorgesehen, um auf die Kolbenstange 18 aufgesteckt und in der Ruhestellung des Aktuators zwischen dem Scharnierträger 19 und der Stirnseite 16 des Zylinders eingeklemmt und verformt zu werden. Hierfür ist die Kolbenstange 18 im Ruhezustand in dem Zylinder 7 verriegelt, wie im Folgenden noch genauer beschrieben wird. Die Verformung des Pufferstücks 20 ist stark genug, um eine Rückstellkraft des Pufferstücks 20 hervorzurufen, die größer ist als jede unter normalen Betriebsbedingungen, beim Fahren oder beim Öffnen und Schließen der Haube 1, auf die Haube wirkende Kraft. So findet unter normalen Betriebsbedingungen keine zusätzliche Verformung des Pufferstücks 20 statt, das heißt, der Scharnierträger 19 ist effektiv unbeweglich in Bezug auf den Zylinder 7 und die diesen tragende Karosserie.
3 zeigt den Zylinder 7 der 2 in einem axialen Schnitt. Eine interne Kammer 23 des Zylinders 7 ist gegliedert in eine Hauptkammer 24 und eine Vorkammer 25, die jeweils von zylindrischer Form und zueinander koaxial sind. Der freie Durchmesser der Vorkammer 25 ist deutlich kleiner als derjenige der Hauptkammer 24. Eine Bohrung 26 erstreckt sich zwischen der Vorkammer 25 und der Einlassöffnung 10.
Die Kolbenstange 18 hängt zusammen mit einem Kolben 22, der sich in seiner in der Figur gezeigten Ruhestellung am unteren Ende der Kammer 23 befindet. Der in 6 in einer perspektivischen Ansicht gezeigte Kolben 22 umfasst eine Kolbenplatte 27, die den Querschnitt der Hauptkammer 24 ausfüllt, und einen von der Kolbenplatte 27 nach unten in die Vorkammer 25 hinein abstehenden Zapfen 28. In einem oberen Bereich der Vorkammer 25, zwischen der Einmündung der Bohrung 26 in die Vorkammer 25 und der Hauptkammer 24, füllt der Zapfen 28 den Querschnitt der Vorkammer 25 aus. Eine Spitze 29 des Zapfens 28 ist im Querschnitt halbzylindrisch und liegt mit ihrer gekrümmten Außenseite dicht an der Wand der Vorkammer 25 rings um die Einmündung der Bohrung 26 an. Eine mit der Bohrung 26 fluchtende Bohrung 30 durchsetzt die Spitze 29 des Zapfens 28.
Ein in der Figur halb in Seitenansicht, halb im Schnitt gezeigter Riegel 31 ist in der Bohrung 30 verschiebbar aufgenommen. Ein Stirnende 32 des Riegels 31 greift in die Bohrung 26 ein. Ein am gegenüberliegenden Fußende des Riegels 31 abstehender Ringflansch 33 ist in einer Kammer 34 verschiebbar aufgenommen, die an der der Bohrung 26 diametral gegenüberliegenden Seite der Vorkammer 25 gebildet ist. Eine in der Kammer 34 untergebrachte Druckfeder 35 hält den Riegel 31 in der gezeigten Position, in der der Ringflansch 33 an einer Schulter der Kammer 34 anliegt.
Am Boden der Vorkammer 25, unterhalb der Spitze 29 des Zapfens 28, ist ein Sperrkörper 36 angeordnet. Der Sperrkörper 36 hat eine gestufte Oberseite mit einer ersten horizontalen Andrückfläche 38, die in der gezeigten Konfiguration durch eine Druckfeder 37 gegen die Spitze 29 gedrückt ist, sowie einer vertikalen Andrückfläche 39 und einer weiteren horizontalen Andrückfläche 40, deren Funktion im Folgenden in Verbindung mit dem Entriegelungsvorgang und der Reversierung des Aktuators beschrieben wird.
Im Falle der Betätigung des Aktuators dringt Druckgas vom Gasgenerator 12 in die Bohrung 26 ein und drückt gegen die Stirnseite 32 des Riegels 31. Der Riegel 31 weicht unter dem Druck zurückt, bis er die Bohrung 30 im Zapfen 28 verlassen hat. Nun strömt das Gas durch die Bohrungen 26, 30 frei in die Vorkammer 25 und wirkt auf die Unterseite des Zapfens 28. Der Kolben 22 weicht dem Druck des Gases nach oben aus, da er mit dem Austritt des Riegels 31 aus der Bohrung 30 entriegelt ist. Gleichzeitig mit dem Kolben 22 bewegt sich der Sperrkörper 36 unter dem Druck der Feder 37 aufwärts, bis er durch den Kontakt der horizontalen Anschlagfläche 40 mit dem Riegel 31 gestoppt wird.
Sobald die Spitze 29 des Zapfens 28 beginnt, die Vorkammer 25 zu verlassen, strömt Druckgas aus der Vorkammer 25 in die Hauptkammer 24 ein und wirkt so auf die gesamte Querschnittsfläche des Kolbens 22 ein und treibt den Kolben mit großer Kraft aufwärts.
Es wäre auch eine Ausgestaltung denkbar, bei der die Kammer des Zylinders nicht unterteilt ist, der Zapfen 28 entfällt und stattdessen eine zu der Bohrung 30 homologe Bohrung in der Kolbenplatte selbst gebildet ist. Die in der Figur gezeigte Ausgestaltung hat demgegenüber jedoch eine Reihe von Vorteilen. Zum einen wird eine kompaktere Bauform erzielt, da die Kammer 34, in die der Riegel 31 bei der Entriegelungsbewegung ausweicht, nicht seitlich über das Zylindergehäuse überstehen muss. Ein weiterer Vorteil ist, dass eventuelles Leckgas, das durch die Bohrung 26 kommend unter Umgehung der Bohrung 30 des Zapfens 28 direkt in die Vorkammer 25 gelangt, nur auf der kleinen Querschnittsfläche der Vorkammer 25 Druck auf den Kolben ausüben kann, der die Entriegelung erschweren könnte. Des Weiteren genügt eine kurze Bewegung des Riegels 31, um den Kolben freizugeben, so dass eine merkliche Verzögerung der Haubenanhebung durch den Entriegelungsvorgang vermieden wird.
Nach erfolgter Anhebung der Haube 1 baut sich der Gasdruck in der Kammer 23 allmählich ab, und die Feder 35 neigt dazu, den Riegel 31 in seine in 3 gezeigte Stellung zurückzutreiben. Die Verriegelungsstellung wird jedoch nicht erreicht; statt dessen drückt die Feder 35 lediglich die Stirnseite 32 des Riegels 31 gegen die vertikale Andrückfläche 39 des Sperrkörpers 36.
Daher stellt der Riegel 31 auch kein Hindernis dar, wenn der Kolben 22 später in seine Ausgangsstellung zurückgeschoben wird. Die Spitze 29 des Zapfens 28 kann die Stirnseite 32 des Riegels 31 passieren, trifft schließlich auf die Andrückfläche 38 und treibt den Sperrkörper 35 so weit abwärts, bis die Bohrung 30 mit dem Riegel 31 fluchtet und letzterer, angetrieben von der Feder 35, wieder die Bohrung 30 passiert und ein Stück weit in die Bohrung 26 eindrückt. Der Aktuator ist nun bereit, um erneut ausgelöst zu werden.
4 zeigt den Riegel 31 in einer detaillierten perspektivischen Ansicht. Der Riegel 31 ist vorgesehen, um in die Bohrungen 26, 30 von gleichem, jeweils kreisförmigem Querschnitt einzugreifen, ist aber seinerseits im Querschnitt nicht exakt kreisförmig, sondern hat die Gestalt eines Kreises mit etwas kleinerem Radius als dem der Bohrungen 26, 30, von dem mehrere sich in Längsrichtung des Riegels 31 erstreckende flache Rippen 41 abstehen. Die Höhe der Rippen 41 ist so klein gewählt wie erforderlich, um einen Kontakt der zwischen den Rippen 40 liegenden zylindersegmentförmigen Oberflächenbereiche 42 des Riegels 31 mit der Wand der Bohrung 26 bzw. 30 sicher auszuschließen. Die mögliche Kontaktfläche zwischen dem Riegel 31 und der Wand der Bohrungen 26, 30, an denen der Riegel 31 anhaften kann, beschränkt sich daher auf die Scheitelflächen der Rippen 41. Um diese Kontaktfläche zu minimieren, beträgt die Breite der Rippen 41 nur einen kleinen Bruchteil der Breite der dazwischen liegenden Bereiche 42.
Die Oberflächenbereiche 42 begrenzen zusammen mit den durch eine Strichpunktlinie angedeuteten Wänden der Bohrungen 26, 30 Kanäle, durch welche Druckgas in die Vorkammer 25 gelangen kann, noch bevor der Riegel 31 die Bohrung 30 verlassen hat. Infolge der geringen Höhe der Rippen 40 ist der Querschnitt dieser Kanäle jedoch klein und der darin auftretende Druckabfall ist groß, so dass ein Druck, der die Entriegelung maßgeblich erschweren könnte, sich vor dem Entweichen des Riegels 31 aus der Bohrung 30 nicht in der Vorkammer 25 aufbauen kann.
Eine alternative Ausgestaltung des Riegels 31 ist in 5 gezeigt. Hier sind die zwischen den Rippen 41 in die Umfangsfläche des Riegels eingetieften Oberflächenbereiche 42 deutlich tiefer als beim Riegel der 4, sie erstrecken sich jedoch nicht bis zur Stirnseite 32 des Riegels. Diese ist durch eine kreisrunde Scheibe gebildet, die mit geringer Toleranz in die Bohrungen 26, 30 eingepasst ist. Die Kontaktflächen, an denen der Rand der Scheibe die Bohrungen berührt, ist zwar in Umfangsrichtung der Scheibe um so größer, je enger die Toleranz ist, doch bleibt aufgrund der geringen Dicke der Scheibe die Kontaktfläche insgesamt klein.
Eine dritte Ausgestaltung der Erfindung wird anhand der 7 und 8 erläutert, die jeweils einen Riegel 31' und einen durch den Riegel zu verriegelnden Kolben 22' zeigen. Der Riegel 31' kann hier aufgefasst werden als die Überschneidung eines sich vom durch den Ringflansch 33 gebildeten Fußende zur Stirnseite 32 des Riegels 31 hin geringfügig verjüngenden Kegelstumpfes 44 und eines an zwei Seiten abgeflachten, zu dem Kegelstumpf 44 koaxialen Zylinders, der zwei über die Mantelfläche des Kegelstumpfes überstehende flache Rippen 45 und einen die beiden Rippen verbindenden Steg 46 an der Stirnseite 32 bildet.
Der Kolben 22' umfasst eine Kolbenplatte 27 und einen von der Kolbenplatte 27 nach unten abstehenden Zapfen 28, durch den sich die Bohrung 30 erstreckt. Die Bohrung 30 ist komplementär zum Riegel 31 im Wesentlichen kegelstumpfförmig und mit die Rippen 45 aufnehmenden Nuten 47 geformt, von denen in 8 nur eine sichtbar ist. Die untere Nut 47 ist durch eine Kerbe 48 mit der Unterseite des Zapfens 28 verbunden. Die Breite der Kerbe 48 ist wenigstens genauso groß wie die des Steges 46, und ihre Tiefe wenigstens so groß wie der Überstand des Steges 46 über die Stirnfläche 32.
In der verriegelten Stellung ist der Riegel 31' in Richtung des Pfeils 49 in die Bohrung 30 eingeführt und liegt formschlüssig an den Wänden der Bohrung 30 an. Es genügt bei Betätigung des Aktuators eine geringe Verschiebung des Riegels 31', um den Kegelstumpf 44 den Kontakt mit den Wänden der Bohrung 30 verlieren zu lassen, so dass der Riegel 31' leicht weiter beweglich ist. Über die aus der Verschiebung des Riegels 31' resultierenden Zwischenräume zwischen dem Kegelstumpf 44 und den Wänden der Bohrung 30 kann jedoch noch kein Gas in die Vorkammer 25 gelangen, da der Zapfen 28 diese auf ihrem gesamten Querschnitt ausfüllt und die Kerbe 48 durch die untere Rippe 45 des Riegels verdeckt ist. Erst wenn der Riegel 31 entgegen der Richtung des Pfeils 49 so weit verschoben ist, dass der Kegelstumpf 44 die Bohrung 26 vollständig verlassen hat, kann Gas an der Spitze des Steges 46 vorbei durch die Kerbe 48 fließen. Gleichzeitig ist jedoch der Kolben 22' entriegelt, der Steg 46 passiert die Kerbe 48, und der Kolben 22' hebt sich.
Um eine Reversierung des Aktuators zu ermöglichen, können der Riegel 31' und der Kolben 22' gemäß 7, 8 mit dem gleichen Sperrkörper 35, wie anhand von 3 beschrieben, wechselwirken. Die Kegelform erleichtert beim Reversieren das erneute Einrücken des Riegels 31' in die Bohrung 30. Es ist nicht erforderlich, dass der Riegel 31' in die Bohrung 30 sofort bis zu einer Endstellung einrückt, in der die Wände des Riegels und der Bohrung sich auf ihrem gesamten Umfang berühren, denn wenn überhaupt ein Eingriff zwischen Bohrung 30 und Riegel 31' stattgefunden hat, führen spätere Bewegungen des Kolbens 22', z.B. aufgrund von Erschütterungen im Fahrbetrieb, Windlast auf der Haube 1 oder einer sich auf die Haube 1 stützenden Person, dazu, dass der Riegel 31' im Laufe der Zeit immer weiter in die Bohrung 30 einrückt und schließlich die Endstellung erreicht.
Einer vierten Ausgestaltung zufolge, die eine Vereinfachung der dritten Ausgestaltung darstellt, sind am Riegel 31' die Rippen 45 und der Steg 46 weggelassen, d.h. der Riegel umfasst lediglich den Kegelstumpf 44 und den Ringflansch 33, und die Bohrung 30 ist rein kegelförmig. Die Mantelfläche des Kegelstumpfs 44 und/oder die Wand der Bohrung 30 kann im axialen Schnitt leicht konvex sein, um die Kontaktfläche zwischen Kolben 22' und Riegel 31' im verriegelten Zustand auf eine umlaufende Dichtlinie zu begrenzen. Ein Durchtritt von Gas in die Kammer 23 bzw. deren Vorkammer 25 ist dann zwar nicht mehr ausgeschlossen, sobald der Riegel sich unter dem Druck des Arbeitsgases geringfügig bewegt hat, doch kann bei geeigneter Auslegung des Kegelwinkels die durchtretende Gasmenge so klein sein, dass sie die Entriegelung des Kolbens nicht merklich behindert.

1: Motorhaube
2: Rand
3: Aktuator
4: Rand
5: Aktuator
6: Karosserieteil
7: Zylinder
8: Befestigungsflansch
9: Gaseinlassflansch
10: Einlassöffnung
11: Gasgeneratorträger
12: Gasgenerator
13: Deckel
14: Signalkabel
15
16: Stirnseite
17: Scharnierteil
18: Kolbenstange
19: Scharnierträger
20: Pufferstück
21: Bohrung
22: Kolbenplatte
23: Kammer
24: Hauptkammer
25: Vorkammer
26: Bohrung
27: Kolbenplatte
28: Zapfen
29: Spitze
30: Bohrung
31: Riegel
32: Stirnende
33: Ringflansch
34: Kammer
35: Druckfeder
36: Sperrkörper
37: Druckfeder
38, 39, 40: Andrückfläche
41: Rippe
42: Oberflächenbereich
44: Kegelstumpf
45: Rippe
46: Steg
47: Nut
48: Kerbe
49: Pfeil

Claims

Pneumatischer Aktuator (3, 5) für eine aktive Haube (1), mit einem Zylinder (7), einem an dem Zylinder (7) zwischen einer Ruhestellung und einer ausgefahrenen Stellung geführt bewegbaren Kolben (22) und einem Riegel (31), der in der Ruhestellung des Kolbens (22) zwischen einer Verriegelungsstellung, in der er in eine Bohrung (30) des Kolbens (22) und eine Bohrung (26) des Zylinders (7) eingreift und Kontaktzonen (41) am Umfang des Riegels (31) eine Wand der Bohrung (30) des Kolbens (22) oder der Bohrung (26) des Zylinders (7) berühren, in eine Freigabestellung, in der er eine Bewegung des Kolbens (22) zulässt, pneumatisch antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass am Umfang des Riegels (31) Nichtkontaktzonen (42) geformt sind, für die ein Kontakt mit der Wand der Bohrungen (26, 30) ausgeschlossen ist.
Pneumatischer Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktzonen (41) rippenförmig ausgebildet sind.
Pneumatischer Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem die Bewegung des Riegels (31) antreibenden Arbeitsgas zugewandter Stirnabschnitt (32) des Riegels (32) von Nichtkontaktzonen frei ist.
Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Riegel (31) einen vieleckigen Querschnitt und die Bohrungen (26, 30) einen runden Querschnitt aufweisen.
Pneumatischer Aktuator (3, 5) für eine aktive Haube (1), mit einem Zylinder (7), einem an dem Zylinder (7) zwischen einer Ruhestellung und einer ausgefahrenen Stellung geführt bewegbaren Kolben (22) und einem Riegel (31'), der in der Ruhestellung des Kolbens zwischen einer Verriegelungsstellung, in der er in eine Bohrung (30) des Kolbens (22') und eine Bohrung (26) des Zylinders (7) eingreift und Kontaktzonen (44, 45) am Umfang des Riegels (31') eine Wand der Bohrung (30) des Kolbens (22) oder der Bohrung (26) des Zylinders (7) berühren, in eine Freigabestellung, in der er eine Bewegung des Kolbens (22) zulässt, pneumatisch antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Riegel (31') auf wenigstens einem Teil (44) seines Umfangs in Richtung von der Freigabestellung zur Verriegelungsstellung verjüngt ist.
Pneumatischer Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (22, 22') und der Riegel (31, 31') durch eine gleiche Druckgasquelle (12) antreibbar sind.
Pneumatischer Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Riegel (31, 31') in der Verriegelungsstellung eine Gaseinlassleitung (26, 30) des Zylinders (7) versperrt.
Pneumatischer Aktuator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaseinlassleitung (26, 30) entlang der Bohrungen (26, 30) verläuft.
Pneumatischer Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Kanal, der sich vom stromabwärtigen Ende der Bohrung (30) des Kolbens (22) zu einer Bodenfläche des Zylinders erstreckt.
Pneumatischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen Kanal (48), der sich vom stromaufwärtigen Ende der Bohrung (30) des Kolbens (22') zu einer Bodenfläche des Zylinders erstreckt.
Pneumatischer Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Arbeitskammer (23) des Zylinders (7), in welcher der Kolben (22, 22') beweglich ist, eine Vorkammer (25) und eine Hauptkammer (24) umfasst, wobei der freie Querschnitt der Vorkammer (25) kleiner als der der Hauptkammer (24) ist und die Bohrung (30) in einem in die Vorkammer eingreifenden Verriegelungsvorsprung (28) des Kolbens (22, 22') gebildet ist.
Pneumatischer Aktuator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungsvorsprung (28) den freien Querschnitt der Vorkammer (25) auf wenigstens einem Teil ihrer Länge ausfüllt.
Pneumatischer Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Riegel (31, 31') an einem Ende eine Schulter (33) aufweist, die die Bohrung (30) überdeckt.
Pneumatischer Aktuator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schulter (33) in einer Nebenkammer (34) verschiebbar geführt ist, die mit der Umgebung kommuniziert.
Pneumatischer Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Riegel (31, 31') in der Freigabestellung reversibel arretierbar ist.
Pneumatischer Aktuator nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch einen Sperrkörper (36) der, wenn sich der Riegel (31) in der Freigabestellung befindet, zwischen einer Blockierstellung, in der er eine Rückkehr des Riegels (31) in die Verriegelungsstellung blockiert, und einer versenkten Stellung beweglich ist, in der er die Rückkehr des Riegels (31) in die Verriegelungsstellung zulässt.
Pneumatischer Aktuator nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrkörper (36) eine erste Andrückfläche (39) aufweist, an der in der Freigabestellung des Riegels (31) dessen Stirnseite anliegt, und dass die erste Andrückfläche (39) bündig mit einer Oberfläche des Kolbens (22) ist, auf die die Bohrung (29) mündet.
Pneumatischer Aktuator nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrkörper (36) eine zweite Andrückfläche (40) aufweist, die in der Blockierstellung des Sperrkörpers (36) gegen den Umfang des Riegels (31) drückt.
Pneumatischer Aktuator nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrkörper (36) eine dritte Andrückfläche (38) aufweist, die in der verriegelten Stellung des Kolbens (22) am Kolben (22) anschlägt.