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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Auslösung einer mechanischen Stellbewegung
mittels eines pyrotechnischen Aktuators mit einer Zündkammer,
einem Führungszylinder,
einem Kolben und einer nach außen
geführten
Kolbenstange als wirksames Stellglied, wobei der Kolben im Führungszylinder
von den expandierenden Reaktionsgasen des Aktuators aus einer Ruhestellung
in eine Aktionsstellung verschiebbar ist.
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Derartige
Vorrichtungen werden eingesetzt, wenn mechanische Vorgänge ausgelöst werden
sollen und wenn es auf extrem kurze Reaktionszeiten ankommt.
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Pyrotechnische
Treibsätze
werden in Kraftfahrzeugen schon lange serienmäßig bei sogenannten Airbags
eingesetzt. Sie werden gezündet,
wenn von Sensoren gefährliche
Beschleunigungswerte ermittelt werden, und erzeugen dann schlagartig
ein großes
Reaktionsgasvolumen zur Füllung
von kissenartigen Ballons, die zwischen den Kraftfahrzeuginsassen
und Karosserieteilen aufgespannt werden, um die Verletzungsgefahr
zu verringern.
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Derartige
Treibsätze
werden ebenfalls schon lange bei anderen aktiven Sicherheitskomponenten in
Kraftfahrzeugen, wie ausfahrbaren Überrollschutzsystemen und verlagerbaren
Motorhauben verwendet (siehe z. B.
DE 43 42 401 A1 ,
DE 10 2006 034 726 A1 ).
Solche Komponenten müssen
vor ihrem serienmäßigen Einsatz
selbstverständlich
auf Funktionssicherheit überprüft werden.
Auch nach dem Einbau und während
ihrer Gebrauchsdauer müssen Prüfauslösungen durchführbar sein.
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Dabei
ergibt sich das grundsätzliche
Problem, dass die Funktionssicherheit nur überprüft werden kann, wenn der pyrotechnische
Zünder
aktiviert wird. Nach jeder Prüfauslösung muss
nicht nur der verbrauchte Zünder
ausgebaut und durch einen neuen ersetzt werden, sondern auch die
gesamte, bei der Zündung
verschmutzte Auslöseeinheit.
Dabei müssen
umfangreiche Vorkehrungen getroffen werden, um ein ungewolltes Zünden zu
vermeiden und während
der Prüfung
abgeschaltete elektronische Einrichtungen zu reaktivieren.
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In
der
DE 100 27 753
C1 ist ein Überrollschutzsystem
für Kraftfahrzeuge
beschrieben, bei dem ein sensorgesteuert aktivierbares pyrotechnisches
Element zur lösenden
Betätigung
des Haltemechanismus eines Überrollschutzkörpers benutzt wird.
Zur Überwindung
der vorstehend erläuterten Problematik
wird vorgeschlagen, zusätzlich
zum pyrotechnischen Element einen zweiten, sich bei einer Auslösung nicht
verbrauchenden Aktuator zur Betätigung
des Haltemechanismus vorzusehen.
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Damit
wird zwar eine Möglichkeit
geschaffen, die Funktion des Haltemechanismus ohne Auslösen des
pyrotechnischen Zünders
zu überprüfen. Das
eigentliche, nach außen
wirkende Stellglied des pyrotechnischen Aktuators bleibt dabei aber
ungeprüft, weil
lediglich ein parallel zum Funktionsaktuator wirkender Prüfaktuator
vorgesehen wird, der quasi eine Ersatzbewegung auslöst, ohne
dass man sicher sein kann, dass auch das eigentliche Stellglied
des Funktionsaktuators betriebstauglich ist und nicht etwa im zugehörigen Führungszylinder
verklemmt ist oder aber gar fehlt.
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Dies
wird als ein schwerwiegender Mangel der bekannten Prüfauslösung angesehen.
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Es
besteht somit die Aufgabe, die über
die Lebensdauer der Vorrichtungen gesehen mehrfach notwendigen Prüfauslösungen zu
ermöglichen,
ohne dass der pyrotechnische Aktuator gezündet werden muss und ohne dass
Teile des Systems ungeprüft bleiben.
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Zur
Lösung
der Aufgabe wird für
die eingangs beschriebene Vorrichtung erfindungsgemäß vorgeschlagen,
dass ein zweiter Führungszylinder mit
Prüfkolben
vorgesehen ist, und dass der Kolben vom Prüfkolben aus der Ruhestellung
in die Aktionsstellung verschiebbar ist, wenn der zweite Führungszylinder
mit einem fluiden Druckmittel beaufschlagt wird.
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Bei
einer derartigen Vorrichtung werden alle funktionswichtigen Teile
bei der Prüfauslösung bewegt,
ohne dass der pyrotechnische Zünder
verbraucht werden muss. Damit wird ein erheblicher Mangel der bekannten
Vorrichtung überwunden
und eine allen Anforderungen gerecht werdende Überprüfung der Funktionstüchtigkeit
ermöglicht.
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In
weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass
der zweite Führungszylinder
in Stellrichtung gesehen hinter dem ersten Führungszylinder angeordnet ist
und vom Prüfkolben in
eine Zündkammer
und eine Prüfkammer
mit Druckmittelanschluss abdichtend unterteilt ist. Dabei ist weiter
vorgesehen, dass der Prüfkolben
in seiner Ausgangsstellung mit einem ersten Kolbenstangenteil an
der in Stellrichtung gesehen rückseitigen
Abschlusswandung des zweiten Führungszylinders
und mit einem zweiten Kolbenstangenteil am Kolben selbst anliegt.
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Gemäß einer
alternativen Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen,
dass der zweite Führungszylinder
in Stellrichtung gesehen vor dem Führungszylinder angeordnet ist
und dass der Prüfkolben über ein
erstes Kolbenstangenteil mit dem Kolben verbunden ist und mit einem
zweiten Kolbenstangenteil die vordere Abschlusswandung des zweiten
Führungszylinders
durchdringt, mit der Maßgabe, dass
das zweite Kolbenstangenteil das nach außen wirkende Stellglied bildet.
Bei dieser Ausführungsform
ist vorgesehen, dass der Kolben und der Prüfkolben gemeinsam in Stellrichtung
bewegt werden, wenn der pyrotechnische Aktuator gezündet wird.
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Die
bei der Zündung
eines pyrotechnischen Aktuators entstehenden Reaktionsgase erreichen sehr
hohe Drücke,
so dass zur Erzeugung von nach außen wirkenden Stellkräften nur
relativ kleine Kolbenquerschnitte benötigt werden. Die für Prüfzwecke zur
Verfügung
stehenden Drücke
in Werkstätten
sind demgegenüber
viel niedriger, so dass zur Erzielung der gleichen Stellkräfte größere Kolbenquerschnitte erforderlich
sind. Größere Kolbenquerschnitte
sind bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ohne weiteres realisierbar. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen,
wenn die wirksame Kolbenfläche
des Prüfkolbens
deutlich größer, vorzugsweise
wenigstens doppelt so groß ist
wie die wirksame Kolbenfläche
des pyrotechnisch beaufschlagten Kolbens.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
kann außerdem
in üblicher
Weise durch eine Rückstellfeder ergänzt werden,
von der das nach außen
wirkende Stellglied in Gegenstellrichtung beaufschlagt ist.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
kann ferner dahingehend abgewandelt werden, dass vom nach außen wirkenden
Stellglied ein mechanisches Stellelement bewegbar ist, das seinerseits
von einer Rückstellfeder
beaufschlagt ist.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
kann bei aktiven Überrollschutzsystemen,
bei aktiv anhebbaren Motorhauben und anderen Sicherheitskomponenten
in Kraftfahrzeugen angewendet werden, bei denen es auf eine reaktionsschnelle
Lösung
einer Haltevorrichtung ankommt.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile werden anhand der in den 1 bis 5 dargestellten
Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 einen
pyrotechnischen Aktuator in Ruhestellung,
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2 einen
pyrotechnischen Aktuator in pyrotechnisch ausgelöster Aktionsstellung,
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3 einen
pyrotechnischen Aktuator in mittels Prüfkolben ausgelöster Aktionsstellung,
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4 eine
alternative Ausführungsform
zu 1 in Ruhestellung,
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5 die
Ausführungsform
gemäß 4 in Aktionsstellung.
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Der
in 1 dargestellte pyrotechnische Aktuator 1 umfasst
eine Zündkammer 2,
einen Führungszylinder 3 und
einen darin geführten
Kolben 4, dessen nach außen geführte Kolbenstange als mechanisches
Stellglied 5 wirksam ist.
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Das
Stellglied 5 kann – wie
dargestellt – beispielsweise
mit einer schwenkbaren Klinke 13 als mechanischem Stellelement
zusammenwirken, die ihrerseits von einer Rückstellfeder 12 in
ihrer Ausgangsstellung gehalten wird. In gestrichelt dargestellter
Position kann die schwenkbare Klinke 13 beispielsweise
einen Sperrbolzen 14 freigeben.
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Um
die Funktionsfähigkeit
des pyrotechnischen Aktuators 1 überprüfen zu können, ist erfindungsgemäß koaxial
zum Führungszylinder 3 ein zweiter
Führungszylinder 6 mit
Prüfkolben 7 vorgesehen.
Dabei ist der Prüfkolben 7 so
angeordnet, dass er den Kolben 4 des pyrotechnischen Aktuators
aus der Ruhestellung in die Aktionsstellung verschieben kann, wenn
der zweite Führungszylinder 6 mit
einem fluiden Druckmittel beaufschlagt wird.
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In
der in 1 dargestellten Ausführungsform ist der zweite Führungszylinder 6 in
Stellrichtung gesehen hinter dem ersten Führungszylinder 3 angeordnet
und vom Prüfkolben
in eine Zündkammer 2 und
eine Prüfkammer 8 mit
Druckmittelanschluss 9 abdichtend unterteilt. Der Prüfkolben 7 liegt
in seiner Ausgangsstellung mit einem ersten Kolbenstangenteil 7a an
der in Stellrichtung gesehen rückseitigigen Abschlusswandung 10 des
zweiten Führungszylinders 6 und
mit einem zweiten Kolbenstangenteil 7b am Kolben 4 an.
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In 2 ist
der pyrotechnische Aktuator 1 gemäß 1 ohne die äußere mechanische
Umgebung dargestellt. Kolben 4 und die nach außen geführte Kolbenstange
als wirksames Stellglied 5 sind aus der Ruhestellung in
die Aktionsstellung verschoben dargestellt und zwar nach Zündung des
pyrotechnischen Aktuators. Dabei entsteht in der Zündkammer 2 ein
hoher pneumatischer Druck, durch den der Kolben – auch gegen äußere Rückstellkräfte – in die
Aktionsstellung verschoben wird. Der Prüfkolben 7 bleibt dabei
unverändert
in seiner Ausgangsstellung.
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In 3 ist
der pyrotechnische Aktuator gemäß 1 nach
Vollendung einer Prüfauslösung dargestellt.
Dazu wird über
den Druckmittelanschluss 9 von einer äußeren Druckmittelquelle ein
Druckmittel in die Prüfkammer 8 eingeleitet,
wodurch der Prüfkolben 7 – in der
Darstellung – aus
seiner Ausgangsstellung nach rechts verlagert wird und dabei gleichzeitig
den Kolben 4 aus seiner Ruhestellung in seine Aktionsstellung
verschiebt. Wird die Prüfkammer 8 anschließend gelüftet, werden
Kolben 4 und Prüfkolben 7 von
den äußeren Rückstellmitteln
in ihre Ausgangsstellung zurückbewegt.
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Bei
der Ausführungsform
gemäß 4 ist vorgesehen,
dass der zweite Führungszylinder 6 in Stellrichtung
vor dem Führungszylinder 3 angeordnet ist.
Der Prüfkolben 7 ist über ein
Kolbenstangenteil 7c mit dem Kolben 4 verbunden,
während
ein zweites Kolbenstangenteil 7d die vordere Abschlusswandung 11 des
zweiten Führungszylinders 6 durchdringt,
mit der Maßgabe,
dass das zweite Kolbenstangenteil 7d das nach außen wirkende
Stellglied 5a bildet. Die Zündkammer 2 des pyrotechnischen
Aktuators 1 ist in 4 links
vom Kolben 4 angeordnet. Im Übrigen bezeichnen die Bezugsziffern
die gleichen Teile wie in den zuvor beschriebenen Darstellungen.
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In 5 ist
die Ausführungsform
gemäß 4 in
Aktionsstellung dargestellt. Bei einer Auslösung des pyrotechnischen Aktuators
bewirkt der in der Zündkammer 2 entstehende
Druck, dass der Kolben 4 zusammen mit dem Kolben 7 nach
rechts in die dargestellte Aktionsstellung verschoben wird. Dabei bewirkt
das Kolbenstangenteil 7d als nach außen wirksames Stellglied 5a die
Verstellung eines äußeren, angeschlossenen
mechanischen Stellgliedes.
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Die
gleiche Bewegung kann erreicht werden, wenn über den Druckmittelanschluss 9 die
Prüfkammer 8 mit
einem fluiden Druckmittel beaufschlagt wird. Auch in diesem Fall
werden beide miteinander verbundenen Kolben in die in 4 dargestellte
Aktionsstellung verschoben. Mittels der Rückstellkräfte der äußeren Mechanik können die
miteinander verbundenen Kolben in die in 4 dargestellte
Ruhestellung zurückgeschoben
werden.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
der Auslösung
einer mechanischen Stellbewegung hat den Vorteil, dass der Prüfkolben 7 im
Vergleich zum Kolben 4 mit einer deutlich größeren Querschnittsfläche konzipiert
werden kann, so dass zur Prüfauslösung auf
in Werkstätten
normalerweise vorhandene Druckmittelquellen zurückgegriffen werden kann, die
im Allgemeinen nicht so hohe fluide Drücke bereitstellen, wie sie
bei der Auslösung
eines pyrotechnischen Aktuators erreicht werden. Die Prüfauslösungen können beliebig
oft wiederholt werden, ohne dass das Zündmaterial des pyrotechnischen
Aktuators verbraucht werden muss.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
hat den weiteren Vorteil, dass Zündkammer 2 und
Prüfkammer 8 durch
den Kolben 7 bzw. den Kolben 4 voneinander gasdicht
abgetrennt sind, so dass die Prüfkammer 8 von
einem beliebigen fluiden Druckmittel beaufschlagt werden kann, ohne
dass dieses auch in die Zündkammer 2 eindringen
kann. Es ist nicht erforderlich, die Prüfkammer 2 nach außen – beispielsweise
durch ein Rückschlagventil
im Druckmittelanschluss – hermetisch
abzuschließen
bzw. eine vollständige
Entfernung des Druckmittels nach einer Prüfauslösung vornehmen zu müssen. Die
Zündkammer 2 wird
in keinem Fall von „fremden” Druckmitteln
beaufschlagt.
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Bei
pyrotechnischer Auslösung
sind die Systeme nur nach Einsatz eines neuen Treibsatzes reaktivierbar.
Um den Benutzer des Fahrzeuges zu einem Werkstattbesuch zu zwingen
wird die Forderung gestellt, dass die ausgelöste Stellbewegung irreversibel ist,
mit anderen Worten, dass die Vorrichtung nicht ohne fachmännische
Hilfe in die Ausgangsstellung gebracht werden kann. Dies kann – in Ergänzung des Erfindungsgedanken
erreicht werden, wenn der Kolben bei pyrotechnischer Auslösung durch
Verformung irreversibel positioniert wird und damit eine mechanische
Sperre gegen die Rückstellung
der Vorrichtung bildet.
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Schließlich ist
noch anzumerken, dass man auch eine rein mechanische Prüfung vorsehen
kann, indem man eine zweite, nach außen geführte Kolbenstange anordnet,
mit der der Kolben bewegbar ist.
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- 1
- Pyrotechnischer
Aktuator
- 2
- Zündkammer
- 3
- Führungszylinder
- 4
- Kolben
- 5
- Stellglied
- 5a
- Stellglied
- 6
- Führungszylinder
- 7
- Prüfkolben
- 7a
bis 7d
- Kolbenstangenteil
- 8
- Prüfkammer
- 9
- Druckmittelanschluss
- 10
- Abschlusswandung
- 11
- Abschlusswandung
- 12
- Rückstellfeder
- 13
- Mechanisches
Stellelement
- 14
- Sperrbolzen