DE102009057895A1

DE102009057895A1 - Aktuator für Fußgängerschutzeinrichtung

Info

Publication number: DE102009057895A1
Application number: DE102009057895A
Authority: DE
Original assignee: Suspa GmbH
Current assignee: Suspa GmbH
Priority date: 2009-12-11
Filing date: 2009-12-11
Publication date: 2011-06-16
Also published as: DE202010013801U1

Abstract

Aktuator zum Anheben und zeitgesteuerten Halten einer Frontklappe in der für den aktiven Fußgängerschutz vorgesehenen Postion der Motorhaube nach einer Kollision mit einem Fußgänger.

Description

Technisches Umfeld
Die Erfindung betrifft einen Aktuator insbesondere für die Verwendung in einer Fußgängerschutzeinrichtung für einen Personenkraftwagen.
Aus der DE 10 2007 020 070 A1 ist ein pyrotechnischer Aktuator bekannt, der nach einem Unfall die Vorderräder des Fahrzeugs so verstellt werden, dass ein Eindringen in den Fahrgastraum verhindert wird. Eine andere Ausgestaltung eines pyrotechischen Aktuators ist aus der DE 10 2005 034 557 A1 bekannt. Der Aktuator dient zum Anheben und Halten einer Fronthaube nach einer Kollision mit einem Fussgänger. Aus der DE 10 2005 034 558 A1 wird für die gleiche Aufgabe eine weitere Ausgestaltung dargestellt.
Offenbarung der Erfindung
Technisches Problem
Nach einer Kollission eines Kraftfahrzeuges mit einem Fußgänger soll die Fronthaube in weniger als 100 ms soweit angehoben werden, so dass sich die Fronthaube nach dem Aufprall des Fußgängers noch ausreichend stark verformen kann. Die Zeit bis zum Erreichen der oberen Position ist so bemessen, dass ein Kopfaufprall erst dann erfolgt, wenn sich die Haube in der oberen Endlage befindet. Damit die Fußgängerschutzfunktion gewährleistet ist, muss die Motorhaube noch für eine definierte Zeit in dieser Position gehalten werden. Eine sichere, difinierte Positon der Motorhaube nach einer Aktivierung erleichtert auch die Prüfung und Zulassung der Fußgängerschutzreinrichtung nach den gültigen Vorschriften. Zum Anderen ist es notwendig, dass insbesondere nach einer Fehlauslösung, die Motorhaube mit einfachen Mitteln wieder in die geschlossene Stellung gebracht werden kann. Aufgabenstellung ist daher, eine Einrichtungen zu schaffen, mittels der die Haltezeit der Motorhaube in der für den Fußgängerschutz aktivierten Position gut einstellbar ist.
Technische Lösung
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Aktuator entsprechend der 1 vorgeschlagen. Vorzugsweise wird die Ausschubkraft durch eine Druckgas erzeugende Einheit erzeugt. Erfindungsgemäß wird das erzeugte Druckgas im Aktuator dazu verwendet, um die Haube in der für den Fußgängerschutz aktivierten Stellung zu halten. Es wird vorgeschlagen, einen Ausströmkanal zum Entweichen des Druckgases erst dann zu öffnen, wenn die Motorhaube im Windschutzscheibenbereich vollständig in die Fussgängerschutzposition gebracht wurde, bzw zum Zeitpunkt des Kopfaufpralls oder später. Damit wird ein wesentlich einfacherer Aufbau des pyrotechnischen Aktuators im Vergleich zu den bekannten Lösungen DE 10 2005 034 557 und DE 10 2005 034 558 erreicht.
Kurze Beschreibung von Zeichnungen
1: Schnittdarstellung des Aktuators nach einer ersten Ausführung vor Aktivierung der Druckgas erzeugenden Einheit Fornthaube geschlossen.
2: Schnittdarstellung des Aktuators nach einer ersten Ausführung nach Aktivierung der Druckgas erzeugenden Einheit und nach dem vollständigen Anheben der Fronthaube
3: Detaildarstellung einer zweiten Ausführung im Bereich der Kolbengruppe vor der Aktivierung der Druckgas erzeugenden Einheit
4: Detaildarstellung einer zweiten Ausführung im Bereich der Kolbengruppe nach der Aktivierung der Druckgas erzeugenden Einheit
5: Detaildarstellung des Aktuators im Bereich der Kolbengruppe nach einer dritten Ausführung
6: Kinematik zum Überführen der Motorhaube in Fußgängerschutzposition – nicht aktiviert
7: Kinematik zum Überführen der Motorhaube in Fußgängerschutzposition – aktiviert
Die beste Art und Weise, die Erfindung auszunutzen
Der in 1 dargestellte Aktuator 1 besteht im Wesentlichen aus einem zylindrischen Gehäuse 2, dass auf einer Seite mit einem Verschlussteil 3 gasdicht verschlossen ist. Das Verschlußteil ist mit den Sicken 20 im Gehäuse 2 gegen axiales Verschieben gesichert. Das Verschlußteil 3 ist an der dem Gehäuse 2 abgewanden Seite mit einem Befestigungsteil 4 versehen. In dem Verschlußteil 3 ist eine Druckgas erzeugende Einheit 5 gasdicht zum Verschlußteil 3 untergebracht. Die Druckgas erzeugende Einheit 5 ist mit mindestens 2 Litzen 6 mit einer externen Steuerung verbunden. Am anderen Ende des Gehäuses 2 befindet sich ein ringförmiges Führungselement 7, durch das koaxial zum Gehäuse 2 die Kolbenstange 8 geführt wird. Am nicht im Gehäuse 2 befindlichen Ende der Kolbenstange 8 befindet sich ein zweites Befestigungselement 9.
Am im Gehäuse 2 befindlichen Ende der Kolbenstange befindet sich die zylindrische Kolbengruppe 10. Die Kolbengruppe 10 besteht aus einem vorteilhaft zweiteilig aufgebauten Kolben 11, einer Dichtung 12 und vorzugsweise mit einer Verriegelungsmechanik 13 aus einem radial vorgespannten Sicherungsring. Die Kolbengruppe 10 ist mit der Kolbenstange 8 fest verbunden und kann zusammen mit der Kolbenstange 8 längs zur Mittelachse 14 verschoben werden. Durch die Dichtung 12 wird der Innenraum des Gehäuses 2 im Wesentlichen gasdicht in die Kammer 15 und 16 getrennt.
Der Aktuator 1 nach 1 ist gehäuseseitig durch das Befestigungsteil 4 z. B. mit einer nicht dargestellten Fahrzeugkarosserie und durch das Befestigungsteil 9 mittels der Kinematik 17 mit der relativ gegenüber der Karosserie zu bewegenden Motorhaube 19 verbunden.
Wird nach dem Erkennen einer Fußgängerkollision durch eine externe Steuerung ein elektrisches Auslösesignal über die Litzen 6 an die Druckgas erzeugende Einheit 5 angelegt, dann baut sich in wenigen Millisekunden in der Kammer 15 ein hoher Gasdruck auf (1). Die aus dem Gasdruck resultierende Kraft wirkt auf den Kolben 11 und bewegt die Kolbengruppe 10 mit der Kolbenstange 8 längs der Mittelachse 14 in Richtung der Kammer 16. Aufgrund des hohen Druckes in der Kammer 15 wird eine große Ausschubkraft über den Kolben 11 auf die Kolbenstange 8 übertragen und aus dem Gehäuse 2 ausgeschoben. Dadurch wird die Motorhaube 19 durch den Aktuator 1 geführt mittels einer Kinematik 17 von der in 6 dargestellten Lage in die nach 7 gezeichnete Position für den Fussgängerschutz überführt.
Durch den im Aktuator 1 noch vorhandenen Restdruck wird die Motorhaube 19 in der in 6 gezeigten Stellung solange gehalten, bis das Gas aus der Kammer 15 entweichen kann. Anhand einer ersten Ausführung nach 1 und 2 wird der zeitliche Ablauf erläutert. Nach dem Aktivieren der Druckgas erzeugenden Einheit 5 befindet sich das entstandene Gas in der Kammmer 15. Die Kammer 15 wird duch die Dichtung 12 in der Kolbengruppe 10 zum Gehäuse 2 und der Dichtung 22a im Verschlußteil 3 zum Gehäuse 2 abgedichtet. Die Dichtung 22a im Verschußteil 3 stellt solange eine Abdichtung der Kammer 15 dar, bis die Kolbengruppe 10 am Führungselement 7 anstößt. Die noch vorhandene Bewegungsenergie der Motorhaube 19, bzw. der vorhandene Restdruck in der Kammer 15 bewirkt danach eine Verschiebung des Verschlußteiles 3 längs der Mittelachse 14 gegenüber dem Gehäuse 2.
Erst nachdem die Dichtung 22a im Verschlußteil 3 die Innenwand des Gehäuses 2 nicht mehr beruht, kann das noch unter Druck stehende Gas aus der Kammer 15 über den Kanal 18 ausströmen. Durch einen definierten Querschnitt des Kanals 18 kann die Ausströmzeit des unter Druck stehenden Gases beeinflußt werden. Die Dichtung 22b kann wahlweise verwendet werden, um sicherzustellen, dass das Druckgas ausschließlich über den Kanal 18 abströmt. Somit wird die Motorhaube 19 solange in der aktivierten Stellung nach 7 gehalten, bis der Druck in der Kammer 15 unter einen bestimmten Wert abfält. Die Steuerung des Druckabbaues in der Kammer 15 kann in 2 Phasen unterteilt werden: Während der Ausstellbewegung, in der sich die Kammer 15 vergrößert, kann kein Gas entweichen; sobald die Dichtung 22a zwischen Verschlußteil 3 und Gehäuse 2 geöffnet wird, kann durch den Kanal 18 Gas entweichen.
Eine zweite Ausgestaltung ist in 3 dargestellt. Statt des Kanals 18 im Verschußteil, ist in der Kolbengruppe 10 ein Kanal 18a angebracht. In dem Kanal 18a befindet sich ein im Wesentlichen zylindrisches Element 24 mit einem den Kanal 18a ausfüllenden Querschnitt. Das Element 24 kann in dem Kanal längs seiner Mittelachse verschoben werden. Nach dem Aktivieren der Druckgas erzeugenden Einheit 5 befindet sich das entstandene Gas in der Kammmer 15 unter einem hohen Druck, der das stabförmige Element in Richtung der Kammer 16 drückt. Es kann kein Druckgas aus der Kammer 15 in die Kammer 16 entweichen; die Kolbenstange 8 mit der Kolbengruppe 10 wird wie in der ersten Ausführung ausgeschoben. Bevor Kolbengruppe 10 auf das Führungselement 7 auftrifft, wird das in die Kammer 16 ragende stabförmige Element 24 in Richtung der Kammer 16 im Kanal 18a verschoben (4). Dadurch wird ein Teilquerschnitt im Kanal 18a freigegeben.
Das unter einem Restdruck stehende Gas in der Kammer 15 kann um das nicht zum Gehäuse 2 dichtende Verriegelungselement 15, bzw. die ebenfalls nicht zum Gehäuse 2 dichte, der Kammer 15 zugewendeten, Kolbengruppenhälfte, über die Nut 25 aus dem Kanal 18a in die Kammer 16 strömen. Über dem vorhandenen Ringspalt zwischen dem Aussendurchmesser der Kolbenstange 8 und dem Innenendurchmesser der Bohrung im Führungselement 7 kann das Gas aus der Kammer 16 über die Ausnehmung 21 an der Kolbenstange 8 ausströmen. Durch die Gestaltung des Kanals 18a, bzw. des stabförmigen Elementes 24 kann der freiwerdende Querschnitt für die Gasströmung von der Kammer 15 nach Kammer 16 beeinflusst und damit die zum Ausströmen des Gases erforderliche Zeit gesteuert werden. Je länger das Gas in der Kammer 15 verbleibt, umso länger wird auch die Motorhaube 19 in der aktivierten Stellung nach 7 gehalten.
In einer dritten Ausführung nach 5 ist in der Kolbengruppe 10 statt des Kanals 18 ein Kanal 18b vorgesehen. Der Kanal 18b ist mit einer bei rel. niedriger Temperatur (ca. 100°C–300°C) schmelzenden Masse verschlossen. Nach dem Aktivieren der Druckgas erzeugenden Einheit 5 befindet sich das entstandene Gas in der Kammmer 15. Bei der Druckgas erzeugenden Einheit 5 handelt es sich um ein pyrotechnische Einheit; bei der Aktivierung entstehen in der Kammer 15 neben dem hohen Druck auch ein hohe Temperatur. Die hohe Temperatur liegt unter anderem an der Oberfläche der der Kammer 15 zugewandten Seite der Kolbengruppe 11 an. Durch Wärmeübergang und Wärmeleitung erwärmt sich die Kolbengruppe 10.
Erreicht die Kolbengruppe 10 im Gereicht des Kanals 18b die Temperatur des Schmelpunktes der in den Kanal 18b eingebrachten Masse, wird die Masse verflüssigt und der Kanal 18 wird geöffnet. Das unter höherem Druck stehende Gas in der Kammer 15 strömt über den Kanal 18b in die Kammer 16. Über den vorhandenen Ringspalt zwischen dem Aussendurchmesser der Kolbenstange 8, bzw. über die Ausnehmung 21 in der Kolbenstange 8 und dem Innenendurchmesser der Bohrung im Führungselement 7 kann das Gas aus der Kammer 16 ausströmen. In Abhängigkeit von der Form und Materialwahl der Kolbengruppe 10 und des Schmelzpunktes der Masse im Kanal 18b kann die Zeit abgestimmt werden, nach der das Druckgas ausströmen kann, bzw. wie lange die Motorhaube 19 in der aktivierten Stellung nach 7 gehalten wird.
Allen Ausführungen ist gemeinsam, dass die Motorhaube 19 nach einer definierten Zeit (wenn Druckgas aus dem Aktuator entwichen ist) in die Ausgangsposition zurück bewegt werden kann. Durch den zeitgesteuerten Druck kann auch erreicht werden, dass die Motorhaube gegen eine Federkraft – wie z. B. die üblicherweise zum normalen Öffnen der Motorhaube verwendeten Gasfedern – in der für den Fussgängerschutz gewünschten Position gehalten werden. Durch eine derartige Gegenkraft kann die Motorhaube nach einer ungewünschten Auslösung des Fussgängerschutzes selbstätig in die nicht aktivierte Postion, wie in 6 dargestellt, zurück gebracht werden.
Bezugszeichenliste

1: Aktuator
2: Gehäuse
3: Verschlußteil
4: Befestigungsteil 4
5: Druckgas erzeugende Einheit
6: Litzen
7: Führungselement
8: Kolbenstange
9: Befestigungselement
10: Kolbengruppe
11: Kolben
12: Dichtung
13: Verriegelungsring
14: Mittelachse Aktuator 1
15: Kammer
16: Kammer
17: Kinematik
18, 18a, 18b: Kanal
19: Motorhaube
20: Sicke(n)
21: Ausnehmung
22a, 22b: Dichtung Verschlußteil
23: Verriegelungsring
24: Stabförmiges Element
25: Nut

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007020070 A1 [0002]
DE 102005034557 A1 [0002]
DE 102005034558 A1 [0002]
DE 102005034557 [0004]
DE 102005034558 [0004]

Claims

Aktuator (1) mit einem rohrförmigen Gehäuse (2), mit einem Verschlußteil (3) mit einem Befestigungsteil (4), einer aus dem verschlossenen Ende des Gehäuses (2) gegenüberliegenden Ende des Gehäuses (2) herausgeführten Kolbenstange (8) mit einem daran befindlichen Befestigungselement (9), einer konzentrisch im Gehäuse (2) angeordneten und längs der Mittelachse (14) verschiebbaren Kolbengruppe (10), mit einem auf die Kolbengruppe (10) in Ausschubrichtung wirkenden Kraftmittel, dadurch gekennzeichnet, das nach dem Aktivieren der Druckgas erzeugenden Einheit (5) das erzeute Druckgas über die Kanäle (18, 18a und 18b) zeitversetzt aus der Kammer (15) anströmt.
Aktuator nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ausschieben der Kolbengruppe (10) mittels einer druckgasbetriebenen Einheit (5), das Verschlußteil (3) längs der Mittelachse (14) mindest so weit aus dem Gehäuse herausgezogen werden kann, dass ein Kanal (18) zwischen der Kammer (15) und der Umgebung freigegeben wird.
Aktuator nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ausschieben der Kolbengruppe (10) mittels einer druckgasbetriebenen Einheit (5) und dem Auftreffen der Kolbengruppe (10) auf das Führungselement (7) ein stabförmiges Element (24) in der Kolbengruppe (10) betätigt wird und einen Kanal (18a) zwischen der Kammer (15) und der Kammer (16) freigibt.
Aktuator nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aktivieren der Druckgas erzeugenden Einheit (5) eine hohe Temperatur in der Kammer (15) entsteht und die Temperatur durch Wärmeleitung über die Kolbengruppe (11) zu dem den Kanal (18b) verschließenden Material transprotiert wird und zum Schmelzen des im Kanal (18b) befindlichen Material führt.
Verwendung eines Aktuators (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Aktuator (1) die Motorhaube (19) mittels einer Kinematik (17) von einer geschlossenen Position in eine für den Fussgängerschutz gewünschte Position gebracht wird.