Aktuator für eine aktive Haube

B e s c h r e i b u n g

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 verform- baren 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 Karos- serieteile prallt, die zu lebensgefährlichen Verletzungen führen kann .

Die Aktuatoren für eine solche Haube können auf unterschiedliche Art und Weise angetrieben sein. So be- schreiben zum Beispiel DE 197 12 961 Al und DE 103 31' 018 Al mechanische, durch Federn angetriebene Aktuatoren.. In DE 197 12 961 Al 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

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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 pneuma- tisch, 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 Anhe- bens der Haube verfügbar ist. Unter normalen Betriebsbe- dingungen 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 Sollbruchstellen vorgeschlagen worden, die unter normalen Betriebsbedingungen unversehrt bleiben und einen sicheren Halt der Haube gewährleisten, die aber bei einem Unfall zerstört werden, um eine Anhebung der Haube zu ermöglichen. Die zum Zerstören der Sollbruchstellen 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 Sollbruchstellen 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 auch unter

normalen Betriebsbedingungen, in drucklosem Zustand, in der Lage ist, eine feste, spielfreie Verbindung zwischen Haube und Karosserie herzustellen.

Ein solcher Aktuator umfasst gemäß der vorliegenden Erfindung einen Zylinder und einen an dem Zylinder zwischen einer Ruhestellung und einer ausgefahrenen Stellung geführt bewegbaren und in der Ruhestellung verriegelbaren Kolben sowie ein Federelement, das den Kolben in der Ruhestellung in Richtung der ausgefahrenen Stellung vorspannt .

Die Vorspannkraft des Federelementes ist zweckmäßigerweise wenigstens so groß, wie die unter normalen Betriebsbedingungen beim Fahren und beim Auf- und Zuschwenken der Haube auf die Haube einwirkenden Kräfte, so dass die Haube unter normalen Betriebsbedingungen scheinbar starr in der Ruhestellung verbleibt.

Vorzugsweise ist ein Haubenscharnier unmittelbar von dem Kolben getragen. So kann bei einem Unfall das Scharnier zusammen mit der Haube angehoben werden und muss nicht, wie bei vielen herkömmlichen Anordnungen der Fall, zuvor zerlegt werden, um die Anhebung der Haube zu ermöglichen.

Um ein Spiel der Haube auch quer zur Bewegungs- richtung des Kolbens wirksam zu begrenzen, ist es vorteilhaft, wenn das Federelement an dem Kolben benachbart zu dessen dem Haubenscharnier benachbarten Ende angreift.

Als Federelement kann einfach und preiswert ein gummielastischer Körper verwendet werden. Ein solcher gummielastischer Körper kann eine hohe Federkonstante aufweisen, so dass eine geringe Verformung des Körpers ausreicht, um die benötigte Federkraft zu erzeugen. Die

Verformung des Körpers wird im Allgemeinen weniger als ein Zehntel des Kolbenhubs sein.

Wenn das Federelement von einer Stange des Kolbens durchsetzt ist, erübrigen sich weitere Maßnahmen zur Befestigung des Federelementes an dem Aktuator.

Vorzugsweise ist das Federelement einerseits zwischen dem Zylinder und andererseits einem an dem KoI- ben befestigten Scharnierträger des Haubenscharniers eingeklemmt. Der Scharnierträger kann an dem Kolben auf einfache Weise durch Einschrauben einer Stange des Kolbens befestigt sein.

Eine Entriegelung des Kolbens und seine Bewegung in die ausgefahrene Stellung sind vorzugsweise von einer gleichen Druckquelle antreibbar.

Um dies zu erreichen, weist der Zylinder vor- zugsweise eine Einlassleitung für ein Arbeitsgas auf, die sich in Bewegungsrichtung des Kolbens erstreckt, und ein Verriegelungsvorsprung des Kolbens ist in der Einlassleitung durch einen Querriegel gehalten.

Der Verriegelungsvorsprung füllt vorzugsweise den freien Querschnitt der Einlassleitung aus. Dadurch wird bei Betätigung des Aktuators zunächst verhindert, dass das Arbeitsgas in den Zylinder einströmt und gegen den Kolben drückt, noch bevor der Querriegel sich von dem Verriegelungsvorsprung des Kolbens gelöst hat.

Um die Bewegung des Querriegels anzutreiben, hat dieser vorzugsweise eine dem Arbeitsgas ausgesetzte Stirnseite und ist durch Druck des Arbeitsgases auf die Stirnseite aus der Einlassleitung verdrängbar.

Um die Verdrängung des Querriegels zu erleichtern, ist letzterer vorzugsweise zu seiner Stirnseite hin verjüngt .

Wenn der Querriegel eine Bohrung des Verriegelungsvorsprungs durchsetzt, ist er vorzugsweise mit wenigstens einer die Innenfläche der Bohrung berührenden Rippe versehen. Diese Formgebung verringert die mögliche Kontaktfläche zwischen dem Querriegel und der Innenfläche der Bohrung und erleichtert so das Verdrängen des Querriegels, was vor allem im Falle einer nicht optimalen Oberflächenqualität von Querriegel und Bohrung, zum Beispiel aufgrund von Korrosion, von Bedeutung ist.

Rippen dieser Art können insbesondere dadurch realisiert sein, dass die Bohrung einen runden und der Querriegel einen vieleckigen Querschnitt aufweist.

Zweckmäßig ist nicht zuletzt, dass der Quer- riegel an einem von seiner Stirnseite abgewandten Ende eine Schulter aufweist, die die Bohrung überdeckt. Diese Schulter gewährleistet, dass auch der Druck von Arbeits- gas, welches zwischen den Querriegel und die Innenfläche der Bohrung eindringt, genutzt wird, um den Querriegel ^■ zurückzudrängen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:

Fig. 1 ein Kraftfahrzeug mit einer von Aktuatoren in einer angehobenen Stellung gehaltenen Haube;

Fig. 2 eine perspektivische auseinander-

gezogene Ansicht eines Aktuators gemäß der Erfindung;

Fig. 3 einen schematischen Schnitt durch den Aktuator der Fig . 2 ; und

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines in dem Aktuator verwendbaren Querriegels .

Fig. 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.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische auseinander- gezogene 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 Fig. 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 ib9 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 Kolbentange 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 .

Fig. 3 zeigt den Zylinder 7 der Fig. 2 in einem axialen Schnitt. Die Kolbenstange 18 hängt zusammen mit einer Kolbenplatte 22, die sich in der in der Figur gezeigten Ruhestellung am unteren Ende einer internen Kam- mer 23 des Zylinders befindet. Eine Gaseinlassleitung hat einen äußeren Abschnitt 24, der sich von der Einlassöffnung 10 senkrecht zur Längsachse des Zylinders 7 erstreckt, und einen axial orientierten inneren Abschnitt 25, der in die Kammer 23 an deren Boden einmündet. In der in der Figur gezeigten Ruhestellung greift in den inneren Abschnitt 25 ein Verriegelungsvorsprung 26 ein, der Teil des Kolbens 15 ist. Ein oberer Abschnitt 27 des Verriegelungsvorsprungs 26 füllt den inneren Abschnitt 25 der Gaseinlassleitung auf ihrem gesamten Querschnitt aus. In einem unteren Abschnitt 28 ist der Querschnitt des Vorsprungs 26 reduziert. Durch diesen unteren Abschnitt 28

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erstreckt sich eine auf den äußeren Abschnitt 24 der Gaseinlassleitung ausgerichtete Bohrung 29. In der Bohrung 29 ist ein Querriegel 30 verschiebbar aufgenommen. Er hat die Form eines Zylinders, der zu seiner der Ein- lassöffnung 10 zugewandten Stirnseite 31 hin geringfügig verjüngt ist. Ein umlaufender Flansch an der gegenüberliegenden Stirnseite des Zylinders bildet eine Schulter 32, die durch eine Feder 33 gegen einen Anschlag gedrückt ist.

In einer den inneren Abschnitt 25 der Gaseinlassleitung nach unten verlängernden Sackbohrung befindet sich ein Sperrkörper 34 von gestuftem Querschnitt, der durch eine Feder 35 gegen die untere Spitze des Verriegelungsvorsprungs 26 gedrückt gehalten ist.

Wenn einer der Gasgeneratoren 12 gezündet wird, so drückt das von diesem erzeugte Treibgas zunächst im Wesentlichen gegen die Stirnseite 31 des Querriegels 30 und drängt diesen zurück gegen die Kraft der Feder 33. Da der obere Abschnitt 27 des Verriegelungsvorsprungs 26 zunächst noch die Gaseinlassleitung versperrt, bleibt der Druck in der Kammer 23 niedrig, und die zum Verschieben des Querriegels 30 erforderliche Reibungskraft ist lediglich durch das Pufferstück 20 erzeugt, welches den Scharnierträger 19 nach oben drückt.

Sobald der Querriegel 30 aus der Bohrung 29 verdrängt ist, ist die Unterseite des Verriegelungsvor- Sprungs 26 dem Gasdruck ausgesetzt, und er wird durch den Druck des Treibgases, das schließlich auch die Kammer 23 erreicht, aufwärts getrieben. Der Sperrkörper 34 folgt, angetrieben von der Feder 35, der Bewegung des Verriegelungsvorsprungs 26, bis seine Stufe 36 am Querriegel 30 zur Anlage kommt. Sie verhindert, dass der Querriegel 30

unter dem Druck der Feder 33 in die in der Figur gezeigte Ausgangsstellung zurückkehrt.

Zu einem späteren Zeitpunkt, wenn der Druck des Treibgases abgebaut ist, kann der Kolben 15 einfach wieder in den Zylinder 7 hineingedrückt werden. Dabei greift auch der Verriegelungsvorsprung 26 wieder .in die Gaseinlassleitung ein und drängt dabei schließlich den Sperrkörper 34 zurück, woraufhin schließlich der Querriegel 30 wieder in die Bohrung 29 einrückt. Der Aktuator ist nun bereit, erneut ausgelöst zu werden.

Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Ausgestaltung des Querriegels 30. Wie der Querriegel 30 der Figur 3 ist er vorgesehen, um in eine runde Bohrung 29 einzugreifen, deren Umriss als strichpunktierte Linie in Fig. 4 angedeutet ist. Der Querriegel selbst ist jedoch nicht zylindrisch, sondern hat einen rautenähnlichen Querschnitt mit vier Rippen 37 an den Ecken der Raute, die in der Lage sind, die Innenseite der Bohrung 29 zu berühren, und die voneinander durch Aussparungen 38 getrennt sind. Die durch diese Querschnittsgestaltung erzielte Verringerung der Kontaktfläche zwischen Querriegel 30 und Bohrung 29 verhindert ein Steckenbleiben des Querriegels 30 auch dann, wenn dessen Oberflächen oder die der Bohrung 29 bereits mehrfach den heißen Treibgasen von einem Gasgenerator 12 ausgesetzt gewesen sind und dadurch eventuell geringfügig angegriffen sind.