thermisches Hubelement

In unserem Hause wurde ein thermisches Hubelement entwickelt. Es sollte in die Peitsche eines Sicherheitsgurtschlosses eingebaut werden. Wenn der Crash-Sensor ausgelöst hat und das letzte Rad sich seit mindestens 8 Sekunden nicht mehr gedreht hat, sollte das thermische Hubelement das Gurtschloß öffnen. Es wurde davon ausgegangen, dass das Schloss in einem Cabriolet eingebaut wurde, und so auch Salzwasser und anderen widrigen Umständen ausgesetzt sei. Die geforderte Auslösekraft lag daher bei 60 N über einen Weg von 6 mm. Die Größe des Gurtschlosses sollte durch diesen Mechanismus möglichst wenig zunehmen.

Vorschläge mit Miniaturmotoren erwiesen sich als wenig tauglich, da sie angesichts der hohen Leistung mit sehr hohen Drehzahlen betrieben werden mussten. Das führte zu einem erheblichen Lärm- und Lebensdauerproblem.

Hubmagneten, die die geforderte Leistung bringen, wiegen mehrere Kilogramm und waren alleine schon wegen ihrer Größe indiskutabel.

Hydraulik und Pneumatik erfordert eigene Versorgungsstränge und eigene Pumpen. Wenn möglich, sollte auf diesen Aufwand verzichtet werden.

Die Lösung:

Nach systematischer Ideenfindung entschieden wir uns für einen "Schnellkochtopf". Mit Dampf kann man, genauso wie mit Pneumatik, nahezu beliebig lange Wege verfahren und fast beliebig große Drücke erzeugen. So bauten wir einige Prototypen und testeten diese mit 80 N und 6 mm Weg. Die Auslösezeiten lagen anfangs bei 12 Sekunden und konnten schließlich bis auf etwa 2 Sekunden reduziert werden. Eine Sekunde müßte nach unseren Berechnungen noch drin sein.

Der Prototyp des thermischen Hubelements besteht aus einem kleinen Edelstahltöpfchen mit 17,5 mm Außendurchmesser und 25 mm Länge. Damit duktil verschweißt ist ein Metallfaltenbalg, der in das Töpfchen ragt. Am anderen Ende des Balges ist das Heizröhrchen angeschweißt, das bündig mit dem Töpfchen abschließt. Es ist mit einem gelöteten Keramikringverschlossen, durch den das Füllröhrchen für die Flüssigkeit ragt. Es dient gleichzeitig als ein Pol der Stromversorgung. Der andere Pol ist das Gehäuse selbst. Das ganze thermische Hubelement wiegt knapp 20 Gramm und ist hermetisch dicht. Die Umgebungs- und Auslösetemperatur hängt hauptsächlich von der verwendeten Flüssigkeit ab. Das gezeigte Element kann von weit unterhalb -40°C bis etwa +100°C betrieben werden. Mit wenig Aufwand dürfte es jeden gängigen Salzwassersprühtest überstehen können. Rechnerisch bewältigt das Hubelement Kräfte bis ca. 300 N; wir testeten jedoch nur bis 80N. Ein Berstversuch zeigte, daß offensichtlich auch Kräfte bis weit über 300 N möglich sein dürften - dann jedoch erheblich auf Kosten der Lebensdauer.

Bild eines Thermischen Hubelements im Vergleich mit Büroklammern
Thermisches Hubelement
Kraft =300 Newton
Hub =6 Millimeter
Durchmesser = 17,5 Millimeter
Masse = 17 Gramm
Länge ohne Kontakt = 20 Millimeter
Zeit für 6 Millimeter bei 80 Newton ca. 2 Sekunden

Zukunftsaussichten:

Das thermische Hubelement kam leider nicht zum Serieneinsatz. Während der Entwicklung änderte sich das Pflichtenheft vom Notauslöser zum Komfortschloss. Damit hatten wir erst einmal gröbere Probleme hinsichtlich der Lebensdauer des Innenlebens, was schließlich zum Abbruch der Entwicklung führte. Statt der 80.000 Hübe gelangen uns damals nur ca. 1.000 Hübe. Nachfolgende Computersimulationen in eigener Regie zeigten die Schwachpunkte. Falls ausreichendes Interesse an diesem Bauelement besteht, könnten wir die weitere Entwicklung sofort wieder aufnehmen. Für das Lebensdauerproblem gibt es erfolgversprechende Lösungen.

Email: Christoph.Mueller@astrail.de?subject=th.htm&body=Betrefftext%20ist%20Spamfilter%20und%20sollte%20enthalten%20bleiben.
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