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Die Erfindung betrifft einen Anschlussstift, insbesondere einen Metallstift, bevorzugt für eine Durchführung, insbesondere eine Metall-Fixiermaterial-Durchführung, bevorzugt für Einrichtungen, die hohen Drücken ausgesetzt sind, bevorzugt Anzünder von Airbags oder Gurtspannern, eine Durchführung mit einem derartigen Anschlussstift sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Anschlussstiftes.
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Anschlussstifte für Durchführungen, insbesondere Metall-Fixiermaterial-Durchführungen sind in verschiedenen Ausführungen aus dem Stand der Technik vorbekannt.
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Unter Metall-Fixiermaterial-Durchführungen versteht man vakuumdichte Verschmelzungen von Fixiermaterialien, insbesondere aus Gläsern, Glaskeramiken oder Kunststoffen in Metallen. Die Metalle fungieren dabei als elektrische Leiter. Stellvertretend wird dabei auf die
US-A-5,345,872 ,
US-A-3,274,937 verwiesen. Derartige Durchführungen sind in der Elektronik und in der Elektrotechnik weit verbreitet. Das zum Einschmelzen verwendete Material, insbesondere Glas, dient hierbei als Isolator. Typische Metall-Fixiermaterial-Durchführungen sind derart aufgebaut, dass metallische Innenleiter in ein vorgeformtes Sinterglasteil eingeschmolzen werden, wobei das Sinterglasteil oder das Glasrohr in ein äußeres Metallteil mit dem sogenannten Grundkörper, der aus einem ring- oder plattenförmigen Element gebildet wird, eingeschmolzen wird. Als bevorzugte Anwendungen derartiger Metall-Fixiermaterial-Durchführungen gelten beispielsweise Zündeinrichtungen. Diese werden unter anderem für Airbags oder Gurtspanner bei Kraftfahrzeugen verwendet. In diesem Fall sind die Metall-Fixiermaterial-Durchführungen Bestandteil einer Zündeinrichtung. Die gesamte Zündeinrichtung umfasst außer der Metall-Fixiermaterial-Durchführung eine Zündbrücke, den Sprengstoff sowie eine Metallabdeckung, die den Zündmechanismus dicht umschließt. Durch die Durchführung können entweder ein oder zwei oder mehr als zwei Anschlussstifte, insbesondere metallische Stifte, hindurchgeführt werden. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform mit einem metallischen Stift liegt das Gehäuse auf Masse, bei einer bevorzugten zweipoligen Ausführung auf einer der Stifte.
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Aus der
US 2006/0222881 A1 , der
US 2004/0216631 , der
EP-A-1 455 160 , der
US 2007/0187934 A1 sowie der
US-A-1 813 906 sind Metall-Fixiermaterial-Durchführungen insbesondere für Anzünder von Airbags oder Gurtspannern bekannt geworden, die sich dadurch auszeichnen, dass die Durchgangsöffnung für die Anschlussstifte, insbesondere die Metallstifte aus dem Grundkörper ausgestanzt ist. Bei der Herstellung der Grundkörper werden gemäß der
US 2007/0187934 A1 aus einem Bandmaterial mit einer Dicke im Bereich zwischen 1 mm und 5 mm, bevorzugt 1,5 mm und 3,5 mm, insbesondere zwischen 1,8 mm bis 3,0 mm, ganz besonders bevorzugt zwischen 2,0 mm bis 2,6 mm, die Öffnungen durch die gesamte Dicke des Grundkörpers D mittels des Stanzprozesses hindurchgetrieben.
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Der Anschlussstift, insbesondere der Metallstift im Fixiermaterial wird über die gesamte Dicke D des Grundkörpers, der im oben genannten Bereich liegt in die in den Grundkörper eingestanzte Eingangsöffnung eingelassen.
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Des Weiteren ist die Durchgangsöffnung bei den Durchführungen mit mehr als einem Stift gemäß der
US 2007/0187934 A1 außermittig angeordnet.
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Das Ausstanzen aus einem Blechmaterial gemäß der
US 2007/0187934 A1 hat eine Vielzahl von Nachteilen. Ein Nachteil besteht darin, dass bei einem Stanzen aus einem Bandmaterial, beispielsweise einem Blech des Grundkörpers, ein großer Anteil an Materialabfall entsteht.
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Aus der
DE 10 2006 056077 A1 ist eine Zündvorrichtung für eine pyrotechnische Schutzvorrichtung bekannt geworden, die eine Ummantelung zur Lagefixierung der Stromdurchführung des Metallstiftes aufweist und Mittel zur Vermeidung einer Relativbewegung zwischen Ummantelung und Metallstift. Wie im Falle der
US 2007/0187934A1 wird auch bei der
DE 10 2006 056 077 A1 der Grundkörper aus einem Blech, beispielsweise einem Bandmaterial ausgestanzt, was einen großen Materialabfall zur Folge hat. Des Weiteren waren wie in der
US 2007/0187934A1 die Durchgangsöffnungen außeraxial angeordnet.
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Die
EP 1 491 848 A1 zeigt eine Stromdurchführung mit einer mittig angeordneten Durchgangsöffnung für einen stiftförmigen Leiter. Die Durchgangsöffnung ist in ihrer Herstellweise nicht beschrieben und erstreckt sich über die gesamte Dicke des Grundkörpers.
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Insbesondere bei Metall-Fixiermaterial-Durchführungen mit zwei Anschlussstiften, insbesondere Metallstiften und außermittig angeordneter Durchgangsöffnung führt die außermittige Durchgangsöffnung zu einer Schwächung der Einglasung.
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Im Stand der Technik wurden die Anschlussstifte, insbesondere die Metallstifte für Durchführungen, insbesondere Glas-Metall-Durchführungen, wenigstens an einem Endabschnitt mit einer Verrundung, einem sogenannten Radius, versehen. Die Verrundung, insbesondere die Radien der Anschlussstifte, wurden in der Regel durch Gleitschleifen erzeugt. Als Gleitschleif-Medium wurde beispielsweise Al2O3 oder Siliziumcarbid (SiC) oder andere Schleifmittel aus Gleitschleifsteinen eingesetzt. Nachteilig an einer derartigen Methode der Verrundung mit Gleitschleifmitteln war, dass sich kleine Partikel des Gleitschleifmediums in die Stiftoberfläche eingebracht haben. Diese Partikel, die sich in der Oberfläche nach der Bearbeitung abgesetzt haben, führten dann dazu, dass bei einer Oberflächenbeschichtung, beispielsweise einer Vernickelung, in der Beschichtung selbst Fehlstellen auftraten. Diese Fehlstellen waren dann wiederrum Ausgangspunkt für Korrosion, die sich bis in den Bereich des Sockels der Durchführung, z. B. im Falle von Metall-Fixiermaterial-Durchführungen, ausbreiteten.
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Aufgabe der Erfindung ist es somit, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und einen Anschlussstift, insbesondere einen metallischen Anschlussstift für Durchführungen, insbesondere Metall-Fixiermaterial-Durchführungen, anzugeben, der diese Nachteile vermeidet.
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Erfindungsgemäß wird dies durch einen Anschlussstift, insbesondere Metallstift, für Durchführungen, insbesondere Glas-Metall-Durchführungen, erreicht, der einen ersten, länglichen Abschnitt sowie wenigstens einen, an den ersten, länglichen Abschnitt anschließenden Endabschnitt aufweist, wobei der Endabschnitt eine Verrundung mit einem Radius hat und die Verrundung, insbesondere der Radius, bevorzugt gemäß einer Spezifikation mittels eines spanenden Verfahrens und/oder eines spanlosen Verfahrens ohne Einsatz von Gleitschleifmitteln erhalten wird.
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In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die spanlosen Verfahren, insbesondere Umformverfahren, beispielsweise ein Stauchen, ein Rollen, ein Prägen, ein Pressen, ein Hämmern oder aber auch Drücken umfassen.
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Bei den spanenden Verfahren sind Drehen, Fräsen oder Schleifen mögliche Verfahren.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Anschlussstift eine Stiftoberfläche auf. Nach dem Einbringen des Radius mit einem span- und/oder spanlosen Verfahren wird die Stiftoberfläche, die frei oder weitgehend frei von Verunreinigungen, insbesondere Al2O3, SiC ist, mit einer Beschichtung, insbesondere einer Nickelbeschichtung, versehen. Unter frei oder weitgehend frei von Verunreinigungen wird in vorliegender Anmeldung verstanden, dass auf weniger als 2 %, insbesondere weniger als 1 %, bevorzugt weniger als 0,1 % der Stiftoberfläche Gleitschleifpartikel, insbesondere aus einem keramischen Material wie Al2O3, SiC vorliegen, die zu Fehlstellen in der Beschichtung führen können. Auf Grund der erfindungsgemäß fehlenden Gleitschleifpartikel, die sich in den Stift einbringen können, ist die auf die Stiftoberfläche aufgebrachte Beschichtung frei oder weitgehend frei von Fehlstellen. Korrespondierend zu den Verunreinigungen bedeutet das, dass weniger als 2 %, insbesondere weniger als 1 %, bevorzugt weniger als 0,1% der Stiftoberfläche Fehlstellen aufweisen.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn der Radius, der mit Hilfe des span- oder eines spanlosen Verfahrens in den Endabschnitt eingebracht werden soll, vorgegeben ist. Der Vorteil der Verrundung bzw. des Einbringen des Radius mit einem span- oder spanlosen Verfahren gemäß der Erfindung ist, dass die Radien nach einer Spezifikation hergestellt werden können. Dies ist möglich, da durch das span- bzw. spanlose Verfahren der Radius eingestellt werden kann, was gemäß dem Stand der Technik nicht möglich gewesen ist, da durch Gleitschleifen die Form der Verrundung, insbesondere der Radius, nicht beeinflusst werden kann.
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Auf Grund der nicht in die Oberfläche des Anschlussstiftes einmassierten Gleitschleif-Partikeln ist es möglich, nach der Herstellung des Radius eine geschlossene Oberflächenbeschichtung herzustellen, die weitgehend frei von Fehlstellen ist und daher die Korrosionsgefahr an oberflächenbeschichteten Stiften erheblich vermindert wird.
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Neben dem erfindungsgemäßen Anschlussstift, insbesondere in Form eines Metallstiftes, stellt die Erfindung auch eine Durchführung, insbesondere eine Metall-Fixiermaterial-Durchführung, bevorzugt für Einrichtungen, die hohen Drücken ausgesetzt sind, mit wenigstens einem derartigen Anschlussstift zur Verfügung. Bevorzugt ist es so, dass die Durchführung eine Öffnung aufweist, durch die der Anschlussstift in einem Glas- oder Glaskeramikmaterial hindurch geführt wird.
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Neben dem Anschlussstift und der Durchführung gibt die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Anschlussstiftes an, wobei zunächst ein Anschlussstift-Rohling zur Verfügung gestellt wird, der beispielsweise aus einem Drahtmaterial durch Abschneiden erhalten werden kann und einen Endabschnitt aufweist. In den Anschlussstift-Rohling wird dann ein Radius, bevorzugt ein Radius gemäß einer vorgegebenen Spezifikation, mittels eines span- und/oder spanlosen Verfahrens in den Endabschnitt eingebracht. Nach dem Verrunden bzw. Einbringen des Radius in den Stift mit Hilfe des span- oder spanlosen Verfahrens kann vorgesehen sein, den Anschlussstift mit einer Beschichtung, bevorzugt einer Nickelbeschichtung, zu versehen.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnungen näher dargestellt werden ohne Beschränkung hierauf.
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Es zeigen:
- 1: einen erfindungsgemäßen Anschlussstift
- 2: den Endabschnitt eines erfindungsgemäßen Anschlussstiftes mit Verrundung
- 3: eine beispielhafte Durchführung mit einem Anschlussstift
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1 zeigt beispielhaft einen Anschlussstift gemäß der Erfindung. Der Anschlussstift 1 umfasst in der in 1 dargestellten Ausführungsform drei Bereiche. Einen ersten, im wesentlichen geraden Bereich, der mit Bezugsziffer 3 belegt ist. Einen gebogenen Bereich, der mit Bezugsziffer 5 belegt sowie einen Endbereich bzw. Endabschnitt, der mit Bezugsziffer 7 belegt ist. Die Endabschnitte 10.1, 10.2 des Stiftes 1 sind erfindungsgemäß verrundet und zwar mit Hilfe eines spanlosen und/oder spanenden Verfahrens, wobei der Radius R der Verrundung vorgegeben ist. Mit Hilfe des spanenden und/oder spanlosen Verfahrens ist es dann möglich, den vorgegebenen Radius einzustellen. Die Anschlussstifte werden durch Abschneiden aus einem Drahtabschnitt erhalten. Der nicht gerade, d. h. gebogene Abschnitt 5 des Stiftes ist um 45° gegenüber dem geraden Bereich 3 und dem Endabschnitt 7 geneigt. Der Durchmesser des Stiftes beträgt 0,5 bis 2,5 mm. Auch Stifte mit kleinerem Durchmesser als 0,5 mm sind möglich.
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In 2 dargestellt ist der Endabschnitt mit Verrundung. Die Verrundung kann ein Kegel und/oder ein Radius sein. Der Durchmesser des Radius liegt im Bereich 0,25 mm bis 1,0 mm. Der Kegel weist eine Seitenlänge auf, die ebenfalls im Bereich des Radius, d. h. zwischen 0,25 mm und 1,0 mm, liegt.
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Nachdem die Verrundung mit Hilfe eines spanlosen und/oder spanenden Verfahrens gemäß Vorgabe in den wenigstens einen Endabschnitt mit der vorgegebenen Verrundung eingebracht ist, kann der Anschlussstift mit einer Beschichtung auf der Stiftoberfläche versehen werden. In der Regel wird als Korrosionsschutz zunächst eine Nickelschicht auf den Anschlussstift aufgebracht. Anschließend an die Nickelbeschichtung wird eine Goldschicht aufgebracht. Die Dicke der Nickel- und der Goldbeschichtung liegt im µm-Bereich, bevorzugt im Bereich 0,1 µm bis 10 µm. Anstelle einer Goldbeschichtung kann auch eine Beschichtung mit Palladium vorgenommen werden. Durch die Beschichtung mit Nickel und Gold wird eine kontaktsichere Steckverbindung mit geringem Übergangswiderstand zur Verfügung gestellt. Da mit dem erfindungsgemäßen span- und/oder spanlosen Verfahren zum Einbringen des Radius die Stiftoberfläche weitgehend frei von Verunreinigungen, beispielsweise Gleitschleifmittel, gehalten wird, weist die auf den Anschlussstift aufgebrachte Beschichtung, beispielsweise aus Nickel, keine Fehlstellen auf, was dazu führt, dass der Anschlussstift weitgehend korrosionsfrei bleibt. Unter frei bzw. weitgehend frei von Verunreinigungen wird in dieser Anmeldung verstanden, dass weniger als 2 %, insbesondere weniger als 1 %, bevorzugt weniger als 0,1 % der Stiftoberfläche Gleitschleifpartikel umfassen. Unerwünschte Gleitschleifpartikel sind insbesondere Partikel eines keramischen Materials, wie beispielsweise Al2O3 oder SiC. Weniger schädigend in Bezug auf Fehlstellen und damit tolerabel sind Partikel aus anderen Materialien, wie beispielsweise Eisenpartikel. Dies führt somit zu einem geringen Kontaktübergangswiderstand. Insbesondere werden durch den Verzicht auf ein Gleitschleifmittel Fehlstellen vermieden, die wiederum zur Korrosion führen und aufgrund der Korrosion dazu führen, das der Kontaktwiderstand wächst und schlussendlich eine Stromleitung mit der Zeit verloren geht.
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In 3 ist die Verwendung eines erfindungsgemäßen Anschlussstiftes, insbesondere Metallstiftes, in einer Durchführung dargestellt. 3 zeigt eine Durchführung 100, insbesondere eine Metall-Fixiermaterial-Durchführung für Einrichtungen, die hohen Drücken ausgesetzt sind.
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Deutlich zu erkennen ist die Durchführung 100 umfassend ein ringförmiges Element 106 mit Öffnung. Des Weiteren gezeigt ist ein Freistellungsbereich 105. Aus dem Restmaterial des ringförmigen Elementes 106 wird mit der Dicke DR eine Durchgangsöffnung 20 ausgestanzt, die vorliegend einen konischem Verlauf 200 aufweist. Während in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Konizität über die gesamte Länge der Durchgangsöffnung eingebracht ist, kann in einer alternativen Ausführungsform sich die Konizität nur über einen Teil der Länge der Durchgangsöffnung erstrecken, d.h. die Durchgangsöffnung weist dann zwei Abschnitte auf, einen konischen und daran anschließend einen nicht konischen. Der konische Abschnitt kann dann z. B. durch Umformen bzw. Formen hergestellt werden und der nicht konische durch Stanzen.
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Das ring- oder plattenförmige Element 106 dient als Basis für eine Metall-Fixiermaterial-Durchführung mit insgesamt zwei Anschlussstiften 50, 52 gemäß der Erfindung. Während der Anschlussstift, der bevorzugt ein Metallstift 50 ist, in einem Fixiermaterial 60, hier einem Glasmaterial, das aber auch ein Glaskeramikmaterial oder ein Keramikmaterial sein kann, isoliert zum ring- oder plattenförmigen Grundkörper 106 von der Vorder- zur Rückseite hindurchgeführt wird, dient der zweite Anschlussstift, insbesondere Metallstift 52 als Massestift. Hierzu wird der zweite Metallstift 52 direkt mit dem ring- oder plattenförmigen Körper 106 verbunden. Sowohl der Anschlussstift, insbesondere Metallstift 50 wie der Anschlussstift, insbesondere Metallstift 52 sind gebogen ausgeführt. Der Bogen beider Metallstifte ist mit 54 bzw. 56 bezeichnet und deutlich erkennbar.
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Der Anschlussstift, insbesondere Metallstift 50, kann zudem mit Mitteln 62 am Metallstift 50 selbst versehen sein, die in den Glaspfropfen eingreifen und so ein Herausdrücken des Metallstiftes aus dem Glaspfropfen 60, in der der Metallstift eingeglast ist, auch bei hohen Drücken verhindert.
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Das Einglasen des Anschlussstifts, insbesondere Metallstiftes 50 in das Fixiermaterial 60 erfolgt durch Einschmelzen. Sobald der Anschlussstift, insbesondere Metallstift in das Fixiermaterial 60 eingeschmolzen ist, wird der Glaspfropfen zusammen mit dem Metallstift in die Durchgangsöffnung 20 eingebracht. Anschließend wird der Glaspfropfen zusammen mit dem ring- oder plattenförmigen Element, d.h. dem Grundkörper, erwärmt, so dass nach dem Abkühlen das Metall des ring- oder plattenförmigen Elements auf das Fixiermaterial, hier das Glasmaterial, aufschrumpft, wie schon zuvor bei der Herstellung des Glaspfropfens, bei dem der Anschlussstift, insbesondere Metallstift in den Glaspfropfen eingebracht wird. Der als Erde dienende Anschlussstift, insbesondere Metallstift 52 wird mit dem plattenförmigen Element leitend, beispielsweise durch Hartlöten, verbunden. Die Lotstelle ist mit 70 bezeichnet. Sämtliche verwandten Metallstifte sind an den Endabschnitten 72 gemäß der Erfindung durch spanende und/oder spanlose Verfahren verrundet. Hierdurch kommt es zu keinen Verunreinigungen der Oberfläche der Anschlussstifte, insbesondere Metallstifte, so dass die Anschlussstifte ohne Fehlstellen mit einer Beschichtung versehen werden können. Die beschichteten Anschlussstifte weisen einen niedrigen Kontaktwiderstand auf. Da Fehlstellen vermieden werden, kann eine Korrosion weitgehend ausgeschlossen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5345872 A [0003]
- US 3274937 A [0003]
- US 2006/0222881 A1 [0004]
- US 2004/0216631 [0004]
- EP 1455160 A [0004]
- US 2007/0187934 A1 [0004, 0006, 0007, 0008]
- US 1813906 A [0004]
- DE 102006056077 A1 [0008]
- EP 1491848 A1 [0009]
