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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für Rückhaltesysteme in Kraftfahrzeugen, insbesondere für Sicherheitsgurtstraffer, mit einem Gehäuse, einer Treibladung und einem elektrisch auslösbaren Zünderköpfchen.
Sicherheitsgurtstraffer finden im Fahrzeugbau zunehmend Verbreitung. Ihr Sinn ist, im Falle einer Kollision den Sicherheitsgurt zu straffen, um jegliches Lose zu beseitigen.
Anderenfalls könnte die durch den Sicherheitsgurt gesicherte Person trotz des Sicherheitsgurtes relativ weit nach vorne fallen und mit dem Kopf z. B. am Lenkrad aufschlagen. Lediglich beispielsweise soll auf die EP-A1-505 823 verwiesen werden, wo ein Sicherheitsgurtstraffer beschrieben ist. Im wesentlichen wird durch den pyrotechnischen Gasgenerator ein Gas erzeugt, das einen in einem Zylinder verschiebbaren Kolben beaufschlagt ; an diesem Kolben ist z. B. ein Seil befestigt, das über eine Seilscheibe mit der Gurtspule des Gurtaufrollers gekuppelt ist und somit bei Bewegung des Kolbens den Gurt strafft.
Eine Antriebsvorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der EP-Al-360 902 bekannt. Nachteilig bei derartigen Antriebsvorrichtung ist, dass es bei nicht angeschlossenem Stecker z. B. infolge von durch eingestrahlte elektromagnetische Felder entstehenden Spannungen bzw Strömen oder leitungsgebundenen HFWellen zu einer unbeabsichtigten Zündung der Treibladung kommen kann. Der Einbau derartiger Sicherheitsgurtstraffer birgt somit eine gewisse Gefahr in sich.
Als Abhilfe ist bereits vorgeschlagen worden, Stecker mit Kurzschlussbügel zu verwenden. Die durch den Kurzschlussbügel erreichte niederohmige Überbrückung des Zünderköpfchens, die beim Anschluss an den Steuerkreis automatisch weggedrückt und somit deaktiviert wird, bietet einen gewissen Schutz gegen unbeabsichtigte Auslösung durch z. B. Entladungen elektrostatischer Natur, aber keinerlei Schutz gegen ungewollte Zündung der Treibladung infolge von durch eingestrahlte elektromagnetische Felder entstehenden Spannungen bzw. Strömen oder leitungsgebundenen HF-Wellen.
Eine andere praktizierte Möglichkeit ist, das Zünderköpfchen als separat einschraubbaren Teil auszubilden. In diesem Fall
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kann der Sicherheitsgurtstraffer zunächst ohne das Zünderköpfchen und damit völlig gefahrlos eingebaut werden. Erst danach wird das Zünderköpfchen eingeschraubt. Dies bringt natürlich höhere Montagekosten mit sich.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu beseitigen und eine Antriebsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die weitestgehend vor Fehlzündungen infolge von durch eingestrahlte elektromagnetische Felder entstehenden Spannungen bzw. Strömen oder leitungsgebundenen HFWellen geschützt ist.
Diese Aufgabe wird gemäss der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass im Zünderköpfchen integriert, direkt der Zündladung vorgelagert, elektronische Bauteile, insbesondere eine in einem Zuleitungsdraht eingeschaltete Induktivität, zum Schutz vor durch eingestrahlte elektromagnetische Felder entstehenden Spannungen bzw. Strömen oder leitungsgebundenen HFWellen vorgesehen sind.
Durch die erfindungsgemäss im Zünderköpfchen vorgesehenen elektronischen Bauteile, im speziellen Fall Induktivitäten, wird erreicht, dass durch eingestrahlte elektromagnetische Felder entstehende Spannungen bzw. Ströme oder leitungsgebundene HF-Wellen soweit abgeschwächt werden, dass sie keine Fehlzündung mehr auslösen können. Die erfindungsgemässe Antriebsvorrichtung kann daher mit beliebig langen Anschlussleitungen ausgerüstet, gefahrlos gelagert, transportiert und eingebaut werden. Auch im eingebauten Zustand bzw. während des Betriebes wird erreicht, dass durch Integrieren der elektronischen Bauteile, im speziellen Fall der Induktivitäten, in das Zünderköpfchen die gesamte Leitungslänge von der Steuerungselektronik bis zur Zündladung abgedeckt wird.
Wenn die Zündladung, vorzugsweise das gesamte Zünderköpfchen, eine elektrisch leitende Oberfläche, z. B. aus Aluminiumlack, aufweist, wird erreicht, dass die Zündladung bzw-das Zünderköpfchen einen Faraday'schen Käfig bildet, und somit können auch eingestrahlte elektromagnetische Felder, die direkt auf die Zündladung bzw. das Zünderköpfchen einfallen, keine Fehlzündungen auslösen. Diese Massnahme ist aber unter Umständen entbehrlich, z. B. wenn bereits das Gehäuse der Antriebsvor-
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richtung einen Faraday'schen Käfig bildet. In diesem Fall muss aber natürlich während der Herstellung darauf geachtet werden, dass bis zu dem Zeitpunkt, wo das Zünderköpfchen in die Antriebsvorrichtung eingesetzt wird, keine starken elektromagnetischen Felder auftreten.
Da bei der erfindungsgemässen Antriebsvorrichtung Fehlzündungen praktisch ausgeschlossen sind, ist es möglich, dass das Zünderköpfchen ein integraler Bestandteil der Antriebsvorrichtung ist und dass die Treibladung direkt in die Antriebsvorrichtung gefüllt ist. Auf diese Weise können die Herstellungskosten stark gesenkt werden.
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und dem Zünderköpfchen wurde dann in die Antriebsvorrichtung eingebaut, was natürlich entsprechend aufwendiger ist.
Es ist zweckmässig, wenn in der Treibladung zumindest ein Element aus Wachs oder aus einem Kunststoff, dessen Schmelzpunkt unter der Selbstentzündungstemperatur der Treibladung liegt, eingesetzt ist. Ein Problem bei pyrotechnischen Antriebsvorrichtungen liegt nämlich darin, dass bei einer aussergewöhnlichen Erhitzung, insbesondere bei einem Brand des Kraftfahrzeuges, die Treibladung zündet, wenn die Selbstentzündungstemperatur der Treibladung überschritten wird. Die dabei freigesetzte Energie ist viel grösser als bei normalen Betriebstemperaturen, sodass es in diesem Fall leicht zu einem Bersten der Antriebsvorrichtung und damit unter Umständen zu Verletzungen kommen kann. Diese Problematik ist in der oben erwähnten EP-A1-360 902 bereits dargelegt.
In dieser Druckschrift wird zur Lösung dieser Problematik vorgeschlagen, dass die Arbeitskammer einen Entlastungsweg aufweist, der durch ein Verschlusselement aus einem Material verschlossen ist, das ab einer bestimmten Temperatur schmilzt und somit den Entlastungsweg freigibt. Dies hat jedoch den Nachteil, dass bestehende Antriebsvorrichtungen geändert werden müssen. Im Gegensatz dazu muss gemäss der Lösung der vorliegenden Erfindung nur die Befüllung geändert werden. Das Wachs bzw. der Kunststoff schmilzt bei irgendeiner bestimmten Temperatur, die unter der Selbstentzündungstemperatur der Treibladung liegt, und phlegmatisiert die Treibladung bzw. inaktiviert sie zum Teil, damit geht von der Antriebsvorrichtung selbst im Falle eines Fahrzeugbrandes
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keine Gefahr mehr aus.
Die zuletzt genannte Massnahme (Ring aus Wachs oder Kunststoff) kann natürlich auch unabhängig von den vorher erwähnten elektronsichen Bauteilen vorteilhaft eingesetzt werden.
Die bisher beschriebenen Massnahmen gewährleisten, dass keine Fehlzündungen auftreten, wenn zwischen den Zuleitungsdrähten Spannungen auftreten. Um aber auch zu gewährleisten, dass keine Fehlzündungen auftreten, wenn Spannungen zwischen dem Gehäuse der Antriebsvorrichtung einerseits und den Zulei- 'tungsdrähten anderseits auftreten, ist es zweckmässig, dass zwischen dem Gehäuse der Antriebsvorrichtung und der Treibladung eine Distanzhülse aus elektrisch isolierendem Material vorgesehen ist. Durch die Distanzhülse wird ein Funkenüberschlag zwischen den Zuleitungsdrähten und dem Gehäuse im Bereich der Treibladung und der Zündladung verhindert. Alternativ dazu kann man vorsehen, dass zwischen zumindest einem der Zuleitungsdrähte und dem Gehäuse der Antriebsvorrichtung eine Funkenstrecke vorgesehen ist.
Eine derartige Funken-
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die in einem definierten Abstand vor dem Gehäuse endet. Wenn nun zwischen dem Gehäuse und dem Zuleitungsdraht eine entsprechend hohe Spannung auftritt, so kommt es in der Funken-
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hindert wird, sodass es zu keinen Fehlzündungen kommen kann.
An Hand der beiliegenden Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt die erfindungsgemässe Antriebsvorrichtung im Querschnitt.
Die Antriebsvorrichtung weist ein Gehäuse 1 mit einer oben offenen Öffnung auf. In diese Öffnung sind von unten nach oben ein Berstboden 2, ca. 1, 5 g pulverförmige Treibladung 3 (Nitrocellulose), ein elektrisches Zünderköpfchen 4 und eine Kappe 5 aus Stahl eingesetzt. Die Kappe 5 und der Berstboden 2 sind mit Dichtlack gegen das Gehäuse 1 abgedichtet. Zum Zünderköpfchen 4 führen zwei Zuleitungsdrähte 6 und 7. Legt man an diese eine genau definierte Spannung an, wird die Zündladung 8 gezündet, woraufhin auch die Treibladung 3 detoniert. Dadurch
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bricht der Berstboden 2, und die entstehenden Gase können in die Arbeitskammer 9 eindringen-Die Arbeitskammer 9 steht mit einem Zylinder 10 in Verbindung, in welchem ein Kolben (nicht dargestellt) verschiebbar gelagert ist.
An diesem Kolben ist ein Seil befestigt, das durch eine Öffnung 11 aus der Antriebsvorrichtung herausgeführt ist. Beim Zünden der Antriebsvorrichtung wird der Kolben in der Figur nach rechts verschoben und zieht somit das Seil ins Innere der Antriebsvorrichtung.
Um nun diese Antriebsvorrichtung vor Fehlzündungen infolge von durch eingestrahlte elektromagnetische Felder entstehenden Spannungen bzw. Strömen oder leitungsgebundenen HF-Wellen zu schützen, ist am Ende des Zuleitungsdrahtes 7 eine Induktivität 13 vorgesehen ; durch diese werden die in den Zuleitungsdrähten 6 und 7 durch eingestrahlte elektromagnetische Felder entstehenden Spannungen bzw. Ströme sowie leitungsgebundene HFWellen abgeschwächt. Soweit die Oberfläche des Zünderköpfchens 4 nicht ohnehin elektrisch leitend ist, zu. B. im Bereich der Zündladung 8, ist sie mit Aluminiumlack überzogen, um elektrische Leitfähigkeit zu gewährleisten. Dadurch wird das Zünderköpfchen 4 zu einem Faraday'schen Käfig, und es können infolge von durch eingestrahlte elektromagnetische Felder entstehenden Spannungen bzw.
Strömen oder leitungsgebundenen HFWellen keine Spannungen im Inneren des Zünderköpfchens 4 induziert werden.
Da die Antriebsvorrichtung durch diese Massnahmen gegen Fehlzündungen praktisch vollkommen sicher ist, kann die Treibladung 3 bereits bei der Herstellung direkt in das Gehäuse 1 gefüllt werden und auch das Zünderklöpfchen 4 als integraler Bestandteil eingebaut werden. Die fertige Antriebsvorrichtung kann gefahrlos im Fahrzeug montiert werden.
Um auch eventuelle Schäden im Falle eines Fahrzeugbrandes zu vermeiden, ist in der Treibladung 3 ein Ring 12 aus Wachs oder aus Kunststoff vorgesehen. Das Material ist so gewählt, dass sein Schmelzpunkt unterhalb der Selbstentzündungstemperatur der Treibladung 3 liegt, dh unter 170 C im Fall von Nitrocellulose. Im Fall eines Fahrzeugbrandes steigt die Temperatur der Treibladung 3 und des Ringes 12 langsam an ; noch bevor die Selbstentzündungstemperatur der Treibladung 3 er-
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reicht wird, schmilzt der Ring 12 und bewirkt eine teilweise Inaktivierung der Treibladung 3. Wird dann die Selbstentzündungstemperatur der Treibladung 3 erreicht, so ist die Wirkung der Detonation relativ gering und eine Beschädigung des Gehäuses 1 äusserst unwahrscheinlich.
Um die Antriebsvorrichtung auch vor Fehlzündungen zu schützen, die infolge von Funkenüberschlägen im Bereich des Treibladungspulvers 3 beziehungsweise der Zündladung 8 auftreten könnten, wenn zwischen den Zuleitungsdrähten 6 und 7 einerseits und dem Gehäuse 1 anderseits infolge statischer Aufladung hohe Spannungen auftreten, ist eine Distanzhülse 14 aus elektrisch isolierendem Material vorgesehen. Die Distanzhülse 14 befindet sich zwischen dem Gehäuse 1 und der Treibladung 3. Durch die isolierende Wirkung der Distanzhülse 14 wird ein Funkenüberschlag bei allen Spannungen, die durch elektrostatische Aufladung in der Praxis entstehen können, verhindert. Alternativ (unter Umständen auch zusätzlich) kann der Zuleitungsdraht 6 an eine Stabelektrode 15 angeschlossen sein.
Die Stabelektrode 15 endet in einem gewissen Abstand vor dem Gehäuse 1 bzw. der mit dem Gehäuse 1 elektrisch leitend verbundenen Kappe 5. Dadurch wird zwischen der Kappe 5 und der Stabelektrode 15 eine Funkenstrecke gebildet, innerhalb der der Funkenüberschlag stattfindet, wenn infolge von statischen Aufladungen Spannungen zwischen dem Gehäuse 1 und den Zuleitungsdrähten 6,7 auftreten. Da die statische Aufladung auf diese Weise abgeleitet wird, besteht keine Gefahr eines Funkenüberschlages im Bereich der Treibladung 3 bzw. der Zündladung 8. -
Die erfindungsgemässe Antriebsvorrichtung ist allgemein für Rückhaltesysteme in Kraftfahrzeugen geeignet, also nicht nur für Sicherheitsgurtstraffer, sondernz. B. auch für Airbags.
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The present invention relates to a drive device for restraint systems in motor vehicles, in particular for seat belt tensioners, with a housing, a propellant charge and an electrically triggerable detonator head.
Seat belt tensioners are becoming increasingly popular in vehicle construction. Their purpose is to tighten the seat belt in the event of a collision to remove any loose objects.
Otherwise, the person secured by the seat belt could fall relatively far forward despite the seat belt and z. B. hit the steering wheel. For example, reference should only be made to EP-A1-505 823, where a seat belt pretensioner is described. Essentially, the pyrotechnic gas generator generates a gas which acts on a piston which is displaceable in a cylinder; on this piston is e.g. B. attached a rope which is coupled via a pulley to the belt reel of the belt retractor and thus tightens the belt when the piston is moving.
A drive device of the type mentioned is known from EP-Al-360 902. A disadvantage of such a drive device is that, when the plug is not connected, for. B. accidental ignition of the propellant charge can occur as a result of voltages or currents or line-bound HF waves arising from radiated electromagnetic fields. The installation of such seat belt pretensioners therefore harbors a certain danger.
As a remedy, it has already been proposed to use plugs with a shorting bar. The low-impedance bridging of the detonator head achieved by the short-circuiting bracket, which is automatically pushed away and thus deactivated when connected to the control circuit, offers a certain protection against unintended triggering by e.g. B. Discharges of an electrostatic nature, but no protection against unwanted ignition of the propellant charge as a result of voltages or currents generated by radiated electromagnetic fields or conducted RF waves.
Another practiced option is to design the detonator head as a separately screwable part. In this case
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the seat belt pretensioner can initially be installed without the detonator's head and thus completely safely. Only then is the fuse head screwed in. This naturally entails higher assembly costs.
It is an object of the present invention to eliminate these disadvantages and to provide a drive device of the type mentioned at the outset which is largely protected against misfires due to voltages or currents or conducted RF waves caused by incident electromagnetic fields.
According to the present invention, this object is achieved in that integrated in the detonator head, directly in front of the primer charge, electronic components, in particular an inductor switched on in a supply wire, are provided for protection against voltages or currents or conducted RF waves caused by radiated electromagnetic fields.
The electronic components, in the special case inductors, provided in the detonator head according to the invention ensure that voltages or currents or conducted RF waves caused by irradiated electromagnetic fields are attenuated to such an extent that they can no longer trigger a misfire. The drive device according to the invention can therefore be equipped with connecting lines of any length, safely stored, transported and installed. Even in the installed state or during operation, it is achieved that by integrating the electronic components, in the special case of the inductors, into the detonator head, the entire line length from the control electronics to the priming charge is covered.
If the primer charge, preferably the entire primer head, has an electrically conductive surface, e.g. B. made of aluminum lacquer, it is achieved that the ignition charge or the detonator head forms a Faraday cage, and thus irradiated electromagnetic fields that strike the ignition charge or detonator head directly cannot trigger misfires. This measure may be unnecessary, for. B. if the housing of the drive
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direction forms a Faraday cage. In this case, however, care must of course be taken during production that no strong electromagnetic fields occur up to the point in time at which the igniter head is inserted into the drive device.
Since misfires are practically excluded in the drive device according to the invention, it is possible that the detonator head is an integral part of the drive device and that the propellant charge is filled directly into the drive device. In this way, the manufacturing costs can be greatly reduced.
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and the detonator head was then installed in the drive device, which of course is correspondingly more complex.
It is expedient if at least one element made of wax or of a plastic whose melting point is below the self-ignition temperature of the propellant charge is used in the propellant charge. A problem with pyrotechnic drive devices is that in the case of unusual heating, in particular in the event of a fire in the motor vehicle, the propellant charge ignites when the self-ignition temperature of the propellant charge is exceeded. The energy released in the process is much greater than at normal operating temperatures, so that in this case the drive device can easily rupture and possibly cause injuries. This problem is already set out in the above-mentioned EP-A1-360 902.
In order to solve this problem, this publication proposes that the working chamber have a relief path which is closed by a closure element made of a material which melts at a certain temperature and thus opens the relief path. However, this has the disadvantage that existing drive devices have to be changed. In contrast, according to the solution of the present invention, only the filling needs to be changed. The wax or the plastic melts at any specific temperature which is below the self-ignition temperature of the propellant charge, and partially desensitizes or inactivates the propellant charge, so that the drive device is released even in the event of a vehicle fire
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no more danger.
The last-mentioned measure (ring made of wax or plastic) can of course also be used advantageously independently of the previously mentioned electronic components.
The measures described so far ensure that no misfires occur if voltages occur between the lead wires. However, in order to also ensure that no misfires occur when tensions occur between the housing of the drive device on the one hand and the supply wires on the other hand, it is expedient that a spacer sleeve made of electrically insulating material is provided between the housing of the drive device and the propellant charge. The spacer sleeve prevents arcing between the lead wires and the housing in the area of the propellant charge and the primer charge. Alternatively, it can be provided that a spark gap is provided between at least one of the lead wires and the housing of the drive device.
Such a spark
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that ends at a defined distance in front of the housing. If a correspondingly high voltage now occurs between the housing and the lead wire, the spark
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is prevented so that there can be no misfires.
The invention is explained in more detail with reference to the accompanying drawing. The single figure shows the drive device according to the invention in cross section.
The drive device has a housing 1 with an opening open at the top. A bursting base 2, approx. 1.5 g of powdered propellant charge 3 (nitrocellulose), an electric detonator head 4 and a steel cap 5 are inserted into this opening from bottom to top. The cap 5 and the bursting base 2 are sealed with sealing lacquer against the housing 1. Two lead wires 6 and 7 lead to the fuse head 4. If a precisely defined voltage is applied to the latter, the primer charge 8 is ignited, whereupon the propellant charge 3 also detonates. Thereby
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the bursting base 2 breaks, and the resulting gases can penetrate into the working chamber 9. The working chamber 9 is connected to a cylinder 10, in which a piston (not shown) is displaceably mounted.
A cable is attached to this piston and is led out of the drive device through an opening 11. When the drive device is ignited, the piston is moved to the right in the figure and thus pulls the cable into the interior of the drive device.
In order to protect this drive device from misfires due to voltages or currents or conducted RF waves caused by radiated electromagnetic fields, an inductor 13 is provided at the end of the lead wire 7; This attenuates the voltages or currents in the lead wires 6 and 7 caused by radiated electromagnetic fields as well as conducted RF waves. As far as the surface of the detonator head 4 is not electrically conductive anyway. B. in the area of the ignition charge 8, it is coated with aluminum lacquer to ensure electrical conductivity. As a result, the detonator head 4 becomes a Faraday cage and, as a result of voltages or
Currents or conducted RF waves, no voltages are induced inside the detonator head 4.
Since the drive device is practically completely safe against misfires through these measures, the propellant charge 3 can be filled directly into the housing 1 during manufacture and the detonator plug 4 can also be installed as an integral part. The finished drive device can be safely installed in the vehicle.
In order to avoid possible damage in the event of a vehicle fire, a ring 12 made of wax or plastic is provided in the propellant charge 3. The material is selected so that its melting point is below the self-ignition temperature of the propellant charge 3, ie below 170 C in the case of nitrocellulose. In the event of a vehicle fire, the temperature of the propellant charge 3 and the ring 12 slowly increases; even before the self-ignition temperature of the propellant charge 3
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is sufficient, the ring 12 melts and causes a partial inactivation of the propellant charge 3. If the self-ignition temperature of the propellant charge 3 is then reached, the effect of the detonation is relatively low and damage to the housing 1 is extremely unlikely.
In order to protect the drive device from misfires that could occur as a result of spark flashes in the area of the propellant charge powder 3 or the ignition charge 8 if high voltages occur between the lead wires 6 and 7 on the one hand and the housing 1 on the other hand due to static charging, a spacer sleeve 14 is made provided electrically insulating material. The spacer sleeve 14 is located between the housing 1 and the propellant charge 3. The insulating effect of the spacer sleeve 14 prevents arcing at all voltages that can occur in practice due to electrostatic charging. Alternatively (under certain circumstances also additionally), the lead wire 6 can be connected to a stick electrode 15.
The rod electrode 15 ends at a certain distance in front of the housing 1 or the cap 5, which is electrically conductively connected to the housing 1. As a result, a spark gap is formed between the cap 5 and the rod electrode 15, within which the sparkover takes place if due to static charges Tensions between the housing 1 and the lead wires 6.7 occur. Since the static charge is dissipated in this way, there is no danger of a sparkover in the area of the propellant charge 3 or the ignition charge 8.
The drive device according to the invention is generally suitable for restraint systems in motor vehicles, ie not only for seat belt tensioners, but B. also for airbags.