DE10017703A1

DE10017703A1 - Mikroprozessor gesteuerte Auslöseeinheit zur Initiierung pyrotechnischer Elemente

Info

Publication number: DE10017703A1
Application number: DE10017703A
Authority: DE
Inventors: Dirk Hummel; Jan Petzold; Heinz Schaefer; Ulrich Steiner; Andreas Zemla
Original assignee: Dynamit Nobel GmbH
Current assignee: Orica Explosives Technology Pty Ltd
Priority date: 1999-09-27
Filing date: 2000-04-08
Publication date: 2001-05-03
Also published as: ZA200202372B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Auslöseeinheit zur Initiierung pyrotechnischer Elemente mit einem Steuerbauteil, einem Gleichrichter (12), einem Energiespeicher (15), einem Spannungsregler (13), einem Datenkoppler (11), einer Strombegrenzung und einer Schutzbeschaltung (10). Zur Ermöglichung einer bisher unbekannten Variantenvielfalt an Eigenschaften und Funktionalität, ohne daß Änderungen an der Hardware oder des Chipdesigns erforderlich sind, wird vorgeschlagen, daß das Steuerbauteil ein programmierbarer Mikroprozessor (20) mit integriertem Programmspeicher ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Auslöseeinheit zur Initiierung pyrotechnischer Elemente entsprechend dem Oberbegriff des ersten Anspruchs und ein Verfahren zum Be treiben dieser Auslöseeinheit.

Unter pyrotechnischen Elementen sind alle Elemente zu verstehen, die durch das Anlegen einer elektrischen Spannung - vorzugsweise in Verbindung mit codierten Signalen - einen pyrotechnischen Effekt auslösen, der eine erwünschte Wirkung hat, beispielsweise die Zündung einer Sprengladung, die Auslösung eines Gasge nerators, eines Airbags, die Zündung von Großfeuerwerken oder Sprinkleranlagen und Feuerlöscher. Somit gehören unter anderem Zünder, insbesondere Spreng zünder für zivile und Hochsicherheitsbereiche (Automotiv, Militär und Ölfeld), Zündelemente, Gurtstraffer und Gasgeneratoren zu den pyrotechnischen Elemen ten.

Alle am Markt bekannten elektronischen Zünder bestehen in der Auslöseeinheit aus den Komponenten Steuerbaustein (kundenspezifischer Chip), Gleichrichter, Energiespeicher, Spannungsregler, Datenkoppler, Strombegrenzung und Schutz beschaltung.

Die Logik bzw. die Ablaufsteuerung wird durch einen Steuerbaustein realisiert, der speziell für eine Anwendung entwickelt wurde und somit seine funktionsspezifi schen Eigenschaften durch seine Steuerlogik, umgesetzt in der Chipstruktur, vor gibt. Jede Änderung der Logik oder der Funktion erfordert ein Redesign des Chips. Ein solches Redesign ist mit hohen Kosten und Zeitaufwand verbunden, da es in den meisten Fällen die Änderung des kompletten Maskensatzes erfordert. Die weitere Peripherie (Gleichrichter, Energiespeicher, Spannungsregler, Datenkopp ler, Strombegrenzung etc.) bleibt beim Redesign meist unberührt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Auslöseeinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vorzustellen, die eine bisher unbekannte Varian tenvielfalt an Eigenschaften und Funktionalität ermöglicht, ohne daß Änderungen an der Hardware oder des Chipdesigns erforderlich sind.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch den Einsatz eines Standard- Mikroprozessors mit integriertem Programmspeicher als Steuerbauteil, welcher bei der Produktion oder zumindest vor der Anwendung der Auslöseeinheit mit einem, den aktuellen Anforderungen entsprechenden Programm geladen wird.

Mit diesem Prinzip können beliebige elektronische Auslöseinheiten realisiert wer den, ohne Änderungen an der Hardware (Aufbau und Struktur der Auslöse- /Steuerungselektronik) durchführen zu müssen.

Es besteht die Möglichkeit, auf einer Fertigungsanlage alle denkbaren elektroni schen Auslöseeinheiten wie für Sprengzünder, Airbags, usw. zu produzieren, ohne einen Eingriff in den Produktionsablauf vornehmen zu müssen, da die jeweilige Auslösecharakteristik ausschließlich durch die, in die Auslöseeinheit geladene, Software (Programm) festgelegt wird.

Eine elektronische Auslöseinheit auf Prozessorbasis kann somit alle auf dem Markt bekannten Systeme emulieren.

Je nach Programmspeicherkapazität können sogar mehrere Systeme in einem Programm zusammengefaßt werden. Diese Auslöseeinheit kann dann anhand der Steuersignale eigenständig erkennen, welche Eigenschaften sie annehmen soll. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß beliebige, programmierbare Mikroprozesso ren verwendet werden können. Damit wird eine Abhängigkeit von einem einzelnen Zulieferer oder Chiphersteller aufgehoben.

Der erfindungsgemäß eingesetzte Mikroprozessor verfügt neben vielen anderen Merkmalen über einen internen Oszillator, der vorzugsweise softwaremäßig kali brierbar ist, einen beschreibbaren Programmspeicher, einen Datenspeicher, Da tenein- und -ausgänge sowie einen Schaltausgang. Als periphere Komponenten werden ein Datenkoppler, ein Gleichrichter, eine Spannungsregelung und ein Energiespeicher benötigt. Diese peripheren Komponenten sind auch ganz oder teilweise in den Mikroprozessor integriert denkbar.

Der Einsatz dieser Erfindung ermöglicht zudem eine Vielzahl von Möglichkeiten, die mit den herkömmlichen Chiptechnologien nicht realisierbar sind. Diese sind z. B.:

Implementierung kundenspezifischer Wünsche wie z. B. eigene Entsicherungsse quenzen usw.

Die Mikroprozessortechnologie ist so weit fortgeschritten, daß mittlerweile internet fähige Einchipmikroprozessoren, die alle Schnittstellen und Protokolle zum Einsatz im Internet aufweisen, auf dem Markt erhältlich sind. Bei Verwendung eines sol chen Mikroprozessors, mit der entsprechenden Software in der Auslöseelektronik, kann diese direkt an das Internet geschaltet werden und mit den entsprechenden Sicherheitscodes angesprochen werden. Mit dieser Technologie ist so z. B. eine Sprengung in Deutschland denkbar, die über das Internet von Australien aus, überwacht, geprüft und ausgelöst wird.

Ergänzende Sicherheitsfeatures wie z. B. automatische Deaktivierung oder Zün dungen nur mit bestimmter, personenbezogener Identifikation (ID) möglich.

Zeitstufengebundene (Vergabe fester Adressen) und in Zeit oder Intervall frei pro grammierbare Auslöseeinheiten

Emulation markteingeführter Systeme mit den Vorteilen:

- Keine Umschulung von Personal
- Bestehende Zündsysteme können übernommen werden

Weitere Vorteile

Nur eine gesetzlich vorgeschriebene Zulassung für ein System. Diese Zulassung ist übertragbar auf alle weiteren Systeme (mehrere Systeme).

Flexible Spannungsniveaus und Signalcodes.

Herstellung und Auslieferung von unprogrammierten Auslöseeinheiten (Rohlingen). Der Kunde hat die Möglichkeit, sein eigenes System nach Bedarf zu erstellen.

Da Mikroprozessoren vorwiegend für Automotivbereiche hergestellt werden, ist ein erweiterter Temperaturbereich vorhanden, der normalerweise bei kundenspezifi schen Chips nicht realisiert wird. Diese Eigenschaft kann ohne Mehraufwand ge nutzt werden.

Uns bekannte Auslöseeinheiten, wie z. B. Sprengzünder, werden vorzugshalber mit einer Chip-On-Board Technologie hergestellt. Dieses erfordert bei der Herstellung der sicherheitsrelevanten Elektronik sehr viel know how, so daß eine Fertigung nur von besonders geschultem Personal erfolgen kann. Hierdurch wird das Produkt verteuert. Verwendet man einen Mikroprozessor, der standardmäßig in einem Ge häuse untergebracht ist, kann die Montage in SMD-Technologie erfolgen. Dieses reduziert die Herstellkosten, da es sich um eine weit verbreitete Fertigungstechno logie handelt, die weltweit beherrschbar ist.

Durch die Verwendung von Mikroprozessoren ist ohne Hardwaremodifikationen eine schnelle Reaktion auf Marktanforderungen möglich. Die Forderung des Marktes wird softwaremäßig umgesetzt und kann, nach erfolgter Firmenqualifikati on, umgehend in die Produktion einfließen.

Durch die Verwendung von Mikroprozessoren ist ohne Hardwaremodifikationen eine schnelle Reaktion auf neue gesetzliche Forderungen möglich. Die Forderung wird softwaremäßig umgesetzt und kann, nach erfolgter Firmenqualifikation, umge hend in die Produktion einfließen.

Durch die Verwendung von Mikroprozessoren ist ohne Hardwaremodifikationen eine schnelle Reaktion auf neue Sicherheitsvorgaben möglich. Die Forderung wird softwaremäßig umgesetzt und kann, nach erfolgter Firmenqualifikation, umgehend in die Produktion einfließen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Auslöseein heit anhand eines Blockdiagramms in Fig. 1 beschrieben:

Bezugszeichenliste

6

/

7

Eingangsleitungen, in der Praxis vorwiegend die elektrische Verbindung zu einem Steuergerät.

10

Schutzbeschaltung, z. B. in Form von Vor- oder Parallelwiderständen oder spannungs- und/oder strombegrenzenden Halbleiterelementen, Funken überschlagsstrecken, u. s. w.

11

Datenkoppler, dient zum pegelangepaßten Einlesen der über

6

/

7

übermittel ten Informationen und zum Aussenden (über

6

/

7

) der im Mikroprozessor

20

generierten Informationen.

12

Gleichrichter, dient zum unipolaren Betreiben der Elektronik (keine lageori entierte Montage der Auslöseeinheiten durch den Anwender erforderlich), und dient zum Gleichrichten der Signale für den Fall, daß gerade über Wechselspannungssignale Informationen übermittelt werden.

8

/

9

Hauptstromversorgungszweig

13

Spannungsregler, stellt eine in der Regel konstante Spannung für den Mi kroprozessor

20

zur Verfügung.

20

Mikroprozessor.

4

/

5

Stromversorgungszweig Mikroprozessor.

21

Pegelangepaßter Dateneingang zum Mikroprozessor

20

.

22

Datenausgang zum Datenkoppler

11

.

24

Auslösesignal zur Einleitung der Zündung.

15

Energiespeicher, meistens ein Kondensator, dient zur Stromversorgung des Mikroprozessors

20

und zur Zündung des Anzündelements

17

.

16

Schaltelement zum Auslösen des Anzündelements

17

.

17

Anzündelement; EED (Electrical Explosive Device).

Claims

1. Auslöseeinheit zur Initiierung pyrotechnischer Elemente mit einem Steuer bauteil, einem Gleichrichter (12), einem Energiespeicher (15), einem Span nungsregler (13), einem Datenkoppler (11), einer Strombegrenzung und ei ner Schutzbeschaltung (10), dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerbau teil ein programmierbarer Mikroprozessor (20) mit integriertem Programm speicher ist.

2. Auslöseeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikro prozessor (20) zumindest

- Dateneingänge (21) und Datenausgänge (22) und einen Schaltausgang (24),
- einen Datenspeicher und
- einen Oszillator aufweist.

3. Auslöseeinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszilla tor softwaremäßig kalibrierbar ist.

4. Verfahren zum Betreiben einer Auslöseeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Produktion der Auslöseeinheit oder zumindest vor deren Anwendung, der Mikroprozessor (20) mit einem den aktuellen Anforderungen entsprechenden Programm geladen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch das zu ladende Programm die Auslösecharakteristik der Auslöseeinheit festgelegt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß je nach Art der Ansteuerung die Auslösecharakteristik der Auslöseeinheit festgelegt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor (20) auch Internetprotokolle verarbeiten kann.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an einer unprogrammierten Auslöseeinheit oder übergeordneten Baugruppe (wie z. B. Sprengzünder), die Betriebssoftware zu beliebigen Zeitpunkten implementiert wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Programmierleitungen des Mikroprozessors als Dateneingänge und - ausgänge verwendet werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltausgang (24) durch diskrete Bauelemente verstärkt werden kann.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommunikation zwischen der Auslöseeinheit und der Zündeinrich tung anforderungsabhängig uni- oder bidirektional erfolgen kann.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommunikation zwischen der Auslöseeinheit und der Zündeinrich tung mit unterschiedlichen Medien wie beispielsweise metallischer Leiter (Kabel), Lichtwellenleiter, Ultraschall, oder Hochfrequenz erfolgen kann.