DE10028374C1 - Strombrücke für Zündkapseln - Google Patents

Abstract

Es wird eine Strombrücke für Zündkapseln vorgeschlagen, wie sie beispielsweise in den Gasgeneratoren von Insassen-Rückhaltesystemen (Airbag, Gurtstraffer) für Kraftfahrzeuge verwendet werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, anstelle metallischer Kontaktstifte, welche durch einen dünnen Widerstandsdraht, der das Zündmittel durchsetzt, miteinander verbunden sind, einen durchgehenden, einstückigen Kern aus isolierendem oder schlecht leitendem Material zu verwenden, welcher mit mindestens einer Metallschicht überzogen ist. Die mindestens eine Metallschicht ist dabei so bemessen, daß der ohmsche Widerstand der Strombrücke im Bereich der Kontaktstifte niedriger ist als im Bereich des Widerstandselements.

Description

Die Erfindung betrifft eine Strombrücke für Zündkapseln, ins­ besondere für Zündkapseln, wie sie in den Gasgeneratoren von Insassen-Rückhaltesystemen für Kraftfahrzeuge eingesetzt wer­ den.

Eine derartige Zündkapsel ist in der DE 197 33 353 C1 be­ schrieben. Durch die Explosion der Zündkapsel wird die Treib­ ladung des Gasgenerators zur Detonation gebracht; die frei werdende Gasmenge bläst einen Airbag auf oder versetzt das Treibrad eines Gurtstraffers in Rotation. Wesentlicher Be­ standteil der bekannten Zündkapsel ist ein Widerstandsdraht, welcher zwei beabstandet angeordnete Kontaktstifte elektrisch verbindet und dabei ein Zündmittel durchsetzt. Im Falle einer Fahrzeugkollision wird dem Widerstandsdraht über die Kontakt­ stifte ein Stromstoß zugeführt; die hierdurch erzeugte Wärme­ energie bringt das Zündmittel zur Explosion.

Die in den Zündkapseln von Gasgeneratoren für Insassen-Rück­ haltesystemen bislang verwendeten Widerstandsdrähte sind über­ aus bruchempfindlich und korrosionsgefährdet. Aus diesem Grun­ de kommen Prüfschaltungen zum Einsatz, die in regelmäßigen Zeitabständen den ohmschen Widerstand der Zündkapsel messen und somit Aufschluß darüber geben, ob der Widerstandsdraht noch intakt und die Zündkapsel somit funktionstüchtig ist. Eine solche Prüfschaltung ist in der DE 38 12 633 C2 beschrie­ ben. Dieser Druckschrift ist zu entnehmen, daß eine Zündkapsel einen Gesamtwiderstand von etwa 2 Ohm haben sollte. Nimmt man an, daß der Widerstand der Kontaktstifte zu vernachlässigen ist und daß der Widerstandsdraht zwischen den Kontaktstiften eine Länge von 5 mm hat, dann errechnet sich für den Fall, daß der Widerstandsdraht aus Wolfram mit einem spezifischen elek­ trischen Widerstand von 0.055 Ohm mm²/m besteht, eine Quer­ schnittsfläche des Drahtes von 0.0001375 mm². Dies bedeutet, daß der Draht bei kreisrundem Querschnitt einen Durchmesser von gerade einmal 0.013 mm aufweist. Dies erklärt die oben angesprochenen Probleme.

Aus der DE 42 36 729 A1 ist eine Zündpille bekannt, welche anstelle eines herkömmlichen Widerstandsdrahtes einen Pol­ körper aus isolierendem Material aufweist, dessen zwei Breit­ seiten mit einer Kupferkaschierung versehen und somit elek­ trisch leitfähig sind. Über die obere Schmalseite des Pol­ körpers ist eine Glühbrücke gelegt, deren Enden mit der Kup­ ferkaschierung verlötet sind. Der Polkörper ist an seinem unteren Ende mit Lötstellen versehen, die den elektrischen Kontakt zu den beiden Anschlußdrähten herstellen. Durch die mechanischen Verbindung von Glühbrücke und Polkörper wird die Glühbrücke zuverlässig gegen Bruch geschützt.

In einem internen Stand der Technik wurde ein Widerstandselement vorgeschlagen, welches mechanisch hoch belastbar ist und somit über einen langen Zeitraum die Funktionstüchtigkeit der Zünd­ kapsel gewährleisten kann. Das Widerstandselement ist dabei so beschaffen, daß herkömmliche Zündkapseln damit ausgerüstet werden können, wobei Veränderungen an den diversen Komponenten bekannter Insassen-Rückhaltesysteme nicht erforderlich sind. Der Grundgedanke des in der genannten Patentanmeldung be­ schriebenen Widerstandselements besteht darin, anstelle eines herkömmlichen Widerstandsdrahtes einen langgestreckten Kern aus isolierendem oder schlecht leitendem Material zu verwenden, welcher mit Metall beschich­ tet ist. Die Dicke der Metallschicht läßt sich auf einfache Weise berechnen. Nimmt man nämlich an, daß das Widerstands­ element wie der in der DE 38 12 633 C2 vorausgesetzte Wider­ standsdraht einen Widerstand von 2 Ohm hat und daß der Kern des Widerstandselements 5 mm lang ist und beispielsweise einen Durchmesser von 0.5 mm aufweisen soll; dann ergibt sich, so­ fern wiederum Wolfram verwendet wird, daß die Beschichtung eine Stärke von rund 0.000043 mm haben muß. Metallschichten dieser Dicke lassen sich durch herkömmliche Beschichtungsver­ fahren wie z. B. durch Aufdampfen oder Sputtern problemlos her­ stellen. Wird ein kleinerer bzw. größerer Kerndurchmesser ge­ wählt, muß die Dicke der Widerstandsschicht entsprechend er­ höht bzw. verringert werden, um wiederum den gewünschten Wi­ derstandswert der Zündkapsel zu erhalten. Falls der Kern nicht aus isolierendem, sondern aus schlecht leitendem Material be­ stehen soll, dann ist der elektrische Widerstand des Kerns in die Rechnung in der Weise einzubeziehen, daß eine Parallel­ schaltung von Kern und Widerstandsschicht vorliegt.

Ein Nachteil der in der besagten älteren Anmeldung beschrie­ benen Anordnung ist darin zu sehen, daß das Widerstandselement nach seiner Fertigstellung mit den Kontaktstiften der Zündkap­ sel elektrisch verbunden werden muß, was beispielsweise durch Verlöten, Verschweißen oder Einklemmen erfolgen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die stromführenden Elemente einer Zündkapsel so auszubilden, daß die Montage ver­ einfacht und gleichzeitig eine absolut zuverlässige Kontaktie­ rung der Elemente gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Strombrücke mit den im Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen; vorteilhafte Ausgestaltun­ gen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die Kontaktstif­ te und das Widerstandselement einer Zündkapsel aus einem Stück zu fertigen. Zu diesem Zweck wird ein durchgehender Kern aus isolierendem oder schlecht leitendem Material verwendet, der im Bereich der Kontaktstifte mit einer Metallschicht mit ge­ ringem Widerstand und im Bereich des Widerstandselements mit einer Metallschicht mit hohem Widerstand überzogen ist. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß der der Zündkapsel zuge­ führte elektrische Strom in erster Linie das Widerstandsele­ ment, nicht jedoch die Kontaktstifte erhitzt. Vorzugsweise weist der Kern im Bereich der Kontaktstifte eine wesentlich größere Querschnittsfläche als im Bereich des Widerstands­ elements auf; um die gewünschten Widerstandswerte zu erzielen, wird dann im Bereich des Widerstandselements eine vergleichs­ weise dünne Schicht eines Metalls mit hohem spezifischen Widerstand und im Bereich der Kontaktstifte eine vergleichs­ weise dicke Schicht eines Metalls mit niedrigem spezifischen Widerstand aufgetragen. Grundsätzlich ist es natürlich auch möglich, den durchgehenden, einstückigen Kern der erfindungs­ gemäßen Strombrücke mit nur einer einzigen Metallschicht zu überziehen, deren Dicke im Bereich des Widerstandselements und der Kontaktstifte denn besagten Vorgaben entsprechend gewählt wird. Besonders einfach gestaltet sich das Herstellungsver­ fahren, wenn die erfindungsgemäße Strombrücke zunächst als Ganzes mit einer dünnen Widerstandsschicht überzogen und im Anschluß daran im Bereich der Kontaktstifte zusätzlich eine dicke Metallisierung aufgebracht wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert:

In der Fig. 1 ist - nicht maßstäblich - ein Schnitt durch eine Zündkapsel skizziert, wie sie in bekannten Gasgeneratoren von Insassen-Rückhaltesystemen zum Einsatz kommt. Die Zündkap­ sel ist mit einer erfindungsgemäßen Strombrücke 1 ausgerüstet und verfügt über ein topfförmiges Gehäuse 2, welches zur nicht gezeigten Treibladung des Gasgenerators hin ein Berstscheibe 3 aufweist und am unteren, offenen Ende mit einem Verschlußkör­ per 4 aus isolierendem Material wie z. B. Glas oder Kunststoff verschlossen ist. In den Verschlußkörper 4 sind, vorzugsweise durch Einschmelzen oder Vergießen, Kontaktstifte 5, 6 einge­ lassen. Die Kontaktstifte 5, 6 können ein Stück in das Innere der Zündkapsel ragen oder wie beim gezeigten Ausführungsbei­ spiel noch innerhalb des Verschlußkörpers 4 enden. Sie sind durch ein Widerstandselement 7, welches das für die Initial­ zündung benötigte Zündmittel 8 durchsetzt, elektrisch mitein­ ander verbunden.

Das wesentliche Merkmal der erfindungsgemäßen Strombrücke 1 ist nun darin zu sehen, daß die Kontaktstifte 5, 6 und das Widerstandselement 7 im Gegensatz zum Stand der Technik ein­ stückig ausgebildet sind; zu diesem Zweck verfügen die drei Elemente 5, 6, 7 über einen gemeinsamen, durchgehenden Kern aus isolierendem oder schlecht leitendem Material, der im Bereich der Widerstandselements 7 einen ersten Kernbereich 9 mit ver­ gleichsweise kleiner Querschnittsfläche aufweist und der im Bereich der Kontaktstifte 5, 6 zweite Kernbereiche 10 besitzt, deren Querschnittsfläche deutlich vergrößert ist. Die Länge des Widerstandselements 7 kann wie im eingangs erörterten Fall 5 mm betragen, wobei der erste Kernbereich 9 z. B. einen Durchmesser von 0.3 mm besitzt, wodurch das Widerstandselement 7 mechanisch außerordentlich belastbar wird. Die Kontaktstifte 5, 6 werden zweckmäßigerweise so dimensioniert, daß die zweiten Kernbereiche 10 zusammen mit der Metallbeschichtung den Durch­ messer bekannter Kontaktstifte haben, so daß herkömmliche Stecker für den Anschluß der Zündkapsel an die Zündelektronik verwendet werden können. Die Metallbeschichtung im Bereich der Kontaktstifte 5, 6 ist dabei so zu bemessen, daß ihr elektri­ scher Widerstand nur einen Bruchteil des Widerstands des Wi­ derstandselements 7 beträgt.

In der Fig. 2 ist der Übergangsbereich zwischen einem Kon­ taktstift 5 bzw. 6 und dem Widerstandselement 7 in einer ver­ größerten Darstellung gezeigt. Man erkennt deutlich den ge­ meinsamen, durchgehenden Kern, der sich vom zweiten Kernbe­ reich 10 mit großer Querschnittsfläche zum ersten Kernbereich 9 mit kleiner Querschnittsfläche hin verjüngt. Ein derartiger Übergang kann mit modernen Fertigungsmethoden spanlos oder spanabhebend realisiert werden. Verwendet man für den Kern als Material Kunststoff, so kann der Kern in seiner Endform kos­ tengünstig in großen Stückzahlen mittels Mehrfach-Kunststoff- Spritzwerkzeugen hergestellt werden. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind sowohl der erste Kernbereich 9 als auch der zweite Kernbereich 10 mit einer ersten Metallschicht 11 überzogen. Diese ist, wie oben bereits erörtert wurde, so bemessen, daß sich der für die Zündkapsel erforderliche Wider­ standswert einstellt. Im Bereich der Kontaktstifte 5, 6 ist zu­ sätzlich ein zweite Metallschicht 12 aufgebracht, deren elek­ trischer Widerstand demgegenüber vernachlässigbar klein ist. Grundsätzlich ist es auch möglich, die erste Metallschicht 11 nur im Bereich des ersten Kernbereichs 9 und die zweite Metallschicht 12 nur im Bereich des zweiten Kernbereichs 10 aufzubringen. Durch eine geringfügige Überlappung der beiden Metallschichten 11, 12 muß dann sichergestellt werden, daß die Kontaktstifte 5, 6 und das Widerstandselement 7 elektrisch miteinander verbunden sind. Zweckmäßigerweise wählt man für die erste Metallschicht 11 ein Material mit hohem spezifischen Widerstand wie z. B. Wolfram, Platin, Konstantan oder Chrom- Nickel-Stahl, während für die zweite Metallschicht 12 ein Material mit niedrigem spezifischen Widerstand wie z. B. Kupfer oder Silber zu bevorzugen ist. Die zweite Metallschicht 12 kann durch Galvanisieren oder Eintauchen in Flüssigmetall hergestellt werden; denkbar ist auch, die Kontaktstifte 5, 6 mit einer Hülse aus Metall oder einem Metallgeflecht zu überziehen. Für die Herstellung der ersten Metallschicht 11 bieten sich, wie oben schon erwähnt, gängige Verfahren wie Aufdampfen, Sputtern, Plasmabeschichtung oder dergleichen an.

In der Fig. 3 ist das Ersatzschaltbild einer erfindungsge­ mäßen Strombrücke 1 dargestellt. Mit R7 ist der Widerstand der ersten Metallschicht 11 im Bereich des Widerstandselements 7 bezeichnet; sein Wert soll, wie in der bereits zitierten Druckschrift DE 38 12 633 C2 angegeben, rund 2 Ohm betragen. Die erste Metallschicht 11 ist wie im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 auch auf den Kontaktstiften 5, 6 aufgebracht. Dies führt zu den beiden Widerständen R11, die mit R7 in Reihe geschaltet sind. Aufgrund der geringen Dicke der ersten Me­ tallschicht 11 und des notwendigerweise verwendeten Metalls mit hohem spezifischen Widerstand hat jeder der beiden Widerstände R11 einen Wert in der Größenordnung von R7. Da sich nun aber im Bereich der Kontaktstifte 5, 6 über der ersten Metallschicht 11 eine zweite Metallschicht 12 mit einem sehr geringen Widerstand R12 befindet, sind R11 und R12 paarweise parallel geschaltet, wobei der resultierende Gesamtwiderstand im wesentlichen nur durch R12 bestimmt wird, welcher aber ge­ genüber R7 zu vernachlässigen ist. Die der erfindungsgemäßen Strombrücke 1 zum Zwecke der Zündung zugeführte elektrische Energie wird somit wunschgemäß fast ausschließlich am Wider­ standselement 7 verbraucht.

Claims (18)

1. Strombrücke für Zündkapseln, insbesondere für die Zünd­ kapseln in den Gasgeneratoren von Insassen-Rückhalte­ systemen in Kraftfahrzeugen, bestehend aus zwei Kontakt­ stiften (5, 6) und einem die Kontaktstifte (5, 6) verbinden­ den Widerstandselement (7), welche Strombrücke (1) gebildet wird von einem durchgehenden, einstückigen Kern aus iso­ lierendem oder schlecht leitendem Material, der mit minde­ stens einer Metallschicht (11, 12) überzogen ist, welche so bemessen ist, daß der ohmsche Widerstand der Kontaktstifte (5, 6) niedriger als der ohmsche Widerstand des Widerstands­ elements (7) ist.

2. Strombrücke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durchgehende, einstückige Kern über die gesamte Länge der Strombrücke (1) etwa die gleiche Querschnittsfläche aufweist.

3. Strombrücke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durchgehende, einstückige Kern im Bereich des Wider­ standselements (7) einen ersten Kernbereich (9) und im Bereich der Kontaktstifte (5, 6) zweite Kernbereiche (10) aufweist, wobei die Querschnittsfläche des ersten Kernbe­ reichs (9) gegenüber der Querschnittsfläche der zweiten Kernbereiche (10) verringert ist.

4. Strombrücke nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der durchgehende, einstückige Kern eine im wesentlichen kreisrunde Querschnittsfläche besitzt, wobei der Durch­ messer des ersten Kernbereichs (9) 0.1 bis 1 mm und der Durchmesser der zweiten Kernbereiche (10) 0.5 bis 3 mm beträgt.

5. Strombrücke nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kernbereich (9) mit einer ersten Metallschicht (11) mit hohem spezifischen Widerstand überzogen ist und daß die zweiten Kernbereiche (10) mit einer zweiten Metallschicht (12) mit niedrigem spezifischen Widerstand überzogen sind.

6. Strombrücke nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der durchgehende, einstückige Kern über seine gesamte Länge mit einer ersten Metallschicht (11) mit hohem spezifischen Widerstand überzogen ist und daß die zweiten Kernbereiche (10) zusätzlich mit einer zweiten Metallschicht (12) mit niedrigem spezifischen Widerstand überzogen sind.

7. Strombrücke nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Metallschicht (12) dicker als die erste Metallschicht (11) ist.

8. Strombrücke nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Metallschicht (12) durch eine Metallhülse oder ein Metalldrahtgeflecht gebildet wird.

9. Strombrücke nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Metallschicht (11) eine Dicke von 0.00001 bis 0.01 mm hat und die Dicke der zweiten Metallschicht (12) 0.001 bis 1 mm beträgt.

10. Strombrücke nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Metallschicht (11) aus Wolfram, Platin, Konstantan oder Chrom-Nickel-Stahl besteht.

11. Strombrücke nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Metallschicht (12) aus Kupfer, Gold oder Silber besteht.

12. Strombrücke nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der durchgehende, einstückige Kern aus Keramik, Glas oder Kunststoff besteht.

13. Strombrücke nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der durchgehende, einstückige Kern ein Lichtwellenleiter ist.

14. Strombrücke nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeich­ net, daß zumindest der erste Kernbereich (9) flexibel ist.

15. Strombrücke nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie im Bereich des Widerstandselements (7) mit einer Schutzschicht überzogen ist.

16. Strombrücke nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht aus Kunststoff besteht.

17. Strombrücke nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Widerstandselements (7) den Abstand der Kontaktstifte (5, 6) in der Zündkapsel über­ steigt, so daß das Widerstandselement (7) das Zündmittel (8) auf einer gekrümmten Bahn durchsetzt.

18. Strombrücke nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement (7) wie der Glühfaden einer Glüh­ lampe einfach oder doppelt gewendelt ist.