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Die
Erfindung betrifft eine Metall-Fixiermaterial-Durchführung, im
Einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1;
ferner eine Verwendung sowie einen Gasgenerator, Airbag und Gurtspanner
mit einer Zündeinrichtung,
umfassend eine Metall-Fixiermaterial-Durchführung.
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Metall-Fixiermaterial-Durchführungen
sind in verschiedenen Ausführungen
aus dem Stand der Technik vorbekannt. Darunter versteht man vakuumdichte
Verschmelzungen von Fixiermaterialien, insbesondere Gläsern oder
Kunststoffen in Metallen. Die Metalle fungieren dabei als elektrische
Leiter. Stellvertretend wird dabei auf US-A-5 345 872, US-A-3 274
937 verwiesen. Derartige Durchführungen
sind in der Elektronik und 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 so genannten Grundkörper eingeschmolzen
wird. Als bevorzugte Anwendungen derartigen 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 metallische Stifte hindurchgeführt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführung
mit einem metallischen Stift liegt das Gehäuse auf Masse, bei einer bevorzugten
zweipoligen Ausführung
einer der Stifte. Die zuvor beschriebene Zündvorrichtung bzw. Zündeinrichtung
wird insbesondere für
Airbags oder für
Gurtspanner bei Kraftfahrzeugen verwendet. Bekannte Zündvorrichtungen der
genannten oder ähnlicher
Art sind beschrieben in
US 6
274 252 ,
US 5 621 183 ,
DE 29 04 174 A1 ,
DE 199 27 233 A1 ,
US 5,732,634 ,
US 3,134,329 ,
DE 34 15 625 A1 ,
EP 1 225 415 A1 ,
US 3,971,320 ,
EP 0 248 977 B1 , US 2002/0069781
A1,
DE 101 33 223
A1 sowie
EP
1 491 848 A1 und
EP
1 455 160 A1 , deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in
die vorliegende Anmeldung mitaufgenommen wird. Die zuvor genannten
Zündeinheiten
weisen zwei Metallstifte auf. Es sind aber auch elektronische Zündvorrichtungen möglich, die
nur einen einzigen Stift aufweisen. Die im Stand der Technik gezeigten
Zündvorrichtungen umfassen
einen Metallgrundkörper,
bspw. eine Metallhülse,
die als Drehteil ausgeführt
ist oder einen Grundkörper
aus Kunststoff. Der Metallgrundkörper weist
wenigstens eine Durchgangsöffnung
auf, durch die wenigstens ein Metallstift durchgeführt wird.
Ein wesentliches Problem dieser Ausführung besteht dabei darin,
dass eine derartige Ausführung
material- und kostenintensiv ist und ferner durch die Ausführung als
Drehteil die Ausführung
der Durchgangsöffnung
abweichend von einem kreisrunden Querschnitt nur noch mit zusätzlichem
Aufwand möglich ist.
Ferner sind die Drehteile durch relativ große Abmessungen charakterisiert,
was sich in einer entsprechenden erforderlichen Dimensionierung
der gesamten Zündvorrichtung
niederschlägt.
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Aus
EP 1 491 848 A1 sind
Ausführungen
von Zündeinheiten
vorbekannt, die ein Paar in einem Isoliermaterial angeordnete Elektroden
und einen Grundkörper
in Form eines Gehäuses
umfassen. Zur Erhöhung
der Widerstandskraft gegenüber
dem beim Auslösen
der Zündung
erzeugten Druckes und damit zur Erhöhung der Ausdruckkraft sind
Mittel an einer der miteinander in Wirkverbindung tretenden Komponenten
der Metall-Fixiermaterialdurchführung
vorgesehen. Diese sind entweder am Fixiermaterial, der Elektrode
oder aber dem Grundkörper
an der zum benachbarten Element ausgebildeten Fläche ausgeführt. Die Ausführung am
Grundkörper
beinhaltet dabei wenigstens eine Stufe, d.h. Querschnittsänderung
in der Durchführungsöffnung,
wobei diese eine Oberflächenvergrößerung an
der dem Druck während
des Zündvorganges
ausgesetzten Fläche
bewirkt. Bezüglich
der Materialwahl für
den Grundkörper
bestehen keine Restriktionen, so dass hier je nach Ausführung, insbesondere
bei Ausbildung als Drehteil ebenfalls die bereits genannten Nachteile auftreten,
die sich durch die zusätzlich
erforderliche Einarbeitung der entsprechenden Mittel zur Erhöhung der
Anzugs- bzw. Ausdrückkraft
noch verschärfen.
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Eine
gattungsgemäße Metall-Fixiermaterialausführung ist
aus der Druckschrift
EP
1 455 160 A1 vorbekannt. Diese offenbart eine Metall-Fixiermaterial-Durchführung, die
in einer speziellen Ausgestaltung als Glas-Metall-Durchführung bezeichnet wird,
mit einem metallischen Grundkörper,
durch den wenigstens ein Metallstift durchgeführt ist. Sind in einer bevorzugten
Ausführungsform
zwei Metallstifte vorgesehen, so stellt einer der beiden wenigstens mittelbar,
d. h. direkt oder indirekt über
weitere Elemente die Masseverbindung zum Grundkörper her. Bei Ausführung mit
zwei Metallstiften sind diese Metallstifte bevorzugt parallel zueinander
angeordnet. Wenigstens einer der Metallstifte ist dabei in einer Durchgangsöffnung im
Grundkörper
angeordnet und gegenüber
diesem durch Fixiermaterial, vorzugsweise in Form eines Glaspfropfens,
fixiert. Der Grundkörper
wird von einem Blechelement gebildet, wobei in einer ersten Ausführungsform
zumindest die Durchgangsöffnung
durch einen Trennvorgang, insbesondere Stanzen, erzeugt wird. Der
Grundkörper selbst
wird bevorzugt ebenfalls aus einem Vollmaterial ausgestanzt, die
Endgeometrie des Grundkörpers
aber durch einen Umformprozess bspw. Tiefziehen erhalten. In einer
bevorzugten Ausführungsform wird
auch bereits die äußere Kontur
beschreibende Endgeometrie und die die Durchgangsöffnung beschreibende
Grundgeometrie wenigstens durch einen Trennvorgang, insbesondere
Stanzen, erzeugt. Endgeometrie bedeutet, dass an dieser keine Umformvorgänge mehr
vorgenommen werden müssen. Grundgeometrie
bedeutet, dass diese entweder bei keinerlei erforderlichen weiteren Änderungen
die Endgeometrie darstellt oder an dieser noch Veränderungen
durch weitere Fertigungsverfahren, insbesondere Umformverfahren
vorgenommen werden können,
wobei die Endgeometrie erst nach diesen zusätzlichen Verfahren erzielt
wird. Zwischen Vorderseite und Rückseite
sind Mittel zur Vermeidung einer Relativbewegung von Fixiermaterial
in Richtung der Rückseite
gegenüber
dem Innenumfang der Durchgangsöffnung,
insbesondere bei Zündung
vorgesehen. Die Mittel sind integraler Bestandteil des Grundkörpers oder
bilden mit diesem eine bauliche Einheit. Die Erzeugung des Grundkörpers durch
Stanzen bietet den Vorteil kurzer Fertigungszeiten und erlaubt eine
freie Gestaltung, insbesondere der Durchgangsöffnung. Allerdings sind der
Fertigung durch Stanzen hinsichtlich einzelner Parameter in Abhängigkeit
des Materials Grenzen gesetzt, deren Überschreitung die Fertigung
unwirtschaftlich werden lässt
und die sich ferner nachteilig auf die bereitstellbare Ausdruckkraft auswirken.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Metall-Fixiermaterial-Durchführung der eingangs
genannten Art mit einem Grundkörper
zur Verfügung
zu stellen, der wenigstens eine Durchgangsöffnung aufweist, die durch
Stanzen erhalten wird, und eine hohe Festigkeit bei geringem Material- und
Arbeitsaufwand und gleichzeitig durch große Ausdruckkräfte charakterisiert
ist. Des Weiteren sollen Montagefehler, die sich durch die ungenaue
Zuordnung der einzelnen Elemente ergeben, vermieden werden.
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Die
erfindungsgemäße Lösung ist
durch die Merkmale des Anspruches 1 charakterisiert. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
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Die
erfindungsgemäße Metall-Fixiermaterial-Durchführung umfasst
wenigstens einen Metallstift, der in einer Durchgangsöffnung im
Grundkörper in
einem Fixiermaterial angeordnet ist, wobei der Grundkörper eine
Vorder- und eine Rückseite
aufweist. Zwischen Vorderseite und Rückseite des Grundkörpers sind
Mittel zur Vermeidung einer Relativbewegung von Fixiermaterial in
Richtung der Rückseite
gegenüber
dem Innenumfang der Durchgangsöffnung
vorgesehen.
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Generell
können
Metall-Fixiermaterial-Durchführungen
durch die so genannte Ausdruckkraft und durch die Auszugkraft charakterisiert
werden. Bei der Ausdruckkraft handelt es sich um diejenige Kraft,
die aufgewandt werden muss, um das Fixiermaterial, das in die Durchgangsöffnung der
Metall-Fixiermaterial-Durchführung eingebracht
ist, aus der Durchführung
auszudrücken.
Die Höhe
der Ausdruckkraft kann entweder hydrostatisch oder mechanisch festgestellt
werden.
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Wird
die Ausdruckkraft mechanisch festgestellt, so wird die Fläche des
Fixiermaterials mit einem Stempel beaufschlagt, wobei die Fläche des Stempels,
die auf das Fixiermaterial drückt,
geringer ist als die Fläche
des Fixiermaterials.
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Alternativ
hierzu kann die Ausdruckskraft hydrostatisch gemessen werden. Im
Falle einer hydrostatischen Messung wird das Fixiermaterial mit
einem hydrostatischen Druck, bspw. einem Wasserdruck beaufschlagt
und gemessen, bei welchem hydrostatischen Druck das Fixiermaterial
aus der Durchgangsöffnung
ausgetrieben wird.
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Die
Auszugskraft ergibt sich als die Kraft, die benötigt wird, um den Metallstift,
der Metall-Fixiermaterial-Durchführung
aus dem Fixiermaterial herauszuziehen.
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Beim
Grundkörper
ist wenigstens dessen Durchgangsöffnung
durch Stanzen hergestellt. In einer weitergebildeten Ausführungsform
der Erfindung kann auch der gesamte Grundkörper, d. h. der Außenumfang
des Grundkörpers
sowie die Durchgangsöffnung
durch Stanzen hergestellt werden. Der Grundkörper ist dann als Stanzteil
ausgeführt.
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Erfindungsgemäß ist der
Grundkörper
derart gestaltet, dass das Verhältnis
zwischen der Dicke des Grundkörpers
und der maximalen Ausdehnung der Durchgangsöffnung senkrecht zur Achsrichtung der
Durchgangsöffnung
im Bereich zwischen einschließlich
0,5 bis 2,5 beträgt.
Betrachtet man das Verhältnis
von Dicke D des Grundkörpers
zur maximalen Ausdehnung der Durchgangsöffnung nach dem Ausstanzen
der Durchgangsöffnung,
aber vor einem Schleifen der Durchgangsöffnung, so liegt dieses Verhältnis bevorzugt
im Bereich 0,6 bis 2,5. Betrachtet man das Verhältnis von Dicke D des Grundkörpers zur
maximalen Ausdehnung der Durchgangsöffnung und nach einem Schleifschritt
der Durchgangsöffnung,
so liegt dieses Verhältnis
bevorzugt im Bereich 0,5 bis 2.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausführung
beträgt
das Verhältnis
zwischen der Dicke D des Grundkörpers
und der maximalen Ausdehnung der Durchgangsöffnung senkrecht zur Achsrichtung der
Durchgangsöffnung
im Bereich nach dem Schleifen zwischen einschließlich 0,8 bis 1,6, bevorzugt
0,8 bis 1,4, besonders bevorzugt 0,9 bis 1,3, ganz besonders bevorzugt
1,0 bis 1,2.
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Unter
Dicke wird die Erstreckung bzw. Abmessung in Höhenrichtung bzw. Richtung der
Erstreckung der Durchgangsöffnung
verstanden. Die geometrische Achse der Durchgangsöffnung bestimmt sich
je nach Ausführung
dieser. Bei symmetrischer Ausführung
entspricht diese der Symmetrieachse, ansonsten der theoretischen
Mittenachse.
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Für den Einsatz
in Zündeinrichtungen
für Airbags
finden Grundkörper
mit Dicken zwischen 1 mm und 5 mm, bevorzugt 1,5 mm und 3,5 mm,
besonders bevorzugt 1,8 mm bis 3,0 mm, ganz besonders bevorzugt
2,0 mm bis 2,6 mm Verwendung. Dies bedeutet auch bei gleichbleibend
großen
Metallstiften eine erhebliche Einsparung an Material aufgrund der geringeren
Abmessungen gegenüber
dem Drehteil, das Dicken von beispielsweise 3,2 mm bis 5 mm aufweist,
sowie eine energiesparendere Fertigung. Die Erfinder haben ferner
erkannt, dass die mit der Dickenreduzierung einhergehende Verringerung
der Abstützfläche für den Fixiermaterialpfropfen
hinsichtlich ihrer Funktion durch einfache und kaum zusätzlichen
Aufwand erfordernde Maßnahmen
kompensierbar ist.
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Bezüglich der
Querschnittsgeometrie der Durchgangsöffnung bestehen keine Beschränkungen.
Vorzugsweise wird jedoch zur Erzielung einer gleichmäßigen Spannungsverteilung
in der Verbindung zwischen Fixiermaterial und Durchgangsöffnung ein
kreisrunder oder ovaler Querschnitt gewählt.
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Bei
einem kreisrunden bzw. ovalen Querschnitt liegt der Durchmesser
der Durchgangsöffnung
dann im Bereich von 1,4 mm bis 4 mm, bevorzugt 1,4 mm bis 3,5 mm,
besonders bevorzugt 1,6 mm bis 3,4 mm.
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Der
Durchmesser des Metallstiftes beträgt beispielsweise 0,8 bis 1,2
mm.
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Die
Metall-Fixiermaterial-Durchführung
umfasst einen metallischen Grundkörper, durch den wenigstens
ein Metallstift durchgeführt
ist. Sind in einer bevorzugten Ausführungsform zwei Metallstifte
vorgesehen, so stellt einer der beiden wenigstens mittelbar, d.
h. direkt oder indirekt über
weitere Elemente die Masseverbindung zum Grundkörper her. Bei Ausführung mit
zwei Metallstiften sind diese Metallstifte bevorzugt parallel zueinander
angeordnet. Wenigstens einer der Metallstifte ist dabei in einer
Durchgangsöffnung
im Grundkörper
angeordnet und gegenüber
diesem durch Fixiermaterial, vorzugsweise in Form eines Glaspfropfens,
fixiert.
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Um
die sich daraus ergebende Problematik beim Einschmelzen des einzelnen
Metallstiftes in einer Durchgangsöffnung und ferner die Sicherheit
gegenüber
einem Austreten der Einheit Fixiermaterial und Metallstift zu erklären, sind
die Mittel zur Vermeidung einer Relativbewegung von Fixiermaterial
in Richtung der Rückseite
gegenüber
dem Innenumfang der Durchgangsöffnung
vorgesehen. Diese fungieren quasi als Widerhaken und führen bei
Relativbewegung in Richtung Rückseite
zu einem Formschlusses zwischen Fixiermaterialpfropfen, insbesondere
Glaspfropfen und Grundkörper.
Diese umfassen beispielsweise wenigstens eine örtliche Verengung in der Durchgangsöffnung,
wobei diese im gesamten Bereich des Innenumfanges, ausgenommen an
der Vorderseite des Grundkörpers
vorgesehen werden kann.
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Die
erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es zum
einen auf kostengünstigere
Herstellungsverfahren und Ausgangsmaterialien zurückzugreifen,
wobei der Materialeinsatz erheblich minimiert wird. Ferner kann
der gesamte Grundkörper
als integrales Bauteil ausgebildet sein, in welches der Metallstift
mittels Fixiermaterial, d. h. beispielsweise der Glaspfropfen eingeschmolzen
wird. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, dass auch
unter erhöhten
Belastungen auf den Glaspfropfen, zum Beispiel einer Druckbelastung,
ein Herausdrücken
des Glaspfropfens mit Metallstift aus der Durchgangsöffnung sicher
vermieden wird. Die gesamte Ausführung
weist eine gegenüber
einem Drehteil geringer Bauhöhe auf
und gewährleistet
eine sichere Fixierung des Glaspropfens im Grundkörper auch
bei hoher Ausdruckskraft.
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Entscheidend
ist dabei, dass die örtliche
Verengung des Querschnittes im Bereich der Rückseite oder aber zwischen
Rückseite
und Vorderseite erfolgt, wobei jedoch die Vorderseite immer durch
einen größeren Durchmesser
charakterisiert ist. Die genannten Verhältnisangaben beziehen sich
dabei immer auf den größten Querschnitt
bzw. die größte Abmessung
der Durchgangsöffnung.
Die sich durch die Hinterschneidung ergebende Verringerung der Abmessung
des an diese anschließenden
Bereiches senkrecht zur Achsrichtung der Durchgangsöffnung ausgehend
von der Achse bzw. die Differenz zwischen den Abmessungen des größten Querschnittes und
des kleinsten liegt jeweils im Bereich zwischen 0,05 mm bis 1 mm,
vorzugsweise 0,08 mm bis 0,9 mm, vorzugsweise zwischen 0,1 mm bis
0,3, mm. Durch diese Größe erfolgt
eine entsprechende Oberflächenvergrößerung am
Innenumfang der Durchgangsöffnung,
welche ausreicht, um das erfindungsgemäße Verhältnis zwischen Dicke und Abmessung der
Durchgangsöffnung
im Sinne einer sehr geringen Dicke einzuhalten und gleichzeitig
die Ausdruckkraft entsprechend zu erhöhen. Im Falle dass die Durchgangsöffnung beispielsweise
kreisrund ausgebildet ist, ist die größte Abmessung eines Querschnittes durch
den Durchmesser der Durchgangsöffnung
charakterisiert, im Falle einer elliptischen Form ist die größte Abmessung
die Abmessung der großen
Achse der Ellipse.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist der zweite Metallstift
als Massestift an der Rückseite
des Grundkörpers
auf Masse gelegt bzw. befestigt. Damit entfallen zusätzliche
Maßnahmen,
um einen im Grundkörper
mit Fixiermaterial fixierten Metallstift auf Masse zu legen bzw.
elektrisch mit dem Grundkörper
zu koppeln. Ferner ist nur noch ein Stift in einer Durchgangsöffnung zu
fixieren, wobei die Möglichkeiten
damit vielfältiger
werden, den einzelnen Stift vollständig in Umfangsrichtung sicher zu
fixieren und die mögliche
Anbindungsfläche
für den
Massestift kann vergrößert werden.
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Als
Fixiermaterial findet beispielsweise ein Glaspfropfen, ein Keramikpfropfen,
ein Glaskeramikpfropfen, ein Kunststoff, ein Hochleistungspolymer oder
eine Glas/Polymermischung Verwendung.
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Für die konkrete
Ausgestaltung der Mittel zur Verhinderung einer Relativbewegung
zwischen Fixiermaterial und Durchgangsöffnung, insbesondere des Herausgleitens,
bestehen eine Mehrzahl von Möglichkeiten.
Diese sind durch Maßnahmen
am Grundkörper
und/oder Metallstift charakterisiert. Im einfachsten Fall wird auf
Maßnahmen
am Grundkörper
zurückgegriffen,
die bei der Fertigung, insbesondere beim Stanzvorgang gleich mit
realisiert werden können.
Dabei zeichnet sich die Durchgangsöffnung zwischen Rückseite
und Vorderseite durch eine Änderung
des Querschnittsverlaufes aus. Im einfachsten Fall sind wenigstens
zwei Bereiche unterschiedlicher Innenabmessungen, bei Ausführung als
Durchgangsöffnung
mit kreisrundem Querschnitt mit unterschiedlichem Durchmesser vorgesehen.
Die Querschnittsänderung
kann dabei in Stufen oder aber stetig erfolgen. Im letztgenannten
Fall ist die Durchgangsöffnung
zwischen Vorder- und Rückseite
konisch ausgestaltet, wobei diese sich zur Rückseite hin verengt.
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Durch
die beschriebenen Maßnahmen
im Bereich der Durchgangsöffnung
kann die Ausdruckkraft erheblich gesteigert werden. Bei den erfindungsgemäßen Ausgestaltungen
mit Hinterschneidung beträgt
der hydrostatische Druck, der aufgewandt werden muss, um den Glaspfropfen
auszudrücken
1500 bar bis 2500 bar. Bevorzugt 2000 bar bis 2500 bar bzw. die
Kraft die mechanisch auf den Glaspfropfen aufgebracht werden muss,
um den Glaspfropfen auszudrücken
1750 N bis 3000 N, bevorzugt 2000 N bis 3000 N.
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Die
Maßnahmen
am Grundkörper
sind in der Regel des Weiteren durch das Vorsehen von mehreren Ausnehmungen
bzw. Vorsprüngen
charakterisiert. Diese bilden wenigstens eine von der Rückseite ausgehend
betrachtet am Innenumfang der Durchgangsöffnung im Grundkörper zwischen
Rückseite und
Vorderseite angeordnete Hinterschneidung, wobei die Vorderseite
frei von derartigen Hinterschneidungen ist. Bei symmetrischer Ausführung der Durchgangsöffnung ist
diese durch drei Teilbereiche charakterisiert – einen ersten Teilbereich,
der sich von der Rückseite
in Richtung Vorderseite erstreckt, einen zweiten sich daran anschließenden und
einen dritten Teilbereich, der sich von Vorderseite in Richtung
Rückseite
erstreckt. Der zweite Teilbereich ist durch geringere Abmessungen
der Durchgangsöffnung
als der erste und dritte Teilbereich charakterisiert. Vorzugsweise
sind dann der erste und dritte Teilbereich durch identische Querschnittsabmessungen
charakterisiert.
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Bei
Ausführungen
mit mehr als zwei Bereichen unterschiedlicher Abmessungen, insbesondere unterschiedlichen
Durchmessers werden Verfahren gewählt, die durch beidseitige
Bearbeitung des Grundkörpers
entstehen. Wird bei den vorher beschriebenen Ausführungen
auf eine asymmetrische Gestaltung der Durchgangsöffnung abgestellt, so wird
bei diesen Ausführungen
mit mehr als zwei Bereichen vorzugsweise eine Ausgestaltung der
Durchgangsöffnung
gewählt,
die hinsichtlich der Einbauposition beliebig verwendbar ist. Diese
ist, bezogen auf eine theoretische Mittenachse, die senkrecht zur Stiftachse
des im Grundkörper
geführten
Stiftes verläuft
und sich im Mittenbereichs des Grundkörpers erstreckt, symmetrisch
ausgebildet. Damit können Vorder-
und Rückseite
hinsichtlich ihrer Funktion auch vertauscht werden. Die durch diese
gebildeten Hinterschneidungen wirken möglichen Bewegungen des Fixiermaterialpfropfens
in beide Richtungen entgegen.
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Eine
weitere Möglichkeit
zur Vermeidung von Relativbewegungen zwischen Fixiermaterialpfropfen und
Durchgangsöffnung
besteht in der Ausbildung einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen
diesen. Normalerweise wird bspw. das Glas zusammen mit dem Metallstift
in die Öffnung
eingebracht, Glas und Metallring erwärmt, so dass nach dem Abkühlen das Metall
auf den Glaspfropfen aufschrumpft. Im Allgemeinen weist die Durchgangsöffnung nach
dem Stanzen der Durchgangsöffnung
im Wesentlichen den Enddurchmesser auf. Natürlich kann die gestanzte Durchgangsöffnung selbst
noch bearbeitet werden, beispielsweise geschliffen werden, ohne dass
sich der Enddurchmesser wesentlich ändert. Die Durchgangsöffnung kann
einen kreisrunden Querschnitt aufweisen. Andere Möglichkeiten
sind denkbar, beispielsweise ein ovaler Querschnitt.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterentwicklung sind zur zusätzlichen Vermeidung von Relativbewegungen
unter Last zwischen Metallstift und Fixiermaterial Maßnahmen
am Metallstift vorgesehen. Dabei kann es sich jeweils um sich über den
gesamten Außenumfang
des Metallstiftes erstreckende Vorsprünge bzw. Ausnehmungen handeln
oder aber um in Umfangsrichtung zueinander benachbart mit beliebigen
oder fest vordefinierten und fest angeordneten Vorsprünge. Durch
Maßnahmen
am Metallstift liegt die Auszugskraft des Metallstiftes im Bereich
von 160 N bis 380 N, bevorzugt 300 bis 380 N.
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Das
Verfahren zur Herstellung eines Grundkörpers einer Metall-Durchführung ist
dadurch charakterisiert, dass zur Erzielung der die Ausgangsform der
Durchgangsöffnung
beschreibenden Grundgeometrie zur Bildung der Durchgangsöffnung für mindestens
einen Metallstift durch Ausstanzen aus einem Blechteil erfolgt.
Bevorzugt kann auch die äußere Geometrie
beschreibende Endkontur durch einen Trennvorgang frei von spannender
Bearbeitung aus einem Blechteil vordefiniertre Dicke gewonnen wird. Dabei
können
beide Vorgänge
in kostensparender Weise in ein Werkzeug und einen Arbeitsgang verlegt
werden. Die Hinterschneidungen in den Durchgangsöffnungen werden durch Verformung
der Durchgangsöffnung
gebildet, beispielsweise Prägen. Der
einzelne Prägevorgang
kann dabei vor oder nach dem Stanzvorgang vorgenommen werden. Vorzugsweise
erfolgen Präge-
und Stanzvorgang jeweils an der gleichen Seite des Grundkörpers, um
unnötige Werkstückpositionsveränderungen
zu vermeiden und eventuelle diese Verfahren unmittelbar hintereinander
ablaufen zu lassen.
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Entsprechend
der gewünschten
zu erzielenden Geometrien erfolgen die Prägevorgänge einseitig oder beidseitig,
wobei im letztgenannten Fall vorzugsweise gleiche Prägeparameter
eingestellt werden, um eine symmetrische Ausführung der Durchgangsöffnung zu
gewährleisten.
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Vorzugsweise
finden als Materialien für
den Grundkörper
Metalle, insbesondere Normalstahl, wie St 35, St 37, St 38 oder
Edelstahl bzw. nichtrostende Stähle
Verwendung. Edelstahl nach DIN EN 10020 ist eine Bezeichnung für legierte
oder unlegierte Stähle,
deren Schwefel- und Phosphorgehalt (sog. Eisenbegleiter) 0,035 %
nicht übersteigt.
Häufig
sind danach weitere Wärmebehandlungen
(z. B. Vergüten)
vorgesehen. Zu den Edelstählen
zählen
zum Beispiel hochreine Stähle,
bei denen durch einen besonderen Herstellungsprozess Bestandteile
wie Aluminium und Silizium aus der Schmelze ausgeschieden werden,
ferner auch hochlegierte Werkzeugstähle, die für eine spätere Wärmebehandlung vorgesehen sind.
Verwendbar sind beispielsweise: X12CrMoS17, X5CrNi1810, XCrNiS189, X2CrNi1911,
X12CrNi177, XSCrNiMo17-12-2, X6CrNiMoTi17-12-2, X6CrNiTi1810 und X15CrNiSi25-20,
X10CrNi1808, X2CrNiMo17-12-2, X6CrNiMoTi17-12-2.
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Der
Vorteil der vorgenannten Werkstoffe, insbesondere der angegebenen
Werkzeugstähle
liegt darin, dass bei Verwendung dieser Materialien eine hohe Korrosionsbeständigkeit,
eine hohe mechanische Festigkeit sowie eine gute Schweißbarkeit,
insbesondere für
Ausführungen
des Grundkörpers
als Stanzteil mit ausgeführtem
Schweißrand
sichergestellt wird.
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Die
erfindungsgemäße Metall-Fixiermaterial-Durchführung, insbesondere
Glas-Metall-Durchführung kann
in Zündeinrichtungen
beliebiger Ausführung
verwendet werden. Beispielsweise kann diese in einer Zündeinrichtung
für eine
pyrotechnische Schutzvorrichtung, insbesondere einen Airbag oder Gurtstraffer
vorgesehen werden, welche eine mit der Metall-Fixiermaterial-Durchführung, insbesondere dem
Grundkörper
verbundene Kappe umfasst, wobei zwischen Metall-Fixiermaterial-Durchführung und Kappe
eine Treibladung eingeschlossen ist, und wobei Grundkörper einen
Schweißrand
aufweist, welcher eine geringere Dicke als der innere Teil oder
Abschnitt hat, wobei die Kappe am Schweißrand mit einer umlaufenden
Schweißnaht
angeschweißt
ist.
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Bezüglich der
Geometrie der Außenkontur des
Grundkörpers
bestehen keine Beschränkungen. Vorzugsweise
wird jedoch bei Ausbildung als Stanzteil dieses kreisscheibenförmig ausgeführt. Die
Anordnung der Durchgangsöffnung
kann koaxial oder exzentrisch zur Mittenachse bzw. bei symmetrischer Ausführung der
Außenkontur
des Grundkörpers
koaxial oder exzentrisch zur Symmetrieachse erfolgen.
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Die
Zündeinrichtungen
mit der erfindungsgemäß gestalteten
Metall-Fixiermaterial-Durchführung können in
Gasgeneratoren eingesetzt werden, beispielsweise Heißgasgeneratoren,
Kaltgasgeneratoren, Hybridgeneratoren.
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Besonders
bevorzugte Einsatzgebiete sind Zündeinrichtungen
für pyrotechnische
Schutzsysteme, beispielsweise Airbags und Gurtspanner.
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Die
erfindungsgemäße Lösung wird
nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen
Folgendes dargestellt:
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1a verdeutlicht
eine erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäß gestalteten
Metall-Fixiermaterial-Durchführung;
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1b Tabelle
1
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1c Tabelle
2
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2 verdeutlicht
eine dritte Ausführungsform
einer erfindungsgemäß gestalteten
Metall-Fixiermaterial-Durchführung mit
teilweise konischer Gestaltung der Durchgangsöffnung;
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3 verdeutlicht
eine Ausführungsform
der erfindungsgemäß gestalteten
Metall-Fixiermaterial-Durchführung
mit einer einen Vorsprung zwischen Vorder- und Rückseite in der Durchgangsöffnung beschreibenden
Kontur;
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4 verdeutlicht
eine Ausführung
gemäß 1 mit zusätzlichen Vorsprüngen am
Metallstift;
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5 verdeutlicht
eine Weiterentwicklung gemäß 4;
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6 verdeutlicht
eine Ausführung
einer erfindungsgemäßen Zündeineinrichtung
mit einer Metall-Fixiermaterialdurchführung gemäß 1a;
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7 verdeutlicht
einen Ausschnitt aus einem Querschnitt einer weiteren Ausführungsform;
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8 verdeutlicht
eine Ausführungsform
mit einem Metallstift, einen so genannten Monopin;
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9 verdeutlicht
beispielhaft eine mögliche Anwendung
einer erfindungsgemäß ausgeführten Metall-Fixiermaterial-Durchführung in
einer Zündeinrichtung
in einem Gasgenerator.
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Die 1a verdeutlicht
anhand eines Axialschnittes eine erste vorzugsweise verwendete Ausführung einer
erfindungsgemäß gestalteten
Metall-Fixiermaterial Durchführung 1,
vorzugsweise für den
Einsatz als Anzünder
bzw. Zündvorrichtung
eines Airbags. Diese umfasst einen eine Metallmanschette 2 bildenden
Grundkörper 3,
mit welchem zwei zueinander parallele Metallstifte 4 und 5 elektrisch
gekoppelt sind. Die beiden Metallstifte 4 und 5 sind
parallel zueinander angeordnet. Dabei fungiert einer als Leiter,
während
der zweite auf Masse gelegt wird. Im dargestellten Fall fungiert
der erste Metallstift 4 als Leiter und der Metallstift 5 als
Massestift. Wenigstens einer der Metallstifte, insbesondere der
als Leiter fungierende Metallstift 4 wird durch den Grundkörper 3 geführt. Der
Metallstift 4 ist dazu auf einem Teil I1 seiner
Länge I
in Fixiermaterial 34, insbesondere einem aus einer Glasschmelze
erkalteten Glaspfropfen 6 eingeschmolzen. Der Metallstift 4 ragt
wenigstens auf einer Seite über
die Stirnseite 7 des Glaspfropfens 6 hinaus und
schließt
in der dargestellten Ausführungsform
nach Beendigung der Fertigung mit der zweiten Stirnseite 8 des
Glaspfropfens 6 bündig
ab. Dazu wird der Metallstift 4 während des Einschmelzens zur
Vermeidung von Eindellungen während
des Erkaltens des Fixiermaterials, die im Bereich der Durchgangsöffnung 11 liegen
und zu einer unerwünschten
Schwächung
der Verbindung zwischen Fixiermaterial und Grundkörper 3 im
Bereich der Vorderseite 13 führen, derart in der Durchgangsöffnung 11 angeordnet,
dass dieser über
den Grundkörper 3 und
damit die Vorderseite 13 hinausragt. Nach dem Einschmelzen
bzw. Vergießen
kann ein Abschleifen des Metallstiftes 4 und des überstehenden
erkalteten Fixiermaterials erfolgen, so dass dieser bündig mit
der Vorderseite 13 und damit auch die Stirnseite 8 des
Glaspfropfens 6 bündig
mit der Vorderseite 13 des Grundkörpers 3 ist. Auch
andere Varianten sind denkbar. Der Massestift 5 wird im
dargestellten Fall direkt an der Rückseite 12 des Grundkörpers 3 an
diesem befestigt. Der Grundkörper 3 ist
im Sinne dieser Anmeldung als Stanzteil ausgeführt. Ein Stanzteil gemäß der vorliegenden
Anmeldung liegt vor, wenn wenigstens die Durchgangsöffnung 11, vorzugsweise
auch die Endgeometrie des Grundkörpers 3 durch
Stanzen erzeugt wird. Gemäß einer
fortgeschrittenen Ausführungsform
kann durch die äußere Kontur
beschreibende Geometrie, insbesondere der Außenumfang 10 durch
Ausschneiden, bevorzugt Stanzen erzeugt werden. Das Stanzteil kann entweder
in der Geometrie wie es nach dem Stanzvorgang vorliegt weiterverwendet
werden oder aber in einem weiteren Arbeitsschritt, der sich vorzugsweise
direkt anschließt,
umgeformt werden, bspw. geprägt
oder tiefgezogen werden.
-
Die
zur Aufnahme und Fixierung des Metallstiftes 4 mittels
des Glaspfropfens 6 vorgesehene Durchgangsöffnung 11 wird
durch einen Ausstanzvorganges in Form eines Lochss erzeugt. Nachfolgend
wird der Metallstift 4 an der Rückseite 12 der Metall-Fixiermaterial-Durchführung 1 zusammen
mit dem Glaspfropfen in die Durchgangsöffnung 11 eingeführt und
der Metallkörpers
enthaltend den Glaspfropfen 6 und den Metallstift erwärmt, so
dass nach einem Abkühlungsvorgang
das Metall aufschrumpft und so eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Glaspfropfen 6 mit
Metallstift 4 und Grundkörper 3 ausgebildet
wird.
-
Denkbar
ist auch, das Fixiermaterial 34 im geschmolzenen bzw. fließfähigen Zustand,
insbesondere die Glasschmelze von der Vorderseite 13 in
die Durchgangsöffnung 11 einzubringen.
Während
des Erkaltens entsteht dann eine form- und stoffschlüssige Verbindung
sowohl zwischen dem Außenumfang 14 des
Metallstiftes 4 als auch dem Innenumfang 15 der
Durchgangsöffnung 11.
Erfindungsgemäß ist der Grundkörper 3 derart
gestaltet, dass das Verhältnis zwischen
der Dicke D des Grundkörpers 3 und
der maximalsten Ausdehnung der Durchgangsöffnung 11 senkrecht
zur Achsrichtung der Durchgangsöffnung 11 im
Bereich zwischen einschließlich
0,5 bis 2,5 beträgt.
Je nach Ausgestaltung der Durchgangsöffnung 11, welche
beispielsweise durch einen kreisrunden Querschnitt oder einen ovalen
Querschnitt charakterisiert sein kann, wird die maximalste Ausdehnung
durch den Durchmesser d oder die Länge des Ovals bestimmt. Die
Achsrichtung entspricht dabei der geometrischen Achse, insbesondere
Symmetrieachse der Durchgangsöffnung 11 und
erstreckt sich durch den Grundkörper 3.
Vorzugsweise wird bei Ausbildung des Grundkörpers 3 als Stanzteil
zur Erzielung einer besonders kompakten, kostengünstigen sowie energieeffizienten
Fertigung unter Erzielung eines Grundkörpers 3 mit den geforderten
Eigenschaften, insbesondere der geforderten Ausdruckkraft beim Auslösen der
Zündung
das Verhältnis
zwischen der Dicke D des Grundkörpers 3 und der
maximalsten Ausdehnung der Durchgangsöffnung 11 senkrecht
zur Achsrichtung der Durchgangsöffnung 11 im
Bereich zwischen einschließlich
0,8 bis 1,6, bevorzugt 0,8 bis 1,4, besonders bevorzugt 0,9 bis
1,3, ganz besonders bevorzugt 1,0 bis 1,2 gewählt. Konkret in Maßangaben
bedeutet dies beispielsweise, dass die Dicke D des Grundkörpers 3 zwischen
1 und 5 mm, bevorzugt 1,5 mm und 3,5 mm, besonders bevorzugt 1,8
mm bis 3,0 mm, ganz besonders bevorzugt 2,0 mm bis 2,6 mm beträgt. Damit
wird gegenüber
Drehteilen zum einen eine wesentliche kleinere Bauweise realisiert
und ferner kann der Querschnitt der Durchgangsöffnung 11 je nach
Erfordernis beliebig gewählt
werden.
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In
den 1b und 1c sind
in Tabelle 1 und Tabelle 2 die Absolutwerte eines kreisförmigen Lochdurchmessers
d.h. Durchmessers der Durchgangsöffnung
sowie die Dicke des Grundkörpers,
der die Durchgangsöffnung
enthält,
angegeben, sowie das sich hieraus ergebende Verhältnis von Dicke zu Lochdurchmesser.
In Tabelle 1 entsprechend 1b sind
die Werte des Lochdurchmessers gegenüber den Werten der Dicke des
Grundkörpers
nach dem Schleifvorgang angegeben. Durch den Schleifvorgang, der
wie vorliegend beschrieben dazu dient, überstehende Teile des Glaspfropfens
zu schleifen wird die Dicke des Gesamtbaukörpers um etwa 0,4 mm reduziert.
In Tabelle 1 ist der Lochdurchmesser in mm angegeben. Die Lochdurchmesser
gemäß Tabelle
1 reichen von 1,6 mm bis 3,5 mm. Des Weiteren sind die Dicken des
Grundkörpers
nach dem Schleifen in mm angegeben. Die Dicken des Grundkörpers nach
dem Schleifen betragen von 2,0 mm bis 3,0 mm. Des Weiteren angegeben
sind die sich ergebenden Verhältnisse
von Dicke zu Lochdurchmesser. Der umrandete Bereich 1000 bezeichnet
den bevorzugten Bereich der Durchmesser sowie der Verhältnisse
von Dicke zu Lochdurchmesser und der Bereich 1100 den ganz bevorzugten
Bereich.
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In 1c ist
in Tabelle 2 die Dicke des Grundkörpers nach dem Stanzen aber
vor dem Schleifschritt in mm angegeben sowie der Lochdurchmesser
in mm. Des Weiteren angegeben ist das Verhältnis von Dicke zu Lochdurchmesser.
Wiederum sind die bevorzugten Bereiche mit 1000 gekennzeichnet und
die ganz bevorzugten Bereiche mit 1100.
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Um
bei Belastung der gesamten Metall-Fixiermaterial-Durchführung 1 beim
Zünden
ein Lösen des
Metallstiftes 4 mit dem Glaspfropfen 6 vom Grundkörper 3 auch
mit der sich dabei ergebenden kleineren Abstützfläche durch die Verkürzung der Durchgangsöffnung 11 zu
vermeiden, sind Mittel zur Verhinderung einer Relativbewegung zwischen
Fixiermaterial 34 und Innenumfang 15 der Durchgangsöffnung in
Richtung der Rückseite 12,
die hier mit 35 bezeichnet sind, vorgesehen. Diese fungieren quasi
als Widerhaken und bewirken einen Formschluss zwischen Grundkörper 3 und
Glaspfropfen 6 unter Zugkrafteinwirkung und/oder Druck
auf den Glaspfropfen 6 und/oder den Metallstift 4 und
verhindern damit ein Hinausgleiten an der Rückseite 12. Dazu ist
gemäß einer
ersten besonders bevorzugten Ausführungsform die Durchgangsöffnung 11 derart ausgestaltet,
dass diese einen Hinterschnitt 36 aufweist, der von einem
Vorsprung 37 gebildet wird. Dieser ist im Bereich der Rückseite 12 angeordnet
und schließt
im dargestellten Fall bündig
mit dieser. Die Durchgangsöffnung 11,
welche im dargestellten Fall vorzugsweise mit kreisrundem Querschnitt
ausgebildet ist, ist durch diesen Vorsprung 37 durch zwei
unterschiedliche Durchmesser d1 und d2 charakterisiert. Dabei ist der Durchmesser
d1 größer als
der Durchmesser d2. Der Durchmesser d2 ist der Durchmesser der Durchgangsöffnung 11 an
der Rückseite 12.
Der Durchmesser d1 ist der Durchmesser der
Durchgangsöffnung 11 an
der Vorderseite 13. Dabei ist die Durchgangsöffnung 11 über einen
wesentlichen Teil ihrer Erstreckung Id1 mit
dem gleichen Durchmesser d1 ausgeführt. Id2 steht für
die Ausbildung der Durchgangsöffnung 11 mit
dem Durchmesser d2. Das heißt, die
Durchgangsöffnung
weist zwei Teilbereiche, einen ersten Teilbereich 16 und
einen zweiten Teilbereich 17 auf, wobei der erste Teilbereich 16 durch
den Durchmesser d1 und der zweite Teilbereich 17 durch den
Durchmesser d2 charakterisiert ist. Diese
Durchmesser werden dabei durch einen einseitigen Stanzvorgang in
Form des Lochens von Seiten der Vorderseite 13 oder Rückseite 12 mit
anschließendem
Umformvorgang unter Druckeinwirkung, insbesondere Prägen erzeugt.
Vorzugsweise erfolgen Stanz- und Umformvorgang jeweils von der gleichen
Seite, im dargestellten Fall beispielsweise von der Vorderseite 13 aus.
Bevorzugt erfolgt das Ausschneiden des Grundkörpers 3 in einer besonders
bevorzugten Ausführung
ebenfalls im Rahmen des Ausstanzvorganges der Durchgangsöffnung 11,
d.h. im selben Arbeitsgang. Das Werkzeug dafür ist dabei derart konzipiert,
dass der gesamte Grundkörper 3 mit
einer Durchgangsöffnung 11 in
einem Arbeitsschritt aus einem Blech bestimmter Blechstärke b, die
einer Dicke D des Grundkörpers 3 entspricht,
ausgestanzt wird. Erfindungsgemäß werden
zur Erzielung einer hohen Anzugskraft bei verringerter Dicke gegenüber Drehteilen
und damit einer besonders kostengünstigen und wenig materialintensiven
Fertigung die oben genannten Verhältnisse zwischen der Dicke
D des Grundkörpers 3 und
der Abmessung der Durchgangsöffnung 11 eingehalten.
Dabei kann allein durch Vorsehen eines Hinterschnittes 36 die
Anzugskraft nahezu verdoppelt werden. Erfindungsgemäß wird die
Hinterschneidung 36 und damit der Vorsprung 37 derart
ausgeführt,
dass eine Querschnittsverringerung im Teilbereich 17, welche
durch eine Durchmesserverkleinerung, d.h. die Differenz Δd = d1 – d2 bzw. eine Verringerung der maximalen Ausdehnung
im Bereich von 0,05 bis 1 mm im Bereich von 0,08 bis 0,9 mm, vorzugsweise
0,1 bis 0,3 mm charakterisiert ist, erzeugt wird. Die Differenz Δd = d1 – d2 im Durchmesser, die zur Hinterschneidung 36 und dem
Vorsprung 37 führt,
reicht aus, um die gegenüber
einer Ausführung
als Drehteil verkürzten
Bauweise und damit verkürzten
Länge der
Durchgangsöffnung 11 bei
Ausbildung als Stanzteil auszugleichen, wobei die Ausdruckkraft
noch erhöht
wird.
-
Vorzugsweise
finden als Materialien für
den Grundkörper
Metalle, insbesondere Normalstahl, wie St 35, St 37, St 38 oder
Edelstahl bzw. nichtrostende Stähle
Verwendung. Edelstahl nach DIN EN 10020 ist eine Bezeichnung für legierte
oder unlegierte Stähle,
deren Schwefel- und Phosphorgehalt (sog. Eisenbegleiter) 0,035 %
nicht übersteigt.
Häufig
sind danach weitere Wärmebehandlungen
(z. B. Vergüten)
vorgesehen. Zu den Edelstählen
zählen
zum Beispiel hochreine Stähle,
bei denen durch einen besonderen Herstellungsprozess Bestandteile
wie Aluminium und Silizium aus der Schmelze ausgeschieden werden,
ferner auch hochlegierte Werkzeugstähle, die für eine spätere Wärmebehandlung vorgesehen sind.
Verwendbar sind beispielsweise: X12CrMoS17, X5CrNi1810, XCrNiS189, X2CrNi1911,
X12CrNi177, XSCrNiMo17-12-2, X6CrNiMoTi17-12-2, X6CrNiTi1810 und X15CrNiSi25-20,
X10CrNi1808, X2CrNiMo17-12-2, X6CrNiMoTi17-12-2.
-
Der
Vorteil der vorgenannten Werkstoffe, insbesondere der angegebenen
Werkzeugstähle
liegt darin, dass bei Verwendung dieser Materialien eine hohe Korrosionsbeständigkeit,
eine hohe mechanische Festigkeit sowie eine gute Schweißbarkeit
sichergestellt wird.
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Bei
der in der 1a dargestellten Ausführung weist
die Durchgangsöffnung 11 einen
kreisrunden Querschnitt auf. Denkbar sind jedoch auch andere Formen,
wobei in diesem Fall eine Hinterschneidung durch Änderung
der Innenabmessungen der Öffnung
gebildet wird. Ferner sind die dargestellten Geometrien idealisiert
wiedergegeben. So werden in der Praxis in der Regel nicht vollkommen
rechtwinklig zueinander stehende Flächenbereiche entstehen. Entscheidend
ist, dass eine Grundkontur der Durchgangsöffnung geschaffen wird, die
zum einen der Aufnahme eines eingeschmolzenen Metallstiftes und ferner
der Verhinderung einer Herausbewegung der Gesamtheit aus Metallstift
und Fixiermittel, insbesondere Glaspfropfen gerecht wird, d. h.
auch die die Hinterschneidung bildenden Flächenbereiche und die angrenzenden
Flächenbereiche
können
in einem Winkel zueinander angeordnet werden.
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2 offenbart
eine Ausführung,
bei welcher nur ein Teil der Durchgangsöffnung 11 konisch
ausgebildet ist. Bei dieser Ausführung
ist die Durchgangsöffnung 11 der
Metall-Fixiermaterial-Durchführung 1,
insbesondere im Grundkörper 3 ebenfalls
in zwei Teilabschnitte unterteilt, einen ersten Teilbereich 16 und
einem zweiten Teilbereich 17. Der zweite Teilbereich 17 st
dabei durch einen konstanten Durchmesser d2 über seine
Länge Id2 charakterisiert. Der zweite Teilbereich
erstreckt sich dabei von der Rückseite 12 in
Richtung zur Vorderseite 13 Der erste Teilbereich 16 ist
durch eine stetige Querschnittsverringerung der Durchgangsöffnung 11 charakterisiert. Die
Verringerung erfolgt von einem Durchmesser d1 bis
auf einen Durchmesser d2. Die geringeren
Durchmesser an den Rückseiten 12 gemäß der Ausführungen
der 1a und 2 bieten den Vorteil einer größeren Anbindungsfläche 18 für den Metallstift 5, insbesondere
den Massestift. Der Hinterschnitt 36 ergibt sich aufgrund
der Durchmesseränderung
vom zweiten zum ersten Teilbereich 16 betrachtet.
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Bei
allen in den 1a und 2 dargestellten
Ausführungen
bietet die asymmetrische Geometrie der Durchgangsöffnung 11 von
der Vorderseite 13 zur Rückseite 12 hin betrachtet
den Vorteil der Verhinderung eines Herausrutschens oder Herausziehens
des Glaspfropfens 6 an der Rückseite 12 bzw. in
Richtung dieser. Ferner kann während
der Montage durch die asymmetrische Geometrie eine leichtere Orientierung
für die
Einbauposition der einzelnen Elemente, insbesondere der Metallstifte 4 und 5 gegeben
werden. Aufgrund der Hinterschneidung wird ein Herauslösen der
Baueinheit aus Metallstift 4 und Glaspfropfen 6 aus
dem Grundkörper
beim Zünden
vermieden. Das zusätzliche
Material an der Rückseite 12 bietet
den Vorteil einer größeren Anbindungsfläche für den auf
Masse zu legenden Metallstift 4.5. Ferner erhöht diese
die Festigkeit der Glasdichtung des Metallstiftes bei Druckeinwirkung
auf die Vorderseite.
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Die 3 verdeutlicht
eine weitere Ausführung
einer erfindungsgemäßen Metall-Fixiermaterial-Durchführung 1.
Bei dieser Ausführung
ist die Durchgangsöffnung 11 in
drei Teilbereiche 20, 21 und 22 unterteilbar,
wobei der jeweils erste und dritte Teilbereich 20 und 22 vorzugsweise
durch gleiche Durchmesser d20 und d22 charakterisiert ist. Der zweite Teilbereich 21 ist
durch einen geringeren Durchmesser d21 als
die Durchmesser d20 und d22 charakterisiert
und bildet somit einen Vorsprung 23. Dieser bildet die
zwischen Vorder- und Rückseite
angeordnete Hinterschneidung 36 zur Verhinderung der Relativbewegung
des Glaspfropfens 6 in Richtung Rückseite 12 gegenüber dem
Innenumfang 15 der Durchgangsöffnung 11. Insbesondere
die jeweils zur Vorderseite 13 und Rückseite 12 gerichteten
Flächen 24 und 25 bilden
dabei die Anschlagflächen
für den
Glaspfropfen 6 in axialer Richtung. Diese Ausführung ist
durch eine Fixierung des Glaspfropfens 6 in beide Richtungen
charakterisiert, so dass sich diese Ausbildung des Grundkörpers in
besonders vorteilhafter Weise dazu eignet, beliebig einbaubar und
positionierbar zu sein, insbesondere was die Anbindung der Metallstifte 4 betrifft.
Die Ausführung
bedingt eine Erhöhung der
Ausdruckkraft, um den Glaspfropfen 6 unter Abscherung von
Teilen von diesen bei Druckbelastung in Bewegung zu versetzen.
-
Bei
allen bisher beschriebenen Lösungen wird
es möglich,
einen schmaleren Grundkörper 3 gegenüber den
bekannten Lösungen
aus dem Stand der Technik zu verwenden bei gleicher oder erhöhter Festigkeit
der durch den Glaspfropfen 6 bedingten Dichtung.
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Die
Fertigung des Grundkörpers 3 gemäß 3 erfolgt
durch Stanzen des Grundkörpers 3 mit einer
Durchgangsöffnung 11 mit
konstantem Durchmesser. Der Vorsprung wird durch beidseitiges Prägen mit
einer vordefinierten Prägetiefe
und einem Prägewerkzeug
mit größerem Durchmesser
als nach dem Stanzen vorliegendem Durchmesser der Durchgangsöffnung 11 erzielt.
Aufgrund der Erhöhung
der Oberflächenspannung
des Materials am Grundköper 3 unter
Einfluss des Prägewerkzeuges
bei Überschreitung
der Fließgrenze
erfolgt ein Fließen
des Materials, welches dann den Vorsprung 23 bildet. Dabei
ist es unerheblich, ob der Prägevorgang
zuerst von der Vorder- oder Rückseite
des Grundkörpers aus
erfolgt. Bei gewünschtem
symmetrischem Aufbau sollten die Prägekräfte und die Prägetiefe
jedoch beidseitig gleich gewählt
werden.
-
Verdeutlichen
die 1a bis 3 Maßnahmen am Grundkörper 3,
insbesondere den Durchgangsöffnungen 11 zur
Verhinderung einer Relativbewegung des Glaspfropfens 6 gegenüber dieser,
so zeigen die 4 und 5 beispielhaft
Maßnahmen am
Metallstift 4, die zur Verhinderung des Austritts des Metallstiftes 4 aus
dem Glaspfropfen 6 während beim
Test und ferner während
des Zündvorganges dienen.
Die Festigkeit des Metallstiftes im Glaspfropfen wird durch die
Auszugkraft charakterisiert. Diese Maßnahme kann allein oder aber
in Kombination mit anderen Mitteln 35 eingesetzt werden.
Dabei stellt die 4 eine besonders vorteilhafte
Kombination der in der 1 dargestellten
Ausführung
mit zusätzlicher
Modifizierung des Metallstiftes 4 dar. Der Stift 4 weist
dabei im Kupplungsbereich mit dem Grundkörper 3 wenigstens
einen Vorsprung auf, dieser ist mit 31 bezeichnet und erstreckt
sich in Umfangsrichtung um den Außenumfang 32 des Stiftes 4.
Bei der dargestellten Ausführung
handelt es sich um einen Vorsprung 31, der sich um den
gesamten Außenumfang 32 des
Metallstiftes 4 erstreckt. Dieser kann durch Stauchung
oder Quetschung des Metallstiftes 4 gebildet werden. Eine
andere, hier nicht dargestellte Möglichkeit, beinhaltet die Anordnung
mehrerer einander in Umfangsrichtung benachbart, vorzugsweise mit
gleichem Abstand zueinander benachbart angeordneter Vorsprünge am Metallstift 4 im
Bereich der Kupplung im Grundkörper 3.
Das Merkmal der Vorsprünge
am Metallstift 4 trägt
wesentlich zur Verbesserung der Festigkeit der Verbindung bei. Dieses Merkmal
verhindert die Herausnahme des Metallstiftes 4 während eines
entsprechenden Testes, bei dem normalerweise der Metallstift bei
Zugbeanspruchung und Herausnahme des Glaspfropfens versagt. Dies gilt
in Analogie für
die Ausgestaltung gemäß 5. Bei
dieser weist der Metallstift 4 im Kontaktbereich mit der
Glasschmelze eine Mehrzahl von über
die axiale Erstreckung der Durchgangsöffnung angeordnete Vorsprünge auf,
die hintereinander geschaltet sind. Im einfachsten Fall wird dabei
eine Riffelung 33 verwendet. Mit dieser kann der gleiche
Effekt erzielt werden, wie in 4 beschrieben.
Der übrige
Aufbau entspricht dem in der 4 beschriebenen,
weshalb für
gleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet werden.
-
Die
in den 4 und 5 beschriebenen Ausführungen
sind ferner auch mit der in der 2 dargestellten
Maßnahme
am Grundkörper,
insbesondere den Durchgangsöffnungen
kombinierbar.
-
6 verdeutlicht
beispielhaft in stark vereinfachter Darstellung einen Axialschnitt
durch eine zündeinrichtung 38 mit
einer Metall-Fixiermaterial-Durchführung 1,
wie anhand der 1 bis 4 beschrieben.
Die Zündeinrichtung 38 wird
unter Verwendung einer derartigen Durchführung durch Verbinden einer
Kappe 39 mit dem Grundkörper 3 unter Einschluss
einer Treibladung 40 hergestellt, wobei das Verbinden hier
beispielhaft mit einer umlaufenden Laserschweißnaht 41 am Schweißrand erfolgt. Dadurch
wird ein hermetisch dichtes Gehäuse 42 für die Treibladung
hergestellt.
-
Ferner
zeigt 6 eine Brücke 42,
die vor oder beim Verbinden der Metall-Fixiermaterial-Durchführung 1 und
Kappe 39 an den Metallstift 4 der Stromdurchführung und
die Kappe 39, oder den Grundkörper 3 angeschlossen wird.
Beispielsweise kann die Zündbrücke 42 als
Glühdraht
ausgeführt sein,
welcher am Grundkörper 3 jeweils
mittels einer Punktschweißung
befestigt wird. Vielfach wird, anders als in der stark vereinfachten
Darstellung der 6 gezeigt, zusätzlich zur
Treibladung 40 noch ein Frühzündstoff verwendet, welcher
die Zündbrücke 42 umgibt.
-
7 zeigt
einen Ausschnitt eines Querschnitts durch eine weitere Ausführungsform
mit Anwendung einer erfindungsgemäßen Metall-Fixiermaterialdurchführung 1 in einer Zündeinrichtung 38.
Bei dieser erstreckt sich der Schweißrand des Grundkörpers 3 nicht
in axialer Richtung, wie bei dem in 6 gezeigten
Beispiel, sondern in radialer Richtung des Grundkörpers 3 und
läuft in
Umfangsrichtung um diesen um. Der Schweißrand bildet einen Anschlag beim
Aufsetzen der Kappe 39, so dass diese sehr leicht exakt
positionierbar ist. Der Schweißrand
des in kann in vorteilhafter Weise durch Tiefziehen oder Fließpressen
eines vorzugsweise gestanzten Grundkörpers 3 erhalten werden.
-
Während die
zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele
sich sämtlich
auf Metall-Fixiermaterial-Durchführungen
bzw. Glas-Metall-Durchführungen
bezog, die zwei Metallstifte, die bevorzugt parallel angeordnet
waren, umfassten, wovon einer der Metallstifte an der Rückseite
des Grundkörpers
auf Masse gelegt ist, ist die Erfindung prinzipiell auch anwendbar
bei mehr als 2 Metallstiften und bei sogenannten Mono-Pins. Mono-Pins
sind Zündeinheiten, die
nur einen einzigen Metallstift, der von einem Stiftträger getragen
wird, umfassen. Der Stiftträger
selbst umfasst bspw. einen Metallring, der den Massenanschluss ausbildet.
-
Ein
derartiger Mono-Pin ist in 8 gezeigt. Der
Stiftträger 26 umfasst
einen Metallstift 4, der in eine isolierte Füllung 6 eingebettet
ist, die bevorzugt aus Glas ausgebildet wird. Der Stiftträger 26 umfasst einen
Grundkörper 3,
der den Metallstift 4 aufnimmt sowie eine Hülse 27 mit
einer inneren Wandfläche 28.
Das Ende des eingeschmolzenen Teils des Metallstifts 4 ist
mittels einer Brücke 29 mit
dem Grundkörper 3 elektrisch
leitend verbunden. Die Durchgangsöffnung 11 wird in
den Grundkörper 3 durch
einen Stanzschritt eingebracht. In einer bevorzugten Ausführungsform
kann zusammen mit der Durchgangsöffnung 11 der
Grundkörper 3 wie
zuvor beschrieben ausgestanzt werden. Ganz besonders bevorzugt bildet
der Grundkörper 3 zusammen
mit der Hülse 27 ein
einstückiges
Bauteil aus. Die Herstellung eines einstückigen Bauteiles kann bspw.
dadurch geschehen, dass ein Stanzteil in einem Verfahrensschritt
ausgestanzt wird und die Hülse
durch Tiefziehen erhalten wird. Die Dimensionierung der Größe der Durchgangsöffnung und
der Dicke des Grundkörpers
ist wie zuvor beschrieben.
-
Bevorzugt
wird die innere Wandfläche 28 der Hülse 27 sowie
das freie Ende des Metallstiftes 4 beschichtet. Als Beschichtungsmaterial
wird bspw. Gold verwendet. Bevorzugt wird die Beschichtung auf elektrolytischem
Wege aufgebracht. Die Beschichtung dient dazu, den elektrischen
Widerstand an der Übergangsstelle 30 zwischen
einem Stecker 31, der in die Hülse eingeführt wird und, der der Innenseite 28 der
Hülse 27 gering
zu halten.
-
9 zeigt
in einer Schnittdarstellung einen Gasgenerator 45 einer
pyrotechnischen Schutzvorrichtung mit einer Zündeinrichtung 38,
welche in 9 nicht aufgeschnitten dargestellt
ist. Der Gasgenerator 45 kann insbesondere für einen
Lenkrad-Airbag verwendet werden und wird dazu in den Pralltopf des
Lenkrads eingebaut. Die Zündeinrichtung 38 ist
in einem zentralen Hohlraum 46 des Gasgenerators 45 eingesetzt.
Die Zündeinrichtung 38 weist
dazu beispielhaft einen Flansch 47 zur Halterung am Ausgang
des zentralen Hohlraums 46 auf. Der zentrale Hohlraum 46 ist
mit Kanälen 48 mit
einem ringförmigen
Treibstoffbehälter 49 verbunden, welcher
den Treibstoff enthält,
der beispielsweise als in Tablettenform gepresster Treibstoff aus
Natriumazid, Kaliumnitrat und Sand vorliegt. Dieser wird beim Zünden durch
das explosionsartig aus der Zündeinrichtung 38 entweichende
Gas gezündet
und setzt seinerseits Treibgase frei, welche durch die Kanäle 50 nach
außen
strömen
und einen beispielsweise am Befestigungskranz 51 befestigten
Luftsack aufblasen.
-
Bei
allen in den 1a bis 9 dargestellten
Ausführungen
wird zumindest die Durchgangsöffnung
bevorzugt der ganze im Stand der Technik als Drehteil ausgeführte Grundkörper 3 durch
Stanzteile ersetzt. Die einzelnen Maßnahmen zur Vermeidung eines
Herausziehens des Metallstifts 4 aus dem Grundkörper unter
Belastung, die in den einzelnen Figuren am Grundkörper 3 und
zur Vermeidung des Herausziehens des Metallstiftes aus dem Fixiermaterial
am Metallstift vorgesehen wurden, können auch miteinander in Kombination
zur Anwendung gelangen. Diesbezüglich
ist die Ausführung
keinerlei Beschränkungen
unterworfen. Angestrebt werden jedoch Ausführungen, die eine hohe Festigkeit
der Gesamtverbindung zwischen dem Metallstift 4 und dem Grundkörper 3 und
damit der Metall-Fixiermaterial-Durchführung 1 gewährleisten.
-
Bei
allen in den Figuren dargestellten Ausführungen können die Durchgangsöffnungen
mit unterschiedlichen Querschnittsformen ausgebildet werden. Vorzugsweise
werden jedoch kreisrunde Querschnitte gewählt. Die Ausbildung der Hinterschneidungen
erfolgt als integraler Bestandteil des Grundkörpers.
-
Es
ist das Verdienst der Erfindung herausgefunden zu haben, in welchem
Verhältnis
die Dicke des Stanzteils zum Lochdurchmesser stehen muss, um eine
Metall-Fixiermaterial-Durchführung
als Stanzteil, insbesondere die Durchgangsöffnung durch Stanzen, ausbilden
zu können.
-
- 1
- Metall-Fixiermaterial-Durchführung
- 2
- Metallmanschette
- 3
- Grundkörper
- 4
- Metallstift
- 5
- Metallstift
- 6
- Glaspfropfen
- 7
- erste
Stirnseite
- 8
- zweite
Stirnseite
- 9
- Stanzelement
- 10
- Außenumfang
- 11
- Durchgangsöffnung
- 12
- Rückseite
- 13
- Vorderseite
- 14
- Außenumfang
- 15
- Innenumfang
- 16
- erster
Teilbereich
- 17
- zweiter
Teilbereich
- 19
- Anbindungsfläche
- 20
- erster
Teilbereich
- 21
- zweiter
Teilbereich
- 22
- dritter
Teilbereich
- 23
- Vorsprung
- 24
- Fläche
- 25
- Fläche
- 26
- Stiftträger
- 27
- Hülse des
Grundkörpers
- 28
- Innere
Wandfläche
der Hülse
- 29
- Brücke
- 30
- Übergangsstelle
- 31
- Stecker,
der in Hülse
eingeführt
wird
- 34
- Fixiermaterial
- 35
- Mittel
zur Verhinderung einer Relativbewegung zwischen
-
- Fixiermaterial
und Innenumfang der Durchgangsöffnung
- 36
- Hinterschnitt
- 37
- Vorsprung
- 38
- Zündeinrichtung
- 39
- Kappe
- 40
- Treibladung
- 41
- Laserschweißnaht
- 42
- Gehäuse
- 43
- Brücke
- 44
- Anschlag
- 45
- Gasgenerator
- 46
- Hohlraum
- 47
- Flansch
- 48
- Kanal
- 49
- Treibstoffbehälter
- 50
- Kanal
- d1
- Durchmesser
- d2
- Durchmesser
- Id1
- Länge
- Id2
- Länge