DE102007025876A1 - Fuse for e.g. pyrotechnic actuator i.e. belt-taut, in vehicle safety system, has insulation layer and conductive layer provided with recesses that forms spark gap between conductive layers and conductive regions - Google Patents
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- F42C19/08—Primers; Detonators
- F42C19/12—Primers; Detonators electric
Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zünder zur Zündung von pyrotechnischen Wirkmassen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The The present invention relates to an igniter for ignition of pyrotechnic active substances with the characteristics of the generic term of claim 1.
Die hier besprochenen Zünder werden allgemein eingesetzt zur Zündung von Gasgeneratoren, z. B. in Airbags, für pyrotechnische Aktuatoren (Gurtstraffer) in Fahrzeugsicherheitssystemen, aber auch zur Zündung von Sprengladungen, Raketenantrieben, im Flugzeugbau und dergleichen. Gerade im Bereich der Fahrzeugsicherheitssysteme sind die Anforderungen an die Betriebssicherheit solcher Zünder besonders hoch. Man kann beispielsweise erwarten, dass ein solcher Zünder in einem Airbag eines Kraftfahrzeugs für 20 Jahre oder mehr montiert ist. Dort ist er Temperaturschwankungen, Umwelteinflüssen und den Belastungen durch den Betrieb des Kraftfahrzeugs ausgesetzt. Bei einer Kollision wird aber erwartet, dass der Zünder den Gasgenerator des Airbags mit einer äußerst geringen Ausfallwahrscheinlichkeit zuverlässig zündet. Aber auch in den mannigfaltigen anderweitigen Anwendungsbereichen wird die permanente Zuverlässigkeit eines solchen Zünders erwartet. So ist es erforderlich, dass die pyrotechnische Wirkmasse nicht durch induzierte Spannungen, statische Elektrizität oder Störsignale auf den Leitungen ausgelöst wird. Eine solche unbeabsichtigte Auslösung kann zu ernsten körperlichen Schäden von Personen und zu erheblichen Sachbeschädigungen führen.The igniters discussed here are commonly used for Ignition of gas generators, z. B. in airbags, for pyrotechnic actuators (belt tensioners) in vehicle safety systems, but also for the ignition of explosive charges, rocket engines, in aircraft and the like. Especially in the field of vehicle safety systems are the requirements for the reliability of such detonators especially high. For example, you can expect that to be one Igniter in an airbag of a motor vehicle for 20 years or more is mounted. There he is temperature fluctuations, Environmental influences and the stress of operation of the motor vehicle suspended. In a collision, however, it is expected that the detonator the gas generator of the airbag with an extremely low failure probability reliably ignites. But also in the various other applications becomes the permanent reliability of such a detonator expected. So it is necessary that the pyrotechnic active mass not by induced voltages, static electricity or interference signals on the lines is triggered. Such unintentional triggering can cause serious bodily harm of persons and cause material damage.
Die ersten Zünder für pyrotechnische Wirkmassen, insbesondere Airbags weisen einen etwa rotationssymmetrischen Sockel auf, der in der Mitte eine Elektrode trägt, die von einer gasdichten Glasmasse umgeben ist. Die Glasmasse wiederum ist von einem metallischen Ring umgeben, der mit der zweiten Elektrode elektrisch verbunden ist. Zwischen der zentrischen Elektrode und dem äußeren Ring ist über die Glasisolationsschicht ein korrosionsbeständiger Draht gespannt, beispielsweise ein Platindraht mit einem Durchmesser von 20 Mikrometern. Dieser Draht steht in unmittelbarem Kontakt mit einer primären pyrotechnischen Zündmasse. Der gesamte Aufbau ist mit einem Metallmantel versehen und heliumdicht verschweißt. Dieser Zünder steht wiederum unmittelbar mit der Wirkmasse in Verbindung. Beim Airbag ist der Zünder mit dem Gasgenerator in Kontakt. Gezündet wird der Airbag durch einen Stromimpuls von etwa 1,8 A durch die beiden Elektroden. Der Strom fließt durch den Platindraht, der ein thermisches Plasma entwickelt. Dieses zündet die primäre Wirkmasse in dem Zünder, die die Metallummantelung zum Bersten bringt. Das sich entwickelnde heiße Gas zündet dann die pyrotechnische Wirkmasse, den Gasgenerator.The first igniter for pyrotechnic active compositions, in particular Airbags have an approximately rotationally symmetric base, the in the middle carries an electrode, that of a gas-tight Glass mass is surrounded. The glass mass in turn is of a metallic Surround ring, which is electrically connected to the second electrode is. Between the centric electrode and the outer one Ring is a corrosion resistant over the glass insulation layer Strained wire, for example, a platinum wire with a diameter of 20 microns. This wire is in direct contact with a primary pyrotechnic ignition compound. The entire structure is provided with a metal jacket and helium-tight welded. This detonator is in turn immediately with the active mass in connection. The airbag is the detonator in contact with the gas generator. The airbag is ignited by a current pulse of about 1.8 A through the two electrodes. The current flows through the platinum wire, which is a thermal Plasma developed. This ignites the primary active mass in the detonator, which causes the metal sheathing to burst. The developing hot gas then ignites the pyrotechnic active mass, the gas generator.
Da
der Einsatz von Zündern für pyrotechnische Wirkmassen
in den verschiedensten Anwendungsbereichen in letzter Zeit sehr
zugenommen hat, wird es angestrebt, die elektrische Zündenergie
nicht in vollem Umfang über die Zuleitungen zuzuführen. Es
werden deshalb Zünder entwickelt, die statt des Platindrahtes
in einem ansonsten gleichen Aufbau eingesetzt werden können.
Ein solches Zündelement ist in der deutschen Patentschrift
Bei diesem Zünder wird auf einem Siliziumträger eine Halbleiterschicht erzeugt, die als erste Kondensatorelektrode dient. Darauf wird eine dielektrische Schicht aufgebracht, die wiederum von einer Halbleiterschicht abgedeckt wird. Sie bildet eine zweite Kondensatorelektrode und im Bereich eines verjüngten Querschnitts ein Widerstandszündelement. Das derart aufgebaute Zündelement wird im Bereich der ersten Halbleiterschicht und an dem Widerstandszündelement kontaktiert. Es entsteht auf diese Weise ein Aufbau mit einem Speicherkondensator zur Speicherung der Zündenergie und einem Widerstandszündelement in Reihe auf einem gemeinsamen Siliziumträger. Bei diesem Aufbau wird die Zündenergie ganz oder zumindest teilweise in dem Kondensator gespeichert, der auf dem Siliziumträger ausgebildet ist. Die Zündenergie kann relativ gering sein, weil das Widerstandszündelement aus dem Halbleitermaterial aufgebaut ist und eine geringere Zündenergie benötigt, als ein konventioneller Draht.at this detonator becomes on a silicon carrier a Semiconductor layer is generated, which serves as a first capacitor electrode. Then a dielectric layer is applied, which in turn is covered by a semiconductor layer. She forms a second Capacitor electrode and in the region of a tapered cross-section a resistance ignition element. The ignition element constructed in this way becomes in the region of the first semiconductor layer and on the Widerstandszündelement contacted. This results in a structure with a storage capacitor for storing the ignition energy and a Widerstandszündelement in series on a common silicon carrier. In this Build up the ignition energy is completely or at least partially stored in the capacitor, on the silicon carrier is trained. The ignition energy can be relatively low, because the Widerstandszündelement of the semiconductor material is constructed and requires a lower ignition energy, as a conventional wire.
Die erstgenannte Ausführungsform ist in der Auslösung relativ langsam und benötigt eine hohe Zündenergie. Die zweite Ausführungsform ist in der Entwicklung des Zündimpulses schnell, aber aufwändig in der Herstellung und mechanisch sensibel, was die Handhabung bei der späteren Konfektionierung schwierig macht.The the former embodiment is in the triggering relatively slow and requires a high ignition energy. The second embodiment is in the development of the ignition pulse fast but expensive to manufacture and mechanical sensitive, which makes handling difficult during subsequent assembly power.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Zünder zur Zündung von pyrotechnischen Wirkmassen zu schaffen, der mit geringerem Aufwand zu fertigen ist und der schnell und mechanisch unempfindlich ist.outgoing from this prior art, it is an object of the present invention an igniter for igniting pyrotechnic active compounds create that is to manufacture with less effort and the fast and is mechanically insensitive.
Diese Aufgabe wird von einem Zünder mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These Task is performed by a detonator with the characteristics of the claim 1 solved.
Weil eine Isolationsschicht wenigstens einen der elektrisch leitenden Bereiche abdeckt, wobei und eine elektrische leitfähige Schicht mit dem jeweils anderen der beiden leitenden Bereiche elektrisch kontaktiert ist, und weil die Isolationsschicht und die elektrisch leitfähige Schicht mit Ausnehmungen versehen sind, die eine Funkenstrecke zwischen der Schicht und dem zweiten Bereich bilden, kann eine Funkenstrecke innerhalb des Schichtaufbaus erzeugt werden, die eine definierte, sehr geringe Länge aufweist und die mechanisch geschützt innerhalb des Schichtaufbaus angeordnet ist. Es ist keine zweiseitig elektrisch kontaktierte Zündbrücke erforderlich, was die Ausfallwahrscheinlichkeit auch bei starker mechanischer Beanspruchung gegenüber Brückenzündern erheblich verringert.Because one insulation layer covers at least one of the electrically conductive regions, and one electrically conductive layer is electrically contacted with the other of the two conductive regions, and because the insulation layer and the electrically conductive layer are provided with recesses which form a spark gap between the layer and form the second region, a spark gap can be generated within the layer structure, which has a defined, very short length and which is mechanically protected within the layer structure. There is no two-sided electrically contacted ignition bridge required, which significantly reduces the probability of failure even under heavy mechanical stress against Brückenzündern.
Wenn die elektrisch leitfähige Schicht mit einem Oberflächenschutz versehen ist, wird die Widerstandsfähigkeit werter verbessert.If the electrically conductive layer with a surface protection is provided, the resistance value is improved.
Eine Fertigung mit bekannten Herstellungsvorrichtungen wird ermöglicht, wenn der Sockel rotationssymmetrisch mit einer Oberfläche und einer Mantelfläche ausgebildet ist und dass die leitfähige Schicht den Sockel an seiner Mantelfläche elektrisch kontaktiert. Durch die große, umfangsseitige Kontaktierung ist auch diese elektrische Verbindung sehr robust.A Manufacturing with known manufacturing devices is made possible when the socket is rotationally symmetric with a surface and a lateral surface is formed and that the conductive layer the socket electrically contacted on its lateral surface. Due to the large, peripheral contact is also This electrical connection is very robust.
Eine vorteilhafte Plasmaentwicklung und die Zündung unterstützende heiße Partikel ergeben sich, wenn die elektrisch leitfähige Schicht ein Metall enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Au, Pt, Cu, Ti, Zr, Hf und Al umfasst.A favorable plasma development and ignition assisting hot particles emerge when the electrically conductive Layer contains a metal selected from the group which comprises Au, Pt, Cu, Ti, Zr, Hf and Al.
Die obere, der Ladung zugewandte Schicht wird zusätzlich aktiviert, wenn die elektrisch leitfähige Schicht zumindest teilweise hydriert ist.The upper, the charge-facing layer is additionally activated, when the electrically conductive layer at least partially is hydrogenated.
Es wird bevorzugt, wenn die Ausnehmungen mit einer pyrotechnisch wirksamen Masse gefüllt sind.It is preferred if the recesses with a pyrotechnic effective Mass are filled.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:following becomes an embodiment of the present invention described with reference to the drawing. Show it:
Die
Der
in
Die
Danach
wird eine zweite Schicht
Mit
einem Material abtragenden Verfahren, vorzugsweise Laserablation,
werden nun Ausnehmungen
Bei
einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, die Ausnehmungen
Die
Die
Fertigung des insoweit beschriebenen Zünders erfolgt vorzugsweise
auf der Grundlage des in
Nun
wird die Halterung des Sockels mit der darauf abgeschiedenen Isolationsschicht
Der
nächste Verfahrensschritt ist eine erneute Reinigung der
nunmehr freigelegten und neu entstandenen Oberfläche, vorzugsweise
ebenfalls im Plasmareinigungsverfahren. Dabei werden die bislang
abgedeckte metallische Oberfläche des Rings
Bei
der Beschichtung, die im PVD-Verfahren erfolgt, bildet sich eine
durchgehende leitfähige Schicht auf der Oberfläche
der Isolationsschicht
Der Schichtenaufbau kann außer im Dünnschichtverfahren auch in einem Dickschichtverfahren erfolgen, beispielsweise durch Drucken.Of the Layer construction can except in the thin-film process also be done in a thick-film process, for example by printing.
Die
Ausnehmungen
Zur
Zündung kann nun ein Spannungsimpuls an die Elektroden
In
der Handhabung bei oder nach der Fertigung ist der insoweit beschriebene
Zünder ausgesprochen robust, da außer dem Schichtaufbau
praktisch keine elektrischen Kontaktierung erforderlich sind. Es
gibt keine exponierten Bauelemente. Der Zünder weist eine
nahezu vollkommen glatte, geschlossene Oberfläche auf,
bevor er konfektioniert wird. Wenn besonders hohe mechanische Belastungen
zu erwarten sind, kann die metallische Schicht
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - DE 19756603 C1 [0004] - DE 19756603 C1 [0004]
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- 2007-06-01 DE DE102007025876A patent/DE102007025876A1/en not_active Withdrawn
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