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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Masseleiter
und einem Gasgenerator zum Füllen
eines Airbags, wobei der Gasgenerator einen Anschlussleiter zum
Anschließen
an den Masseleiter besitzt. Diese Masse- bzw. Anschlussleiter müssen nicht
separat zu erkennen sein, sondern können auch aus ohnehin vorhandenen
leitenden Komponenten (wie z. B. einem Metallgehäuse) bestehen.
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Um
ein unbeabsichtigtes Auslösen
eines Gasgenerators durch elektrostatische Entladung zu vermeiden,
ist es üblich,
diesen bei Bedarf direkt leitend mit der Fahrzeugmasse zu verbinden.
Hierzu muss dann eine direkt leitende Verbindung vom Gasgenerator
zur Fahrzeugmasse vorgesehen werden, was oftmals einer Überbrückung von
nichtleitenden Strecken bedarf. Hierzu kann eine Steckverbindung, gegebenenfalls
mit Kabelführung,
notwendig sein. Dies bedarf dann zusätzlicher Aufwendungen beispielsweise
hinsichtlich Kosten, Bauraum, Gewicht und Montageaufwand. Besonders
beim Fahrer-Airbag kommt zusätzlich
erschwerend hinzu, dass diese Masseableitung über eine drehbare Verbindung
(die Lenkung) geführt
werden muss.
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In
gewissen Fällen
wird der Gasgenerator auch bewusst nicht mit der Fahrzeugmasse verbunden,
wenn dies beispielsweise nach ESD-Tests (Electrostatic Discharge)
von Airbag-Modulen in der Fahrzeugumgebung für nicht notwendig erachtet wird.
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Ferner
besteht das Problem, dass zwischen Kontaktflächen von elektrisch leitenden
Materialien der oben beschriebenen leitenden Verbindung z. B. durch
Korrosion eine isolierende Schicht entsteht, die den Übergangswiderstand
erhöht.
Um den Übergangswiderstand
möglichst
gering zu halten, bzw. überhaupt
eine leitende Verbindung herzustellen, werden beispielsweise isolierende
Schichten (z. B. lackierte Komponenten) durch scharfe Kontaktkanten
mechanisch durchdrungen bzw. weggekratzt.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Masseanschluss
eines Gasgenerators eines Kraftfahrzeugs einfacher zu gestalten.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Kraftfahrzeug gelöst,
bei dem nach Anspruch 1 ein Isolator zwischen dem Masseleiter und
dem Anschlussleiter des Gasgenerators angeordnet ist, so dass zwischen
dem Masseleiter und dem Anschlussleiter eine gezielte Funkenentladung
möglich
ist.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
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Die
vorliegende Erfindung ist anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in
denen zeigen:
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1 eine
Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Masseanschlusses eines
Gasgenerators für
ein Kraftfahrzeug und
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2 eine
Skizze eines Masseanschlusses mit direkt aneinander gefügten Kontakten.
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Die
beispielsweise in Airbag-Modulen enthaltenen Gasgeneratoren und
darin enthaltene Zündpillen
müssen
elektrostatische Entladungen einer gewissen Höhe (z. B. 8 kV bei Kontaktentladung) überstehen,
ohne dass diese zünden.
Dies wird während
der Entwicklung im Zuge des Freigabeprozesses mit ESD-Prüfungen getestet.
Demnach wären
für die
unbeabsichtigte Auslösung
nur noch Spannungen oberhalb dieser getesteten Spannung auszuschließen.
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Zwischen
zwei voneinander isolierten, elektrischen Leitern entstehen Funkenentladungen, wenn
die so genannte Schlagweite unterschritten wird. In Umgebungsluft
beträgt
diese bei Standardbedingungen (z. B. Luftdruck, relative Feuchte)
pro 1 kV etwa 1 mm. Dabei hängt
diese Strecke auch von der Form der Leiterenden ab. Je spitzer diese
sind, desto kleiner ist diese Strecke, da das elektrische Feld an
den Spitzen entsprechend höher
ist.
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Statt
nun den Gasgenerator für
einen Airbag durchgängig
leitend mit der Fahrzeugmasse zu verbinden, ist erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die elektrische Verbindung zur Masse unterbrochen ist. Eine
derartige Kontaktanordnung ist in der Figur dargestellt. Es stehen
sich ein Masseleiter 1 des Kraftfahrzeugs und ein Anschlussleiter 2 des
Gasgenerators gegenüber.
Beide Leiter sind nicht miteinander leitend verbunden.
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Der
Masseleiter 1 besitzt einen Kontaktabschnitt bzw. ein Leiterende 3,
das in Richtung auf den Anschlussleiter 2 zuläuft und
sich dabei verjüngt.
Im vorliegenden Fall besitzt das Leiterende 3 eine abgerundete
Spitze. Ebenso besitzt der Anschlussleiter 2 des Gasgenerators
einen Kontaktabschnitt bzw. ein Leiterende 4, das auf den
Masseleiter 1 ausgerichtet ist und eine abgerundete Spitze
besitzt. Die Spitzen der beiden Leiterenden 3 und 4 berühren sich
nicht und zwischen ihnen befindet sich ein elektrischer Isolator 5 (z.
B. Luft). Die Distanz 6 zwischen den Spitzen der beiden
Leiterenden 3 und 4 bestimmt (von dem Isolatormaterial
wird hier abgesehen) die Schlagweite für eine Funkenentladung. Die
Schlagweite hängt
unter anderem von der Form der Leiterenden 3 und 4 ab.
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Die
Leiterenden können
auch beispielsweise dreieckig oder kegelförmig sein. Sie können aber auch
sehr spitz wie Nadeln sein. Alternativ können sie auch rechteckig bzw.
kubisch oder trapezförmig bzw.
kegelstumpfförmig
ausgebildet sein. In Abhängigkeit
von dieser Form ist dann die Distanz 6 so zu bestimmen,
dass es bei den gewünschten
Spannungen zu Funkenentladungen kommt und ein ungewolltes Aufblasen
des Airbags verhindert wird. Als Isolator 5 zwischen den
beiden Leitern 1 und 2 wird in der Regel Luft
dienen. Es kann zwischen beiden Leitern aber auch eine Lackierung
oder ein Kunststoff vorgesehen sein.
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Es
wird also angestrebt, dass die Unterbrechung, d. h. die Distanz 6,
eine gewünschte
Schlagweite nicht überschreitet,
sondern unterschreitet. Dabei ist es vorteilhaft, die Enden der
Unterbrechungen spitz zu gestalten, um bei gegebener maximaler Spannungsgrenze
möglichst
weite Abstände überbrücken zu
können.
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Für den Fall,
dass ein Gasgenerator nicht bewusst mit der Fahrzeugmasse verbunden
werden soll, z. B. da ESD-Prüfungen
dies als nicht notwendig erscheinen lassen, kann die hier vorgeschlagene
Lösung
durch den geringeren Aufwand dazu dienen, mit vergleichbar geringem
Aufwand eine zusätzliche
Sicherheit zu erreichen.
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Bei
Masseableitungen über
direkt aneinander gefügte
Kontakte 7 (Anschlussleiter) und 8 (Masseleiter)
gemäß 2 kann
erhöhten Übergangswiderständen durch
den oben beschriebenen Effekt ebenfalls begegnet werden. So kann
z. B. eine sich durch Korrosion gebildete, zumindest teilweise isolierende
Schicht 11 zwischen den beiden Kontakten 7 und 8 nötigenfalls
leichter durch Funkenentladung überwunden
werden, wenn in mindestens einem Bereich der Kontaktfläche das
elektrische Feld und dessen ionisierende Wirkung durch mindestens
eine möglichst
spitze Kontaktfläche
(Kontaktspitze 9) verstärkt
wird und somit die Spannung für
einen Funkenüberschlag herabgesetzt
wird. Sobald sich zwischen den Kontakten (erneut) eine isolierende
Schicht bildet, kann die Ionisation/Funkenentladung durch spitze
Kontaktflächen
wieder die Ableitung von elektrischen Ladungen verbessern.
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In
dem Beispiel von 2 ist der eine Kontakt 7 (Anschlussleiter
z. B. Gehäuseteil
eines Airbags) mit Hilfe einer Verschraubung 10 an dem
anderen Kontakt 8 (Masseleiter z. B. Fahrzeugkarosserie befestigt.
Bei dem Kontakt 7 handelt es sich beispielsweise um ein
abgekantetes Blech, dessen entstandene Ecke in spitzem Winkel auf
den Kontakt 8 gesetzt ist.
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Bei
der Auslegung der Leiter bzw. Anschlüsse sind bei Bedarf die beim
Funkenüberschlag
auftretenden Ströme,
Störstrahlungen
(EMV; elektromagnetische Verträglichkeit)
und gegebenenfalls ein Abbrand der Leiter bzw. die Vermeidung/Reduzierung dieser
Effekte mit bekannten Methoden (ausreichende Leiterquerschnitte,
Störfilter,
Schutzdiode, minimal notwendigen Radius der spitzen Leiterenden nicht
unterschreiten etc.) zu beachten.
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Durch
die Möglichkeit,
dass die Verbindung zwischen Gasgenerator und Fahrzeugmasse über eine
gewisse Entfernung unterbrochen sein kann, gibt es im Vergleich
zur durchgängig
direkt elektrisch leitenden Verbindung folgende Vorteile:
- – Gegebenenfalls
möglicher
Verzicht auf Stecker und Kabel, wodurch weniger Kosten, Bauraum, Gewicht
und Montagezeit zu erwarten sind.
- – Gegebenenfalls
Nutzung vorhandener Bauteile, die unter Umständen bezüglich Abständen und/oder Form von Kontaktenden
angepasst werden müssen.
So können
beispielsweise Karosserieteile, Lenksäule, Lenkradskelett usw. bei
entsprechender Eignung als Leiter verwendet werden. Deren Eignung
kann gegebenenfalls durch eine geringfügige Änderung, z. B. der Form durch Ausgestaltung
eines günstigen
Leiterendes (z. B. einer Spitze), verbessert werden. Derartige Änderungen
sind häufig
kostenneutral durch entsprechende Auslegung der Werkzeuge umsetzbar.
- – Leichtere Überbrückung von
drehbaren Übergängen. Konventionell
sind beispielsweise Kontaktspiralen oder Schleifkontakte notwendig.
Bei der elektrischen Leitung mittels Funkenüberschlag reicht ein Spalt
mit einem bestimmten, maximalen Abstand aus.
- – Höhere Sicherheit
bei Gasgeneratoren, die nach einer Aufwand-/Notwendigkeitsabschätzung (gestützt durch
z. B. ESD-Prüfungen)
keinen direkt elektrisch leitenden Masseanschluss am Gasgenerator
erhalten würden,
wohl aber eine weniger aufwendige Ableitung von Ladungen über mindestens
eine Funkenstrecke.
- – „Rückfallebene” für direkt
elektrisch leitende Verbindungen: Sollten sich zwischen elektrischen Verbindungen
isolierende Schichten, z. B. durch Kontaktkorrosion, befinden, können diese
leichter per Lichtbogen durchschlagen werden, wenn die Form der
Kontakte dies begünstigt.