DE102008010626A1 - Kraftfahrzeug mit nichtleitendem Masseanschluss eines Gasgenerators - Google Patents

Kraftfahrzeug mit nichtleitendem Masseanschluss eines Gasgenerators Download PDF

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Michael Dipl.-Ing. Kaupp (Fh)
Clark Dipl.-Phys. Rüdebusch
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42AMMUNITION; BLASTING
    • F42BEXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B3/00Blasting cartridges, i.e. case and explosive
    • F42B3/04Blasting cartridges, i.e. case and explosive for producing gas under pressure

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Der Masseanschluss eines Gasgenerators eines Kraftfahrzeugs soll einfacher gestaltet werden. Daher wird ein Kraftfahrzeug mit einem Masseleiter (1) und einem Gasgenerator zum Füllen eines Airbags bereitgestellt, wobei der Gasgenerator einen Anschlussleiter (2) zum Anschließen an den Masseleiter (1) besitzt. Ein Isolator (5) ist zwischen dem Masseleiter (1) und dem Anschlussleiter (2) angeordnet, so dass zwischen den beiden Leitern eine gezielte Funkenentladung möglich ist. Damit bedarf es keiner aufwändigen Steckverbindung zwischen beiden Leitern.

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Masseanschluss eines Gasgenerators eines Kraftfahrzeugs einfacher zu gestalten.
  • 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.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
  • Die vorliegende Erfindung ist anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
  • 1 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Masseanschlusses eines Gasgenerators für ein Kraftfahrzeug und
  • 2 eine Skizze eines Masseanschlusses mit direkt aneinander gefügten Kontakten.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (6)

  1. Kraftfahrzeug mit – einem Masseleiter (1, 8) und – einem Gasgenerator zum Füllen eines Airbags, wobei der Gasgenerator einen Anschlussleiter (2, 7) zum Anschließen an den Masseleiter (1, 8) besitzt, gekennzeichnet durch – einen Isolator (6, 11), der zwischen dem Masseleiter (1, 8) und dem Anschlussleiter (2, 7) angeordnet ist, wobei – der Masseleiter (1, 8) und/oder der Anschlussleiter (2, 7) so gestaltet ist, dass zwischen dem Masseleiter (1, 8) und dem Anschlussleiter (2, 7) eine gezielte Funkentladung möglich ist.
  2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Masseleiter (1, 8) und/oder der Anschlussleiter (2, 7) sich in Richtung auf den jeweils anderen Leiter verjüngen.
  3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Masseleiter (1, 8) und/oder der Anschlussleiter (2, 7) je eine Spitze aufweisen, die auf den jeweils anderen Leiter gerichtet sind.
  4. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Masseleiter (1, 8) und/oder der Anschlussleiter (2, 7) ein auf den jeweils anderen Leiter gerichtetes Leiterende (3, 4, 9) in Form eines Halbkreises, Rechtecks, Quaders, Dreiecks, Kegels, Trapezes, Kegelstumpfs oder einer Halbkugel besitzt.
  5. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Isolator (5, 11) Luft ist.
  6. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Isolator (5, 11) eine Korrosionsschicht des Masseleiters (1, 8) und/oder Anschlussleiters (2, 7) umfasst.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013114791A1 (de) * 2013-12-23 2015-06-25 Autoliv Development Ab Airbagmodul

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