DE102009008673B3

DE102009008673B3 - Gestanztes Durchführungselement mit eingelötetem Kontaktstift

Info

Publication number: DE102009008673B3
Application number: DE102009008673A
Authority: DE
Inventors: Thomas Fink; Reinhard Ranftl
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2009-02-12
Filing date: 2009-02-12
Publication date: 2010-08-19
Anticipated expiration: 2029-02-13
Also published as: JP2010185653A; FR2942031B1; JP5450146B2; US20130199392A1; US8397638B2; CN101804801A; US8661977B2; FR2942031A1; US20100199872A1; CN101804801B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Durchführungselement einer Zündvorrichtung für Anzünder von Airbags oder Gurtspannern mit einem metallischen Grundkörper und zumindest einer ersten Durchgangsöffnung, in der ein Metallstift in einem elektrisch isolierenden Fixiermaterial angeordnet ist, und zumindest eine zweite Durchgangsöffnung, in der ein weiterer Metallstift durch eine Lötverbindung in dieser fixiert und so elektrisch leitend mit dem Grundkörper verbunden ist. Der Grundkörper und die Durchgangsöffnungen sind als Stanzteil ausgeführt und der Lotspalt zwischen Metallstift und Wandung der zweiten Durchgangsöffnung weist eine geringe Breite auf.

Description

Die Erfindung betrifft Durchführungselemente im allgemeinen, insbesondere aber solche für Zündvorrichtungen, wie sie zum Zünden einer pyrotechnischen Personenschutzvorrichtung verwendet werden. Insbesondere betrifft die Erfindung die Ausgestaltung des Sockels einer solchen Zündvorrichtung.
Als pyrotechnische Personenschutzvorrichtungen kommen in Kraftfahrzeugen insbesondere Airbags und Gurtstraffer zum Einsatz. Derartige Sicherheitssysteme können das Verletzungsrisiko erheblich senken. Voraussetzung ist jedoch, dass im Falle eines Zusammenstoßes die jeweiligen Sicherheitssysteme nicht versagen. Besonderes Augenmerk wird dabei insbesondere auch auf die Zünder solcher pyrotechnischen Einrichtungen gerichtet, welche für die Funktion einer solchen Sicherheitseinrichtung unerlässlich sind. Insbesondere müssen die Zünder auch viele Jahre nach ihrer Herstellung noch einwandfrei funktionieren. Als mittlere Lebensdauer solcher Zünder wird oftmals 15 Jahre angegeben. Um eine dauerhaft einwandfreie Funktion zu gewährleisten, muss dabei sichergestellt sein, dass sich die im Zünder vorhandene Treibladung im Laufe der Zeit nicht verändert. Derartige Veränderungen können beispielsweise durch in den Zünder eindringende Feuchtigkeit verursacht werden. Es ist daher wichtig, die Treibladung des Zünders hermetisch zu verkapseln. Auch muss der Zünder die Gase der gezündeten Treibladung in die richtige Richtung freisetzen, um die Treibladung eines Gasgenerators des Sicherheitssystems zu zünden.
Um dies zu gewährleisten, weisen aus dem Stand der Technik bekannte Zünder eine Kappe oder einen Deckel und einen vergleichsweise massiven Sockel auf, zwischen denen die Treibladung in einem aus diesen Teilen gebildeten Hohlraum eingeschlossen ist. Durch den Sockel wird mittels elektrischer Anschlüsse der Strom zum Zünden der Treibladung geleitet. Daher weist der Sockel in der Regel Durchgangsöffnungen auf, in denen sich Metallstifte befinden, die auf der einen Seite mittels einer Steckverbindung mit elektrischem Strom versorgt werden können und auf der anderen Seite beispielsweise mittels einer Zündbrücke verbunden sind, die beim Stromdurchfluss in Kontakt mit dem Treibmittel die Zündung desselben bewirkt. Der Sockel wird daher auch allgemein Durchführungselement genannt. Bei der Auslegung des Durchführungselements muss sichergestellt werden, dass bei der Zündung der Treibladung auf jeden Fall die Kappe oder der Deckel oder ein Teil davon abreißt und nicht die elektrischen Durchführungen aus dem Sockel getrieben werden.
Im Markt für solche Durchführungselemente haben sich zwei Technologien durchgesetzt. In der ersten besteht der Grundkörper des Sockels aus Metall und die Zündbrücke wird mittels eines angeschweißtem Brückendraht realisiert. Bei dieser Ausführungsform ist ein Metallstift als Pin in einem elektrisch isolierenden Fixiermaterial in einer Durchgangsöffnung des Grundkörpers fixiert. Als Fixiermaterial wird üblicherweise ein Glasmaterial, insbesondere ein Hartglas oder Glaslot verwendet. Dadurch ist dieser Metallstift zum Außenleiter durch Glas isoliert. Ein zweiter Metallstift als Pin ist mit dem Außenleiter, der durch das Grundelement oder auch Bodenplatte genannt repräsentiert wird, verschweißt oder verlötet. Auf der Innenseite des Durchführungselements – das ist die Seite, die der Zündkappe der endmontierten Zündvorrichtung zugewandt ist – kommt somit ein Brückendraht (meist aus einer Wolframlegierung) als Zündbrücke in Kontakt mit der Oberfläche des Glasmaterials. Damit der Brückendraht nicht beschädigt wird und das Zündelement im Gebrauch beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eine lange Lebensdauer aufweist, muss die Oberfläche des Glasmaterials geschliffen werden, da Rauhigkeiten der Oberfläche den Brückendraht beschädigen können.
Die Länge des Drahtes beeinflusst den Widerstand und damit die Auslösecharakteristik der Zündvorrichtung. Im Fall der Zündung wirkt der entstehende Explosionsdruck auf eine kleine Glasfläche, daher gilt diese Ausführungsform als sehr robust. Ein weiterer dieser Ausführung zuerkannter Vorteil ist, dass ein Pin direkt mit dem Außenleiter verbunden ist, über diesen Pin erfolgt eine einfache Erdung des Zünders. Nachteilig sind die durch das Schleifen der Oberfläche des Glasmaterials bedingten höheren Prozesskosten. Ferner kann als Außenleiter aus Korrosionsgründen nur Edelstahl verwendet werden und der Widerstand hängt von der Toleranz der Positionierung des Pins im Glas als Fixiermaterial und der Drahtlänge ab. Diese Art der Anzünder findet dennoch die größte Verbreitung.
Zündvorrichtungen dieser Art sind beispielsweise aus der DE 101 33 223 A1 bekannt. Auch die in US 2003/0192446 A1 beschriebene Ausführung gehört zu dieser Gruppe, auch wenn dort ein Schleifen entfallen kann, da die Ebenefläche, auf der der Brückendraht zu liegen kommt, durch einen zusätzlichen Keramikkörper hergestellt wird. Dies verursacht allerdings zusätzliche Herstellungskosten. Weiterhin ist der Pin, der die Verbindung zu dem Außenleiter herstellen soll, durch das Glasmaterial abgedeckt. Dies verhindert eine optische Prüfung und ist erschwert daher die erforderliche Qualitätsprüfung bei der Herstellung.
Eine zweite angewandte Technologie zum Herstellen von Zündvorrichtungen beruht auf Grundkörpern aus gepresstem Glas als Sockel, durch die zwei Metallstifte als elektrische Zuführung und Anschlusselemente geführt werden. Dabei wird eine Keramik mit Dickschichtleiter als Zündbrücke auf die Pinenden gelötet. Zwei kurze Pinenden ragen dabei auf der Innenseite über die des Sockels heraus, weisen also einen Überstand gegenüber der Glasfläche aus. Zur Herstellung eines solchen Durchführungselements muss das flüssige Glas aufwendig gepresst werden. Da beide Pins isoliert wären, muss eine Verbindung zum Außenleiter hergestellt werden. Dies erfolgt wie in EP 1061325 A1 beschrieben über ein zusätzliches Bauteil. Die Vorteile dieser Ausführungsform sind die freiere Wahl des Außenleitermaterials und die Toleranzen der Positionierung des Pins in der Durchgangsöffnung gehen nicht in den Widerstand ein, da dieser auf dem Keramiksubstrat oder Chip vordefiniert ist. Nachteilig wirkt sich die große Glasfläche aus, die das Design schwächt sowie die aufwendigere Erdung, sowie höhere Gesamtkosten des Systems. Daher ist diese Art der Zünder weniger verbreitet.
Aufgrund der beschriebenen Stabilitätserfordernisse des Sockels wurden dessen Grundkörper bisher sehr massiv ausgelegt. Dies erfordert, dass die äußere Kontur des Grundkörpers durch Abdrehen erzeugt wird, während die Durchgangsöffnungen gebohrt wurden. Beide Prozesse sind zeitaufwendig und verteuern daher die Produktion.
Mit der US 6557474 B1 wird vorgeschlagen, den Grundkörper als Metallstanzteil auszuführen. Das grundlegende Problem beim Stanzen von Grundkörpern ist jedoch, dass das Stanzen der Durchgangsöffnungen mit einer großen Genauigkeit erfolgen muss, insbesondere in Hinblick auf die Durchmesservarianz und das Profil der Durchgangsöffnung. Je dicker der Grundköper ist, d. h. je höher seine Materialstärke ist, desto größer werden die Ungenauigkeiten. Daher in der US 6557474 B1 von einem sehr dünnen Grundkörper ausgegangen, was in Widerspruch zu dem Erfordernis der Stabilität des Bauteils steht. Daher wird in dieser Schrift eine relativ dicke Schicht aus Glas zur Stabilisierung des Metallstanzteils auf dieses aufgebracht.
Das Glas muss aber immer noch gepresst werden. Im Falle der Zündung wirkt die Gesamte Explosionskraft auf das Glas und ist daher mechanisch nicht hinreichend stabil. Bei einem Aufbau dieser Art kann die Verbindung zwischen Glas und Metall nur über chemische Reaktion erfolgen, dazu muss das Glas und das Metall die selbe thermische Ausdehnung aufweisen. Dies ist einzig und allein mit einer NiFeCo-Legierung als Material für das Metallstanzteil möglich. Die Materialkosten der NiFeCo-Legierung sind allerdings extrem teuer. Aufgrund dieser Nachteile ist diese Ausführungsform bisher nicht zum Einsatz gekommen.
In der EP 1455160 B1 wird vorgeschlagen, als Grundkörper ein einziges Metallstanzteil ausreichender Stabilität zu verwenden. Dabei wird sowohl die äußere Kontur des Grundkörpers als auch die Durchgangsöffnung, in der ein Pin mittels eines Glaslotes fixiert wird, durch einen Stanzvorgang erzeugt. Der Pin, der den Kontakt zum Außenleiter herstellt, wird in dieser Ausführungsform nicht in einer Durchgangsöffnung fixiert, sondern großflächig mit der Unterseite des Grundkörpers verlötet. Das Stanzen der Durchgangsöffnung, in der die Glas-Metall-Fixierung erfolgt, ist deshalb möglich, da an diese geringere Anforderungen bzgl. der Genauigkeit der Durchmesser und des Profils gestellt werden, denn durch die Fixierung des Pins mit dem Glas-Fixiermaterial können bei geeigneter Prozessführung große Lotspalte und damit auch große Toleranzen ausgeglichen werden. Üblicherweise wird die Oberseite der Glasfläche geschliffen, womit diese Ausführungsform zu der erstgenannten Gruppe von Durchführungselementen zählt. Diese Ausführungsform ist ebenfalls mit dem Nachteil behaftet, dass der Grundkörper üblicherweise aus einem Edelstahl besteht, weil ansonsten der Grundkörper aus einem Nicht-Edelmetall beschichtet werden müsste, um Korrosion zu vermeiden. Bei solchen beschichteten Grundkörpern kann dann allerdings die Glasfläche der Glas-Metall-Durchführung nicht mehr geschliffen werden, weil ansonsten die Beschichtung mit angeschliffen würde. Die Kosten bei der Herstellung werden ferner durch das Schleifen und Polieren der Glasfläche der einen Glas-Metall-Durchführung, durch die Verschweißung des Brückendrahtes und den Prozessaufwand beim Herstellen der großflächigen Verlötung des Massepins auf dem Grundkörper verteuert.
Weil es bei dem Verschweissen der Kappe mit einem gestanzten Grundkörper zu thermischen Belastungen der ebenfalls gestanzten Glas-Metall-Durchführung kommen kann, welche deren Dichtigkeit gefährden können, sieht es die DE 10 2005 009 644 A1 vor, den Grundkörper mit einem dünnen Schweissrand zu versehen. Die in dieser Schrift offenbarten Ausführungsformen mit einer Durchführungsöffnung und einem Massepin, der nach Art der vorgenannten EP 1455160 B1 mit der Unterseite des Grundkörpers verlötet ist. Eine weitere Ausführungsform stellt einen Grundkörper mit zwei Durchgangsöffnungen vor, von denen eine aus dem Grundkörper gestanzt wird und in dieser ein Pin mit einem Glaslots fixiert wird. Die zweite Durchgangsöffnung, in der sich ein weiterer Pin befindet. weist einen erheblich kleineren Durchmesser auf und es ist nicht ersichtlich, wie diese Durchgangsöffnung erzeugt wurde wie der Pin in dieser Öffnung fixiert und/oder wie diese Öffnung verschlossen wird.
Vor diesem Hintergrund ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Durchführungselement zur Verfügung zu stellen, das für die Anwendung in pyrotechnischen Personenschutzvorrichtungen geeignet, aber zu reduzierten Kosten herzustellen ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch das Durchführungselement und das Verfahren zu dessen Herstellung gemäß der unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den davon abhängigen Ansprüchen.
Ein erfindungsgemäßes Durchführungselement umfasst einen metallischen Grundkörper, und zumindest eine erste Durchgangsöffnung, in der ein Metallstift in einem elektrisch isolierenden Fixiermaterial angeordnet ist und zumindest eine zweite Durchgangsöffnung, in der ein weiterer Metallstift durch eine Lötverbindung in zumindest einem Lotbereich in dieser Durchgangsöffnung fixiert ist, wobei das Lotmaterial der Lötverbindung innerhalb des Lotbereichs einen Lotspalt zwischen dem Metallstift und der inneren Wandung der zweiten Durchgangsöffnung elektrisch leitend ausfüllt. Die äußere Kontur des Grundkörpers sowie die erste Durchgangsöffnung werden durch einen Stanzvorgang erzeugt. Die Erfinder haben erkannt, dass es möglich ist, auch die zumindest zweite Durchgangsöffnung, in welcher der Metallstift durch die Lötverbindung fixiert ist, ebenfalls durch einen Stanzvorgang zu erzeugen, der so ausgeführt wird, dass diese Durchgangsöffnung zumindest in Teilbereichen des Lotbereichs ein überwiegend zylindrisches Profil aufweist, wobei die Differenz der Durchmesser des zylindrischen Bereichs dieser Durchgangsöffnung und des Durchmessers des in dieser Durchgangsöffnung fixierten Metallstifts höchstens 0,30 mm beträgt.
Die Erfindung sieht somit vor, dass das Grundelement ein Stanzteil aus Metall ist, und zusätzlich zu dem Metallstift, der in dem Glasmaterial fixiert ist, zumindest ein weiterer der Metallstift, der den Kontakt zum Außenleiter herstellen kann und somit den Masseleiter repräsentiert, in einer Durchgangsöffnung mittels eines elektrisch leitenden Lotes fixiert wird.
Ein Grundgedanke der Erfindung ist, den gesamten Grundkörper als Stanzteil auszulegen, d. h. dass zu dessen Herstellung sowohl dessen äußere Kontur als auch die Durchgangsöffnungen aus einem Werkstück ausgestanzt werden. Bei einem Stanzvorgang wird allerdings prinzipiell ein charakteristisches Stanzprofil erzeugt. Wird beispielsweise die Durchgangsöffnung in den Grundkörper gestanzt, weist diese auf der Eindringseite des Stanzwerkzeugs üblicherweise zunächst ein relativ glattes und gleichmäßiges Profil auf, das dann aber typischerweise mit zunehmender Eindringtiefe bzw. Werkstückdicke ausreißt, d. h. dass sich das Profil der Durchgangsöffnung mit zunehmender Werkstückdicke in Richtung zur Austrittseite des Stanzwerkzeugs aufweitet. Unter Profil der Durchgangsöffnung wird in dieser Beschreibung die dreidimensionale Form der Durchgangsöffnung verstanden. Wenn von einem überwiegend zylindrischen Profil gesprochen wird, ist dabei gemeint, dass eine hauptsächlich zylinderförmige Struktur aus dem Bereich der Durchgangsöffnung herausgestanzt wurde. Leichte Abweichungen von dieser idealen Geometrie sind naturbedingt möglich und ebenfalls von der Erfindung umfasst.
Das Problem, das dabei aufritt ist, dass der Metallstift in der Durchgangsöffnung mittels des elektrisch leitenden Lotes fixiert werden muss, obwohl sie das typische Stanzprofil aufweist. Dies wird erfindungsgemäß zum einen dadurch ermöglicht, dass die Erfinder erkannt haben, dass der zylindrische Bereich des Stanzprofils der Durchgangsöffnung ausreichend groß ist, um in diesem Bereich eine ausreichend dichte und auszugsfeste Verlötung mittels eines metallischen Lotes zu erreichen. Der Lotbereich – das ist der Bereich, in welchem der Metallstift in der Durchgangsöffnung eingelötet ist – befindet sich dann zumindest teilweise innerhalb des zylindrischen Bereichs des Stanzprofils. Selbstverständlich ist es von der Erfindung ebenfalls umfasst, wenn der Lotbereich nur einen Teil des zylindrischen Bereichs ausfüllt oder über diesen hinaus geht. Bevorzugt befindet sich der Lotbereich vollständig innerhalb des überwiegend zylindrischen Bereichs des Profils der Durchgangsöffnung.
Ein weiteres Problem, was bei der Verlötung eines Metallstifts in einer gestanzten Durchgangsöffnung auftritt ist die Dimensionierung des Lotspaltes. Der Lotspalt ist der Bereich zwischen der inneren Wandung der Durchgangsöffnung und dem darin fixierten Metallstift. Aus der Fachliteratur ist bekannt, dass beim Verlöten von zwei Bauteilen mittels elektrisch leitendem Lot der Lotspalt zwischen den Bauteilen eine Breite von ca. 0,1 mm aufweisen soll. Bei diesem Abstand kann das Lot durch Adhäsion gut zwischen die Bauteile fließen. Ist der Spalt zu klein, kann nicht genügend Lot eindringen. Ist er zu groß kommt es zu Lufteinschlüssen oder zu nicht benetzten Flächen. Ein hermetisch dichter und drucksicherer bzw. auszugsfester Verschluss ist für den angedachten Anwendungszeck unbedingt erforderlich.
Die Erfinder haben erkannt, dass es überraschenderweise möglich ist, trotz des beschriebenen typischen Stanzprofils eine Durchgangsöffnung mit hinreichender Genauigkeit in Hinblick auf deren Profil und der Geometrie und Maße deren Durchmessers in den Grundkörper zu stanzen. Die für Airbagzünder verwendeten Metallstifte sind im Durchmesser auf das Maß 1,0 +/– 0,05 mm genormt. Damit der Metallstift in der Durchgangsöffnung fixiert werden kann, darf sich die Toleranz des Durchmesser des Metallstifts nicht mit dem Durchmesser der Durchgangsöffnung überschneiden, es muss im Gegenteil sogar etwas Montagespiel berücksichtigt werden. Wählt man aber die Durchgangsöffnung zu groß, kann wie beschrieben keine ausreichend dichte Lotverbindung geschaffen werden.
Erfindungsgemäß wird die Durchgangsöffnung für diesen Metallstift daher mit einem solchen Durchmesser in den Grundkörper gestanzt, dass die Differenz des Durchmesser dieser Durchgangsöffnung und des Durchmessers des in dieser Durchgangsöffnung fixierten Metallstifts höchstens 0,30 mm beträgt.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist ein erfindungsgemäßes Durchführungselement eine Durchgangsöffnung für den mittels einer elektrisch leitenden Lotverbindung darin fixierten Metallstift auf, bei der sich ein im Vergleich zu dem vorgenannten zylindrischen Profil aufgeweiteter Bereich an den Bereich mit dem zylindrischen Profil anschließt. Der aufgeweitete Bereich weist bevorzugt ein konisches Profil auf. Eine solche Konstellation kann sich bei einem Stanzvorgang von einer Seite aus ergeben, aber auch bei einer Folge von Stanzprozessen, bei welchen die Form und damit das Profil der Durchgangsöffnung gebildet wird. In einem zumindest zweistufigen Stanzprozeß ist es beispielsweise möglich, ein stufenförmiges Profil zu erzeugen, insbesondere wenn zuerst das Loch von einer Richtung durch den Grundkörper gestanzt wird, und dann von der entgegengesetzten Richtung die Kontur der Stufe eingeprägt und/oder eingestanzt wird. Solch aufgeweitete Bereiche können sich selbstverständlich auch auf beiden Seiten der Grundkörpers und somit auf beiden Seiten der Durchgangsöffnung befinden.
Die Metallstifte, in den Durchgangsöffnungen fixiert werden, werden bevorzugt mit einem Durchmesser von 1,00 ± 0,03 mm hergestellt.
Der Lotspalt innerhalb des Lotbereichs mit dem überwiegend zylindrischen Profil weist bevorzugt eine maximale Breite von 0,23 mm auf, besonders bevorzugt von 0,20 mm. Dies deckt insbesondere die Fälle ab, in denen der Metallstift nicht mittig, d. h. nicht konzentrisch in der Durchgangsöffnung eingelötet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Metallstift allerdings im wesentlichen konzentrisch in der zweiten Durchgangsöffnung durch ein elektrisch leitendes Lotmaterial in der Durchgangsöffnung fixiert ist und der Lotspalt innerhalb des überwiegend zylindrischen Profils weist dabei bevorzugt eine Breite von maximal 0,18 mm aufweist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt der Durchmesser der zweiten Durchgangsöffnung, in welcher der Metallstift mittels eines elektrisch leidenden Lotes mit dem Grundkörper verbunden ist, innerhalb des überwiegend zylindrischen Profils 1,10 ± 0,07 mm. Die angegebene Toleranz bezieht sich dabei sowohl auf mögliche Abweichungen von der idealen runden Geometrie als auch auf Abweichungen der Absolutwerte des Durchmessers.
Um eine maximale Kosteneffizienz des erfindungsgemäßen Durchführungselements zu gewährleisten, besteht der metallische Grundkörper bevorzugt aus keinem Edelstahl.
Bevorzugt wird der Grundkörper stattdessen aus einem Stahl aus der Gruppe 1.01xx bis 1.07xx (unlegierte Qualitätsstähle) gebildet. Die Angabe der Stahlgruppe erfolgt dabei nach DIN EN 10 027-2, wobei die erste Ziffer die Werkstoff-Hauptgruppe und die Ziffernfolge nach dem ersten Punkt die Stahlgruppen-Nummer angibt.
Um eine möglichst gute Korrosionsbeständigkeit zu gewährleisten, kann der Grundkörper mit Metallen beschichtet sein. Bevorzugt wird eine Nickelbeschichtung verwendet. Dies trifft insbesondere für Grundkörper zu, die aus unlegierten Qualitätsstählen gebildet werden.
Da bei Airbagzündern im Falle der Zündung hohe Explosionsdrücke von üblicherweise über 1000 bar entstehen können, muss der Grundkörper entsprechend mit einer entsprechend hohen Dicke, d. h. Materialstärke, ausgelegt werden. Die Dicke des Grundkörpers liegt im Bereich von 1,5 mm bis 4 mm. Bevorzugt im Bereich von 1,7 bis 3 mm, besonders bevorzugt von 1,8 bis 2,5 mm. Bisher hat man es nicht für möglich gehalten, in einen Stahl mit dieser Dicke ein Loch mit einem Durchmesser von ca. 1,1 mm mit der notwendigen Genauigkeit für eine Lötung zu stanzen. Erst die Anstrengungen der Erfinder zeigen die Machbarkeit dessen.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die zumindest zwei Metallstifte so in den Durchgangsöffnungen fixiert, dass sie auf beiden Seiten des Grundkörpers gegenüber dessen Flächen einen Überstand aufweisen. Besonders bevorzugt ist der Überstand auf der der Treibladung zugewandten Seite des Grundkörpers erheblich kleiner als auf der dieser Seite gegenüberliegenden Seite, welche die Seite des Anschlusskontaktes bevorzugt an eine Steckverbindung repräsentiert.
Besonders bevorzugt sind die Metallstifte zumindest in Teilbereichen entlang ihrer Achse mit Gold beschichtet. Die Goldbeschichtung bewirkt eine Dauerhafte Unempfindlichkeit gegenüber Korrosion.
Besonders bevorzugt sind die Metallstifte an ihren Endbereichen mit Gold beschichtet. Auf diese Weise ist bevorzugt der Bereich des Metallstifts vergoldet, der sich bei der Montage zum Gebrauch der Zündvorrichtung innerhalb der Steckverbindung befindet. Auf diese Weise können die Übergangswiderstände im Steckkontakt reduzier werden. Ferner ist bevorzugt ebenso der Bereich vergoldet, der mit der Zündbrücke verbunden wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind zumindest zwei Metallstifte auf der dem Treibmittel zugewandten Seite des Grundkörpers mittels einer Zündbrücke elektrisch leitend miteinander verbunden. Die Zündbrücke kann durch den bereits beschriebenen Zünddraht gebildet werden, wobei in dann die Metallstifte auf dieser Seite bevorzugt keinen Überstand über die auf dieser Seite befindliche Fläche des Grundkörpers aufweisen, aber auch bevorzugt durch ein Trägerelement, das mit dem Metallstiften verbunden wird, wobei in diesem Fall der Überstand der Metallstifte bevorzugt vorhanden ist. Das Trägerelement kann beispielsweise ein elektrisch leitend beschichtetes Keramikplättchen und/oder ein spezieller Mikrochip sein.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Durchführungselements einer Zündvorrichtung für Anzünder von Airbags oder Gurtspannern umfasst die Verfahrensschritte Ausstanzen eines metallischen Grundkörpers aus einem Teil vordefinierter Dicke, wobei die äußere Kontur des Grundkörpers durch den Stanzvorgang erzeugt wird, Erzeugen zumindest zweier Durchgangsöffnungen, wobei das Profil der ersten Durchgangsöffnung und die Geometrie deren Durchmesser durch zumindest einen Stanzvorgang erzeugt werden, Fixieren eines ersten Metallstifts innerhalb der ersten Durchgangsöffnung mittels eines elektrisch isolierenden Fixiermaterials, Fixieren eines zweiten Metallstifts innerhalb einer zweiten Durchgangsöffnung mittels eines Lötvorgangs, bei dem der Lotspalt zwischen dem Metallstift und der inneren Wandung der Durchgangsöffnung mittels eines Lotmaterials in einem Lotbereich elektrisch leitend ausgefüllt und so der Metallstift elektrisch leitend mit dem Grundkörper verbunden wird, wobei die zumindest zweite Durchgangsöffnung, in welcher der Metallstift durch die Lötverbindung fixiert ist, ebenfalls durch einen Stanzvorgang erzeugt wird und in dem metallischen Grundkörper beim Stanzen dieser zweiten Durchgangsöffnung ein Profil erzeugt wird, das zumindest einen überwiegend zylindrischen Teilbereich aufweist, dessen Durchmesser höchstens 0,30 mm größer ist als der Metallstift, der in dieser Durchgangsöffnung fixiert wird.
Bevorzugt wird der Metallstift dabei innerhalb der zweiten Durchgangsöffnung so fixiert wird, dass der Lotspalt innerhalb des Lotbereichs mit dem überwiegend zylindrischen Profil eine maximale Breite von 0,23 mm aufweist, besonders bevorzugt 0,20 mm.
Bevorzugt wird beim Stanzen der zweiten Durchgangsöffnung ein Profil mit einem überwiegend zylindrischen Teilbereich erzeugt, an den sich ein gegenüber dem zylindrischen Teilbereich ein aufgeweiteter Bereich anschließt.
Bevorzugt erfolgt zumindest das Stanzen der zweiten Durchgangsöffnung durch einen einzigen Stanzvorgang. Besonders bevorzugt wird der gesamte Grundkörper mitsamt seiner äußeren Kontur und den Durchgangsöffnungen durch einen einzigen Stanzvorgang aus einem Teil vordefinierter Dicke ausgestanzt.
Bevorzugt wird der Metallstift im wesentlichen konzentrisch in der zweiten Durchgangsöffnung fixiert, so dass der Lotspalt innerhalb des Lotbereichs mit dem überwiegend zylindrischen Profil eine Breite von maximal 0,18 mm aufweist.
Bevorzugt wird die zweite Durchgangsöffnung mit einem Durchmesser von 1,10 ± 0,05 mm, gemessen im überwiegend zylindrischen Bereich, ausgestanzt und der Metallstift, der in dieser Durchgangsöffnung fixiert wird, weist bevorzugt einen Durchmesser von 1,00 ± 0,03 mm auf.
Bevorzugt wird als Material für den Grundkörper kein Edelstahl verwendet. Stattdessen werden bevorzugt Stähle aus der Gruppe (nach DIN EN 10 027-2) 1.01xx bis 1.07xx verwendet. Die zweite Durchgangsöffnung wird dabei mit einem Durchmesser von 1,10 + 2·D ± 0,05 mm, gemessen im überwiegend zylindrischen Bereich, aus einem Teil vordefinierter Dicke ausgestanzt. Bevorzugt wird der Grundkörper mitsamt den Durchgangsöffnungen mit Nickel beschichtet, wobei D die Dicke der Nickelschicht in mm angibt. Diese beträgt bevorzugt 1 μm bis 15 μm, besonders bevorzugt 4 μm bis 10 μm.
Das Teil vordefinierter Dicke definiert bevorzugt die Dicke des Grundkörpers. Daher wird der metallische Grundkörper bevorzugt aus einem Teil der Dicke 1,70 bis 3,00 mm, besonders bevorzugt von 1,80 bis 2,50 mm ausgestanzt.
Bevorzugt wird zum Fixieren des ersten Metallstifts in der ersten Durchgangsöffnung ein Glasmaterial als elektrisch isolierendes Fixiermaterial verwendet, das zum Herstellen der Fixierung erwärmt wird. Dieser Arbeitsschritt zum Fixieren dieses ersten Metallstifts wird bevorzugt mit dem Arbeitsschritt zum Fixieren des zweiten Metallstifts in der zweiten Durchgangsöffnung mittels der Lötverbindung durchgeführt. Dadurch ist ein maximaler Durchsatz durch die Produktionsanlage mit gleichzeitig niedrigsten Anlagekosten und damit Herstellungskosten erzielbar.
Bevorzugt werden die zumindest zwei Metallstifte so in den Durchgangsöffnungen fixiert, dass sie auf beiden Seiten des Grundkörpers gegenüber dessen Flächen einen Überstand aufweisen.
Bevorzugt werden die zumindest zwei Metallstifte in Teilbereichen in einem weiteren Arbeitsschritt selektiv mit Gold beschichtet. Dies kann durch galvanische Prozesse erfolgen, die dem Fachmann bekannt sind.
Besonders bevorzugt sind die zumindest zwei Metallstifte in ihren Endbereichen mit Gold beschichtet.
Bevorzugt werden die zumindest zwei Metallstifte mit einer Zündbrücke elektrisch leitend verbunden. Die Zündbrücke umfasst wie beschrieben alle möglichen Ausgestaltungen von Zündbrücken.
Erfindungsgemäß werden die erfindungsgemäßen Durchführungseinrichtungen bevorzugt in pyrotechnischen Zündvorrichtungen eingesetzt, insbesondere Airbagzündern und/oder Gurtstraffern.
Als Lotmaterialien werden bevorzugt Silber-, Kupfer-, Nickel- und/oder Aluminium-Basislote eingesetzt, die auch unter dem Begriff Hartlote bekannt sind. Bevorzugt beinhalten diese Cu, CuAg, CuNi und/oder weitere Metalle und liegen als Multikomponentensysteme vor.
Die Erfindung wird im folgenden Anhand der Figuren näher erläutert. Die Zeichnungen sind nicht Maßstabsgetreu, die dargestellten Ausführungsformen sind schematisch.
1 zeigt eine bekannte Zündvorrichtung beinhaltend ein Durchführungselement gemäß dem Stand der Technik.
2 zeigt ein erfindungsgemäßes Durchführungselement in einer perspektivischen Ansicht.
3a zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Durchführungselement parallel zu dessen axialen Mittenachse.
3b zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus 3a.
4a zeigt die Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Durchführungselement.
4b zeigt einen Schnitt durch das erfindungsgemäße Durchführungselement gemäß 4a parallel zu dessen axialen Mittenachse.
5 zeigt den Schnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Durchführungselements parallel zu dessen axialer Mittenachse.
6 zeigt den Schnitt durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Durchführungselements parallel zu dessen axialer Mittenachse.
7 zeigt den Schnitt durch noch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Durchführungselements parallel zu dessen axialer Mittenachse.
In 1 ist eine bekannte Zündvorrichtung für eine pyrotechnische Schutzvorrichtung gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Dabei zeigt 1 insbesondere eine Schnittansicht des Durchführungselements (1).
Das Durchführungselement (1) umfasst ein umgeformtes Metall-Trägerteil mit einem Grundkörper (3), welcher eine scheibenförmige Grundform aufweist. Das Durchführungselement (1) wird häufig auch als Sockelelement oder kurz Sockel bezeichnet. Um Korrosion oder eine Reaktion mit der Treibladung zu vermeiden, wird bei dieser Zündvorrichtung Edelstahl als Material für den Grundkörper (3) verwendet, obwohl dieses Material schwieriger umzuformen ist als viele andere Metalle.
In einer ersten Durchgangsöffnung (4) des Grundkörpers (3) ist außerdem ein Metallstift (5) als Pin angeordnet. Die Durchgangsöffnung (4) wurde dabei aus dem Grundkörper (3) ausgestanzt. Dies gilt ebenso für die äußere Kontur des Grundkörpers (3). In anderen Ausführungsformen wird diese Durchgangsöffnung gebohrt.
Der Metallstift (5) dient zur Kontaktierung einer Zündbrücke (9) mit elektrischem Strom, über die die im fertigen Zünder eingeschlossene Treibladung (8) gezündet wird. Die Stromdurchführung in der Durchgangsöffnung (4) ist insbesondere als Glas-Metall-Durchführung ausgeführt, wobei Glas als Fixiermaterial (10) zwischen Metallstift (5) und der Wandung der Durchgangsöffnung (4) im metallischen Grundkörper (3) dient. Eine derartige Stromdurchführung bietet den besonderen Vorteil, dass sie nicht nur elektrisch sehr gut isoliert, sondern auch hermetisch dicht gegenüber Atmosphärenbestandteilen ist, welche mit der Treibladung im Laufe der Zeit reagieren oder sich mit dieser vermischen und diese verschlechtern können. Die Verwendung einer derartigen Stromdurchführung ermöglicht demgemäß auch auf lange Zeit einem sicheren Auslösen des Zünders.
Die Durchgangsöffnung (4) ist bei dem in den 1 gezeigten Beispiel exzentrisch bezüglich der axialen Mittenachse des Grundkörpers (3) angeordnet. Damit wird erreicht, dass auch bei kleinem Radius des Grundkörpers (3) hinreichend viel Platz zur Befestigung eines weiteren Metallstifts (6) zur Verfügung steht. Der weitere Metallstift (6) ist am Grundkörper (3) mittels einer Lötverbindung stumpf verlötet. Als Lotmaterial (7) werden die beschriebenen Lote verwendet. Um über einen an beiden Metallstiften (5, 6) angelegten Spannungsimpuls die Zündbrücke (9) zum Glühen zu bringen, wird diese dementsprechend bei dieser Ausführungsform außer mit dem Metallstift (5) zusätzlich mit dem Grundkörper (3) oder der Kappe (2) verbunden. Zur Verbesserung der elektrischen Kontaktierung werden üblicherweise Metallstifte (5, 6) verwendet, welche zumindest im Anschlußbereich für einen Stecker eine Vergoldung aufweisen. Diese ist in der 1 durch die gestrichelte Linie im Endbereich der Metallstifte (5, 6) dargestellt.
2 zeigt dahingegen die perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Durchführungselements (1). Der scheibenförmige metallische Grundkörper (3) weist zwei gestanzte Durchgangsöffnungen (4) und (20) auf, durch welche die Metallstifte (5) und (6) als Pin geführt sind. Die äußere Kontur des Grundkörpers (3) wurde ebenfalls ausgestanzt, so dass der gesamte Grundkörper (3) ein Stanzteil repräsentiert. In der Durchgangsöffnung (4) ist der Metallstift (5) mittels eines Glasmaterials (10) elektrisch isoliert von dem Grundkörper (4) als erster Pin fixiert. In der Durchgangsöffnung (20) ist der zweite Metallstift (6) durch eine Lötverbindung elektrisch leitend mit dem metallischen Grundkörper (3) verbunden und in der Durchgangsöffnung (20) fixiert. Als Lotmaterial wurden die bereits beschriebenen Lote verwendet. Erkennbar weist der Durchmesser der Durchgangsöffnung (4), in welcher sich die Glas-Metall-Durchführung befindet, einen größeren Durchmesser auf als die Durchgangsöffnung (20), in der der zweite Metallstift (6) eingelötet ist. Im Unterschied zu 1 ist der erste Metallstift (5) nicht gebogen, sondern gerade. Im Sinne der Erfindung sind sowohl gebogene als auch gerade Metallstifte möglich und von dieser umfasst.
In 3a ist der Schnitt des erfindungsgemäßen Durchführungselements (1) parallel zu dessen axialer Mittenachse (A) und durch diese hindurch dargestellt. Auch hier ist ersichtlich, dass die Glas-Metall-Durchführung in der Durchgangsöffnung (4) ein größeres Volumen einnimmt als die Durchgangsöffnung (20), in welcher der Metallstift (6) eingelötet ist.
Zur Verdeutlichung zeigt 3b eine Vergrößerung der Ansicht von 3a. In der Durchgangsöffnung (4) ist der erste Metallstift (5) hermetisch dicht eingeglast. Das Glasmaterial (10) dieser Glas-Metall-Durchführung ist vollständig vom Material des Grundkörpers (3) umgeben, welcher den Außenleiter repräsentiert. Das Glasmaterial (10) weist bevorzugt einen kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das Metall des Grundkörpers (3) auf, so dass der Grundkörper (3) beim Erkalten nach dem Einlöten des Metallstifts (5) in das Glasmaterial (10) sozusagen auf dieses und somit die Glas-Metall-Durchführung aufschrumpft und auf diese Weise dauerhaft einen mechanischen Druck auf diese und das Glasmaterial (10) ausübt. Auf diese Weise wird eine besonders dichte und mechanisch stabile Verbindung zwischen Metallstift (5), Glasmaterial (10) und Grundkörper (3) geschaffen. Diese Anordnung wird Druckeinglasung genannt und ist beispielsweise für Airbagzünder zu bevorzugen.
Es ist anhand der Darstellung der 3b ebenso ersichtlich, dass das Glasmaterial (10) in der Durchgangsöffnung (4) hinter den Stirnflächen des metallischen Grundkörpers (3) zurück steht. Dies wird durch den Glaslötvorgang in das relativ große Volumen der Durchgangsöffnung erreicht und hat den Vorteil, dass dadurch ein Pressen des Glases nicht erforderlich ist, was den Herstellungsprozeß verteuern würde.
Der zweite Metallstift (6) ist in der zweiten Durchgangsöffnung (20) eingelötet. Das Lotmaterial (7) füllt elektrisch leitend innerhalb des Lotbereichs (22) den Lotspalt (30) zwischen dem Metallstift (6) der inneren Wandung (23) der Durchgangsöffnung, und fixiert auf diese Weise den Metallstift (6) in der Durchgangsöffnung (20). Der Lotbereich (22) ist im Sinne der Erfindung derjenige Bereich, in dem sich Lotmaterial (7) in der Durchgangsöffnung (20) befindet. In 3b erstreckt er sich vollständig innerhalb der Durchgangsöffnung (20). Das Lotmaterial (7) tritt am unteren Ende sogar aus der Durchgangsöffnung (20) heraus. Am oberen Ende steht es leicht hinter der Oberfläche des Grundkörpers (3) zurück. Diese Form der Lotverbindung ergibt sich häufig durch die Adhäsionskräfte des aufgeschmolzenen Lotes an der inneren Wandung (23) der Durchgangsöffnung (20) und dem Metallstift (6).
Die Durchgangsöffnung weist in 3b ein überwiegend zylindrisches Profil auf, ihr Durchmesser (33) hat eine überwiegend runde Geometrie. Der Metallstift (6) mit dem Durchmesser (32) befindet sich in dieser Figur mittig in der Durchgangsöffnung (20), d. h. der Metallstift (6) ist konzentrisch in der Durchgangsöffnung (20) angeordnet. Dies bedeutet, dass der Lotspalt (30) im wesentlichen überall in der in 3b gezeigten Durchgangsöffnung (20) die gleiche Breite (30) aufweist. Wie anhand der 3a und 3b auch zu erkennen ist, sind die Metallstifte (5) und (6) mit einem Überstand (36) in Bezug auf die Fläche des Grundkörpers (3) in den Durchgangsöffnungen (4, 20) fixiert, die in der montierten Zündvorrichtung dem Treibmittel zugewandt ist. Das Vorhandensein eines Überstandes (36) der Metallstifte auf dieser Seite des Grundkörpers (3) ist besonders Vorteilhaft, wenn als Zündbrücke (9) die zuvor beschriebenen keramischen Plättchen oder aber spezielle Mikrochips eingesetzt werden.
4a stellt schematisch die Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Durchführungselement dar, bei welchem der zweite Metallstift (6) nicht konzentrisch in der Durchgangsöffnung (20) angeordnet ist, sondern eine innere Wandung (23) dieser Durchgangsöffnung berührt. Das Lotmaterial (7) ist zumindest in Teilbereichen der Durchgangsöffnung (20) vorhanden. Dabei werden Mengen von Lotmaterial (7) gewählt, die zu einer festen Fixierung des Metallstift (6) ausreichen. Eine ggfls. zusätzliche Abdichtung der Durchgangsöffnung (20) kann mit anderen Mitteln erreicht werden. Die Maße des Lotspalts (30) bei unkonzentrischen Anordnungen des Metallstifts (6) in der Durchgangsöffnung (20) werden dann im Sinne dieser Beschreibung an der Stelle angegeben, an welchen der Lotspalt (30) seine maximale Breite aufweist. Selbstverständlich sind bei der unkonzentrischen Anordnung auch solche Anordnungen möglich, bei denen sich ein unterschiedlich Breiter Lotspalt (30) auf allen Seiten des Metallstifts (6) befindet.
4b zeigt zur Verdeutlichung einen Schnitt durch ein Durchführungselement gemäß 4a parallel zu dessen axialer Mittenachse (A) und durch diese hindurch. Der Grundkörper weist die Dicke (40) auf und der Metallstift (6) ist in direktem Kontakt mit der inneren Wandung (23) der Durchgangsöffnung (20). Auch in dieser Ausführungsform weist die Durchgangsöffnung (20) in ihrer gesamten Länge ein überwiegend zylindrisches Profil auf. Der Lotbereich (22) befindet sich zumindest in Teilabschnitten innerhalb dieses Profils, muss aber wie beschrieben nicht zwangsläufig in Kontakt mit der gesamten inneren Wandung (23) der Durchgangsöffnung (20) stehen. Wie anhand der 4b ersichtlich ist, kann sich das Lotmaterial (7) zusätzlich auch außerhalb der Durchgangsöffnung (20) befinden. Solche Gebilde können durch die Benetzung des Grundkörpers (3) und des Metallstifts (6) mit flüssigem Lotmaterial (7) entstehen. Bei der Ausführung gemäß 4b kann es natürlich auch sein, dass sich zwischen dem Metallstift (6) und der inneren Wandung (23) der Durchgangsöffnung (20) eine dünne Schicht von Lotmaterial (7) befindet, welche in 4b nicht dargestellt ist.
Die 5 bis 7 zeigen weitere besondere Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Durchführungselementen (1). In 5 ist ein Durchführungselement dargestellt, bei welchem die Durchgangsöffnung (20) einen Bereich mit einem überwiegend zylindrischen Profil (50) aufweist, an den sich ein Bereich mit einem im Vergleich aufgeweiteten Profil (51) anschließt. Dieser Bereich (51) hat in 5 eine konische Form. Bevorzugt umgibt das Lotmaterial (7) den Metallstift (6) zumindest in Teilbereichen seiner in der Durchgangsöffnung (20) befindlichen Länge auf seiner gesamten Umfangsfläche, so dass der Lotspalt 30 zumindest in Teilbereichen des überwiegend zylindrischen Profils (50) der Durchgangsöffnung (20) vollständig mit Lotmaterial (7) gefüllt ist. Auf diese Weise lässt sich die Durchgangsöffnung (20) hermetisch verschließen, wobei der Metallstift (6) mit einer hohen Auszugskraft in dieser Durchgangsöffnung (20) fixiert ist.
Der Lotbereich (22) erstreckt sich in der Ausführungsform gemäß (5) vollständig in dem Bereich mit dem überwiegend zylindrischen Profil (50) und teilweise in dem Bereich mit dem aufgeweiteten Profil (51). Es sind allerdings auch Ausführungsformen denkbar, bei denen sich der Lotbereich nur in Teilbereichen des Bereichs (50) mit dem überwiegend zylindrischen Profil befindet oder auch solche, in denen die gesamte Durchgangsöffnung (20) in den Bereichen (50) und (51) mit Lotmaterial (7) gefüllt sind.
Die in 5 gezeigte Durchgangsöffnung (20) lässt sich am einfachsten durch einen einzigen Stanzvorgang erzeugen, der von der Oberseite des Grundkörpers (3), d. h. die dem Bereich mit dem konischen Profil (51) abgewandten Seite, ausgeführt wird. Das konische Profil (51) entsteht dann üblicherweise durch Ausreißen des Materials des Grundkörpers (3). Allerdings ist es auch möglich, in einem zweiteiligen Stanzvorgang den Bereich mit dem konischen Profil (51) nach dem Stanzen des Bereichs mit dem überwiegend zylindrischen Profil (50) von der Unterseite aus in einem zweiten Stanzprozess in den Grundkörper (3) einzuführen, der Bereich mit dem konischen Profil (51) wird dann sozusagen der Durchgangsöffnung (20) aufgeprägt.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform, in welcher der Bereich mit dem aufgeweitete Profil (51) wiederum weitestgehend zylinderförmig ist. Auch hier kann dieser Bereich (51) wiederum zumindest teilweise mit Lotmaterial (7) gefüllt sein. Solche Ausführungsformen können bevorzugt mit einem zweistufigen Stanzprozess hergestellt werden, bei dem das aufgeweitete zylindrische Profil (51) wiederum wie zuvor beschrieben von der Unterseite der Durchgangsöffnung (20) im Grundkörper (3) aufgeprägt wird. Bei den zweistufigen Stanzprozessen ist es selbstverständlich auch möglich, dass bei dem zweiten Stanzprozess auch weitere Formen dem Grundkörper (3), insbes. dessen äußerer Kontur, aufgeprägt und/oder aus diesem ausgestanzt werden können.
Gemäß 7 können sich die im Vergleich zu dem überwiegend zylindrischen Profil (50) aufgeweiteten Bereiche (51) auch an beiden Enden der Durchgangsöffnung (20) befinden. Obwohl in 7 Bereiche (51) mit wiederum zylindrischen Profilen gezeigt sind, ist es ebenso möglich, dass ein oder beide aufgeweitete Bereiche (51) zylindrische Profile aufweisen. Die Ausgestaltung Gemäß der 7 wird wiederum am einfachsten durch einen zweistufigen Stanzprozess erzeugt, bei dem das aufgeweitete Profil (51) auf der zuvor definierten Oberseite des Grundkörpers (3) gleichzeitig mit dem Stanzen der Durchgangsöffnung (20) erfolgt. Es kann aber auch ein Stanzprozess eingesetzt werden, der mehr als zwei Prozessschritte enthält. Allerdings steigen im allgemeinen mit der Zahl der Prozessschritte auch die Herstellungskosten.
Insbesondere bei größeren Dicken (40) des Grundkörpers (3) ist eine andere Prozessführung bei der Anwendung eines mehrstufigen Stanzprozesses vorteilhaft, bei dem die aufgeweiteten Bereiche (51) zuerst mit einem Stanzwerkzeug mit größerem Durchmesser in den Grundkörper (3) gestanzt werden. In zumindest einem darauffolgenden Stanzprozess werden dann die Durchführungsöffnungen (20) mit einem Stanzwerkzeug mit geringerem Durchmesser erzeugt, wobei bevorzugt der Bereich mit dem überwiegend zylindrischen Profil (50) erzeugt wird. Dies ermöglicht erhöht die Lebensdauer des Stanzwerkzeugs und ermöglicht insbes. bei größeren Dicken (40) des Grundkörpers (3) das erzeugen eines Teilbereichs mit einem überwiegend zylindrischen Profil (50) mit hinreichender Genauigkeit, welche für eine erfolgreiche Verlötung des Metallstifts (6) in der Durchgangsöffnung (20) benötigt wird.
Alle die in den 5 bis 7 gezeigten Ausführungsformen mit den aufgeweiteten Bereichen (51) haben den Vorteil, dass es durch die aufgeweiteten Bereiche (51) möglich ist, dass überschüssiges Lotmaterial (7) in diesen Bereichen aufgefangen wird, so dass ein Überstand des Lotmaterials (7) über die Fläche des Grundkörpers (3) hinaus, wie in 3b und 4b gezeigt, verhindert werden kann.
Wie beschrieben sind die Metallstifte (5) und (6) bevorzugt in ihren Endbereichen mit Gold beschichtet. Dies ist in den 2 bis 7 nicht dargestellt, aber ebenso von der Erfindung umfasst.
Auch sind in den 2 bis 7 Ausführungsformen gezeigt, bei denen sich die Achsen der Metallstifte (5) und (6) und/oder die Mittelpunkte der Durchgangsöffnungen (4) und (20) in gleichem Abstand zur axialen Mittenachse (A) befinden. Es ist im Sinne der Erfindung allerdings ebenso möglich, dass die Mittelpunkte der Durchgangsöffnungen (4) und (20) wie in 1 gezeigt nicht in gleichem Abstand zu der Achse (A) angeordnet sind. Entsprechend sind auch gerade und/oder gebogene Metallstifte (5) und (6) im Sinne der Erfindung einsetzbar.
Das erfindungsgemäße Durchführungselement (1) und das Verfahren zu dessen Herstellung ermöglicht eine kostengünstigere Ausführung einer Zündvorrichtung als die aus dem Stand der Technik bekannten. Trotz der hoch rationellen Herstellungsmöglichkeiten erfüllen sie die hohen Sicherheitsstandards, die an solche Zündvorrichtungen insbes. für Personenschutzreinrichtungen angelegt werden. Das erfindungsgemäße Durchführungselement (1) ist mechanisch stabiler als die bekannten Durchführungselemente mit dem gepressten Glassockel, weisen aber deren Vorteile in Bezug auf die Wahl der Materialien und möglichen Ausgestaltungen der Zündbrücken (9) auf. Durch die Verlötung des zweiten Metallstifts (6) in dem überwiegend zylindrischen Bereich (50) der Durchgangsöffnung ist es möglich, dass der Metallstift (6) Auszugskräften von mehr als 350 N, insbesondere mehr als 380 N widersteht. Die Auszugskraft ist ebenfalls ein Maß für die Druckdichtigkeit der Durchgangsöffnung (20) beim Zünden des Treibmittels. Möglichst hohe Auszugskräfte werden angestrebt. Die erreichten Werte gewährleisten den Einsatz der erfindungsgemäßen Durchführungselemente (1) in allen Zündvorrichtungen für Personenschutzeinrichtungen, insbes. Airbagzündern und/oder Gurtstraffern.

Claims

Durchführungselement (1) einer Zündvorrichtung für Anzünder von Airbags oder Gurtspannern, umfassend – einen metallischen Grundkörper (3), und – zumindest eine erste Durchgangsöffnung (4), in der ein Metallstift (5) in einem elektrisch isolierenden Fixiermaterial (10) angeordnet ist, – wobei die äußere Kontur des Grundkörpers (3) sowie die erste Durchgangsöffnung (4) durch einen Stanzvorgang erzeugt wurden, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchführungselement (1) weiterhin zumindest eine zweite Durchgangsöffnung (20) aufweist, die ebenfalls durch einen Stanzvorgang erzeugt wurde, und ein weiterer Metallstift (6) durch eine Lötverbindung in zumindest einem Lotbereich (22) in dieser Durchgangsöffnung (20) fixiert ist, wobei das Lotmaterial (7) der Lötverbindung innerhalb des Lotbereichs (22) einen Lotspalt (30) zwischen dem Metallstift (6) und der inneren Wandung (23) dieser Durchgangsöffnung (20) elektrisch leitend ausfüllt und diese Durchgangsöffnung (20) zumindest in Teilbereichen des Lotbereichs (22) ein überwiegend zylindrisches Profil (50) aufweist, wobei die Differenz der Durchmesser (33) des zylindrischen Bereichs (50) dieser Durchgangsöffnung (20) und des Durchmessers (32) des in dieser Durchgangsöffnung fixierten Metallstifts (6) höchstens 0,30 mm beträgt.
Durchführungselement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Teilbereich der zweiten Durchgangsöffnung (20) mit dem überwiegend zylindrischen Profil (50) zumindest ein Bereich (51) anschließt, der gegenüber dem Bereich mit dem zylindrischen Profil ein aufgeweitetes Profil aufweist.
Durchführungselement (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lotspalt (30) innerhalb des Lotbereichs (22) mit dem überwiegend zylindrischen Profil (50) eine maximale Breite von 0,23 mm aufweist.
Durchführungselement (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lotspalt (30) innerhalb des Lotbereichs (22) mit dem überwiegend zylindrischen Profil (50) eine maximale Breite von 0,20 mm aufweist.
Durchführungselement (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallstift (6) im wesentlichen konzentrisch in der zweiten Durchgangsöffnung (20) fixiert ist und der Lotspalt (30) innerhalb des Bereichs (50) mit dem überwiegend zylindrischen Profil eine Breite von maximal 0,18 mm aufweist.
Durchführungselement (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (33) der zweiten Durchgangsöffnung (20) innerhalb des Bereichs (50) mit dem überwiegend zylindrischen Profils 1,10 ± 0,07 mm beträgt.
Durchführungselement (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (32) des Metallstifts (6), der in der zweiten Durchgangsöffnung (20) fixiert ist, 1,00 ± 0,05 mm beträgt.
Durchführungselement (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Lotbereich (22) vollständig innerhalb dem Bereich (50) mit dem überwiegend zylindrischen Profils der zweiten Durchgangsöffnung (20) befindet.
Durchführungselement (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (3) aus keinem Edelstahl besteht.
Durchführungselement (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (3) aus einem Stahl aus der Gruppe (nach DIN EN 10 027-2) 1.01xx bis 1.07xx gebildet wird und bevorzugt mit Metallen, besonders bevorzugt mit Nickel beschichtet ist.
Durchführungselement (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (3) eine Dicke (40) von 1,70 bis 3,00 mm aufweist, bevorzugt von 1,80 bis 2,50 mm.
Durchführungselement (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Metallstifte (5, 6) auf beiden Seiten des Grundkörpers (3) gegenüber dessen Flächen einen Überstand (36) aufweisen.
Durchführungselement (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Metallstifte (5, 6) zumindest in Teilbereichen mit Gold beschichtet sind.
Durchführungselement (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Metallstifte (5, 6) zumindest in ihren Endbereichen mit Gold beschichtet sind.
Durchführungselement nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Metallstifte (5, 6) mittels einer Zündbrücke (9) elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
Verfahren zum Herstellen eines Durchführungselements (1) einer Zündvorrichtung für Anzünder von Airbags oder Gurtspannern, umfassend die Verfahrensschritte – Ausstanzen eines metallischen Grundkörpers (3) aus einem Teil vordefinierter Dicke, wobei die äußere Kontur des Grundkörpers (3) durch den Stanzvorgang erzeugt wird, – Erzeugen zumindest einer ersten Durchgangsöffnung (4), wobei das Profil der ersten Durchgangsöffnung (4) und die Geometrie deren Durchmesser durch zumindest einen Stanzvorgang erzeugt werden, – Fixieren eines ersten Metallstifts (5) innerhalb der ersten Durchgangsöffnung (4) mittels eines elektrisch isolierenden Fixiermaterials (10), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine zweite Durchgangsöffnung (20) ebenfalls durch einen Stanzvorgang erzeugt wird, wobei in dem metallischen Grundkörper (3) beim Stanzen dieser zweiten Durchgangsöffnung (20) ein Profil erzeugt wird, das zumindest einen überwiegend zylindrischen Teilbereich (50) aufweist, dessen Durchmesser (33) höchstens 0,30 mm größer ist als der Durchmesser (32) eines zweiten Metallstifts (6), der in dieser Durchgangsöffnung (20) mittels eines Lötvorgangs fixiert wird, wobei der Lotspalt (30) zwischen dem Metallstift (6) und der inneren Wandung (23) dieser Durchgangsöffnung (20) mittels eines Lotmaterials (7) in einem Lotbereich (22) elektrisch leitend ausgefüllt und so der Metallstift (6) elektrisch leitend mit dem Grundkörper (3) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallstift (6) innerhalb der zweiten Durchgangsöffnung (20) so fixiert wird, dass der Lotspalt (30) innerhalb des Lotbereichs (22) mit dem überwiegend zylindrischen Profil (50) eine maximale Breite von 0,23 mm aufweist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallstift (6) innerhalb der zweiten Durchgangsöffnung (20) so fixiert wird, dass der Lotspalt (30) innerhalb des Lotbereichs (22) mit dem überwiegend zylindrischen Profil (50) eine maximale Breite von 0,20 mm aufweist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass beim Stanzen der zweiten Durchgangsöffnung (20) ein Profil mit einem überwiegend zylindrischen Teilbereich (50) erzeugt wird, an den sich ein gegenüber dem zylindrischen Teilbereich (50) ein aufgeweiteter Bereich (51) anschließt.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Stanzen der zweiten Durchgangsöffnung (20) durch einen einzigen Stanzvorgang erfolgt.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallstift (6) im wesentlichen konzentrisch in der zweiten Durchgangsöffnung (20) fixiert wird und der Lotspalt (30) innerhalb des Lotbereichs (22) mit dem überwiegend zylindrischen Profil (50) eine Breite von maximal 0,18 mm aufweist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Durchgangsöffnung (20) mit einem Durchmesser (33) von 1,10 ± 0,05 mm, gemessen im überwiegend zylindrischen Bereich (50), ausgestanzt wird und der Metallstift (6), der in dieser Durchgangsöffnung (20) fixiert wird, einen Durchmesser (32) von 1,00 ± 0,03 mm aufweist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1) aus keinem Edelstahl besteht und die zweite Durchgangsöffnung (20) mit einem Durchmesser (33) von 1,10 + 2·D ± 0,05 mm, gemessen im überwiegend zylindrischen Bereich (50), ausgestanzt wird und der metallische Grundkörper (3) nach dem Stanzen aus einem Teil vordefinierter Dicke und nach dem Stanzen der Durchgangsöffnungen (4, 20) mit Nickel beschichtet wird, wobei D die Dicke der Nickelschicht in mm angibt.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Grundkörper (3) aus einem Teil der Dicke 1,70 bis 3,00 mm, bevorzugt von 1,80 bis 2,50 mm ausgestanzt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass zum Fixieren des ersten Metallstifts (5, 6) in der ersten Durchgangsöffnung (4) ein Glasmaterial als elektrisch isolierendes Fixiermaterial (10) verwendet wird, das zum Herstellen der Fixierung erwärmt wird, und das Erwärmen und Fixieren dieses ersten Metallstifts (5) in einem Arbeitsschritt mit dem Fixieren des zweiten Metallstifts (6) in der zweiten Durchgangsöffnung (20) mittels der Lötverbindung durchgeführt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Metallstifte (5, 6) so in den Durchgangsöffnungen (4, 20) fixiert werden, dass sie auf beiden Seiten des Grundkörpers (3) gegenüber dessen Flächen einen Überstand (36) aufweisen.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Metallstifte (5, 6) in Teilbereichen selektiv mit Gold beschichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Metallstifte (5, 6) in ihren Endbereichen mit Gold beschichtet werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Metallstifte (5, 6) mit einer Zündbrücke (9) elektrisch leitend verbunden werden.
Verwendung eines Durchführungselements (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15 in pyrotechnischen Zündvorrichtungen, insbesondere Airbagzündern und/oder Gurtstraffern.