DE102021105143A1

DE102021105143A1 - Elektronische Anzündvorrichtung

Info

Publication number: DE102021105143A1
Application number: DE102021105143.6A
Authority: DE
Inventors: Andreas Winter
Original assignee: RUAG Ammotec GmbH
Current assignee: RWS GmbH
Priority date: 2021-03-03
Filing date: 2021-03-03
Publication date: 2022-09-08

Abstract

Elektronische Andzündvorrichtung zum Auslösen eines pyrotechnischen Wirksystems, wie eines Rückhaltesystems, beispielsweise eines Airbag-Gasgenerators, Gurtstraffers oder Schlossstraffers, umfassend eine erste Kammer, in der ein erster Zündsatz angeordnet ist, der einen ersten Primärexplosivstoff und eine erste Zündbrücke zum Initiieren einer Umsetzung des ersten Primärexplosivstoffs umfasst, und eine zweite Kammer, in der ein zweiter Zündsatz angeordnet ist, der einen zweiten Primärexplosivstoff und eine zweite Zündbrücke zum Initiieren einer Umsetzung des zweiten Primärexplosivstoffs umfasst, wobei die erste Zündbrücke und die zweite Zündbrücke zur Beaufschlagung mit demselben elektrischen Zündsignal, insbesondere Zündstrom oder Zündspannung, eingerichtet, sind, und wobei der erste und der zweite Primärexplosivstoff und/oder die erste und die zweite Zündbrücke sich derart voneinander unterscheiden, dass die Umsetzung des ersten Zündsatzes um eine vom elektrischen Zündsignal bestimmte Zeitdifferenz schneller als die Umsetzung des zweiten Zündsatzes ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Anzündvorrichtung zum Auslösen eines pyrotechnischen Wirksystems, wie ein Rückhaltesystem insbesondere zum Fahrzeuginsassenschutz, beispielsweise ein Airbag-Gasgenerator, ein Gurtstraffer oder ein Schlossstraffer.
Elektronische Anzündvorrichtungen finden vielfach Anwendung insbesondere in Rückhaltesystemen beispielsweise zum Fahrzeuginsassenschutz. Eine Rückhaltevorrichtung umfasst typischerweise ein pyrotechnisches Wirksystem. Pyrotechnische Wirksysteme werden im Allgemeinen durch eine Zündvorrichtung ausgelöst, die als elektrische Zündbrücke gestaltet sein kann. Ein pyrotechnisches Wirksystem umfasst ferner einen soliden Primärexplosivstoff und gegebenenfalls eine pulverförmige Treibladung. Die Zündvorrichtung initiiert die Umsetzung des Primärexplosivstoffes, sodass unter Bildung eines vorzugsweise inerten Gases innerhalb weniger Millisekunden ein hoher Druckanstieg bewirkt wird, der beispielsweise binnen etwa 20 bis 30 Millisekunden in eine entsprechend rapide Volumenexpansion eines Airbags umgesetzt werden kann.
Bei bekannten Airbag-Gasgeneratoren kommen häufig zwei- oder drei-stufige pyrotechnische Rückhaltesysteme zum Einsatz, um in Abhängigkeit von dem Gewicht oder der Größe eines Fahrzeuginsassen eine angepasste Wirkleistungsstufe zur Befüllung des Airbags einzustellen. Beispielsweise beschreibt WO 2015 183 596 A2 eine mehrstufige Anzündeinheit für Airbag-Gasgeneratoren, mit deren Hilfe ein Airbag in Reaktion auf einen auslösenden Anlass wahlweise in verschiedenen Stufen mit entweder hoher oder geringer Wirkkraft oder gar nicht gezündet werden kann. Zu diesem Zweck wird der Maximalzünddruck variiert. WO 2015 183 596 A2 beschreibt eine mittels einer Art Regel-Rückkopplungs-Schleife geregelte Zündung, bei der ein elektrisch betriebener Zündsatz mit einer elektrischen Zündenergie unterhalb eines Zündung-Selbsterhalt-Schwellwerts betrieben wird, sodass ausschließlich bei kontinuierlich angelegter elektrischer Zündenergie eine Zündung erfolgt.
Bei den bekannten Systemen hat sich als nachteilig herausgestellt, dass die Wirkleistung des pyrotechnischen Rückhaltesystems nur sehr grob an die tatsächlichen Erfordernisse des jeweiligen Fahrzeuginsassen angepasst werden kann, sodass insbesondere Fahrzeuginsassen mit einer Körpergröße oder einem Gewicht, welche(s) das deutlich von den Vorgaben für die vorbestimmten Wirkleistungsstufen abweicht, keinen idealen Schutz erfahren. Ferner hat sich als problematisch herausgestellt, dass Fehlzündungen beispielsweise zu vieler oder zu weniger Stufen auftreten können, was selbst den Schutzeffekt für Fahrzeuginsassen mit einer stufenspezifisch optimalen Körperstatur beeinträchtigt. Darüber hinaus besteht ein Problem darin, dass mehrstufige pyrotechnische Rückhaltesysteme infolge ihrer höheren Kosten im Allgemeinen seltener verbaut werden als pyrotechnische Rückhaltesysteme ohne Einstellbarkeit, die lediglich hinsichtlich eines spezifischen Insassengewichts beziehungsweise einer spezifischen Insassengröße die gewünschte Schutzwirkung entfalten.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden, insbesondere eine kostengünstige vorzugsweise besonders verlässliche variabel entsprechend der Erfordernisse von Insassen verschiedenster Statur einstellbare elektronische Anzündvorrichtung zum Auslösen eines pyrotechnischen Wirksystems, wie eines Rückhaltesystems, beispielsweise eines Airbag-Gasgenerators, Gurtstraffers oder Schlossstraffers, bereitzustellen.
Diese Aufgabe löst der Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1. Demnach ist eine elektronische Anzündvorrichtung zum Auslösen eines pyrotechnischen Wirksystems, wie ein Rückhaltesystem insbesondere zum Fahrzeuginsassenschutz, beispielsweise ein Airbag-Gasgenerator, ein Gurtstraffer oder ein Schlossstraffer vorgesehen. Die elektronische Anzündvorrichtung umfasst eine erste Kammer, in der ein erster Zündsatz angeordnet ist, der einen ersten Primärexplosivstoff und eine erste Zündbrücke zum Initiieren der Umsetzung des ersten Primärexplosivstoffs umfasst sowie eine zweite Kammer, in der ein zweiter Zündsatz angeordnet ist, der einen zweiten Primärexplosivstoff und eine zweite Zündbrücke zum Initiieren einer Umsetzung des zweiten Primärexplosivstoffs umfasst. Vorzugsweise sind die Primärexplosivstoffe in den Kammern vollständig voneinander getrennt, sodass insbesondere die Umsetzung des ersten Primärexplosivstoffs nicht unmittelbar eine Umsetzung des zweiten Primärexplosivstoffs auslöst. Insbesondere sind die Initiierung des ersten und des zweiten Primärexplosivstoffs getrennt, die Wirkung der Umsetzungen der beiden Primärexplosivstoffe jedoch gekoppelt, vorzugsweise oft kumulativ oder subtraktiv. Die Trennung der Initiierung des ersten und des zweiten Primärexplosivstoffs kann durch die Anordnung der Primärexplosivstoffe in verschiedenen Kammern bedingt sein. Es kann bevorzugt sein, dass der erste Primärexplosivstoff und der zweite Primärexplosivstoff dieselbe Umsetzungstemperatur aufweisen, insbesondere gleich sind. Die erste Zündbrücke und die zweite Zündbrücke sind, beispielsweise als Reihenschaltung oder bevorzugt als Parallelschaltung, zur Beaufschlagung mit demselben elektrischen Zündsignal, insbesondere Zündstrom oder Zündspannung, eingerichtet.
Mit Umsetzung wird im Allgemeinen eine insbesondere chemische Reaktion bezeichnet, während der ein Ausgangsstoff oder -gemisch, wie ein Primärexplosvstoff und/oder eine Treibladung, gegebenenfalls in Kombination mit weiteren Stoffen aus der Umgebung, reagiert, beispielsweise oxidiert. Bei der Umsetzung können neue Stoffe und/oder Gemische gebildet werden, insbesondere Gase. Die Umsetzung erfolgt vorzugsweise exotherm. Mit Initierung wird im allgemeinen der Beginn der Umsetzung bezeichnet.
Ein Primärexplosivstoff hat eine relativ niedrige Initiierungs-Grenz-Temperatur und/oder Initiierungs-Grenz-Energie, welche erforderlich ist, damit der Primärexplosivstoff insbesondere selbsterhaltend vorzugsweise exotherm reagiert, d.h. umsetzt. Primärexplosivstoffe können insbesondere in Kombination mit einer Treibladung oder dergleichen vorgesehen sein, die eine höhere Initiierungs-Grenz-Temperatur und/oder Initiierungs-Grenz-Energie aufweist, als ein ihr zugeordneter Primärexplosivstoff.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der erste und der zweite Primärexplosivstoff sich derart voneinander unterscheiden und/oder dass die erste und die zweite Zündbrücke sich derart voneinander unterscheiden, dass die Umsetzung des ersten Zündsatzes um eine vom elektrischen Zündsignal bestimmte Zeitdifferenz schneller ist als die Umsetzung des zweiten Zündsatzes. Die beiden Zündbrücken und/oder die beiden Primärexplosivstoffe sind vorzugsweise derart aufeinander abgestimmt, dass in Abhängigkeit von dem elektrischen Zündsignal, mit dem beide Zündbrücken beaufschlagt werden, die Leistung der elektronischen Anzündvorrichtung insbesondere stufenlos einstellbar ist. Insbesondere sind die beiden Zündbrücken und/oder die beiden Primärexplosivstoff derart aufeinander abgestimmt, dass in Abhängigkeit von dem elektrischen Zündsignal, mit dem beide Zündbrücken beaufschlagt werden, verschiedene Maximaldrucke insbesondere stufenlos einstellbar sind. Der erreichbare Maximaldruck einer elektronischen Anzündvorrichtung sinkt mit der Vergrößerung der Zeitdifferenz zwischen der Umsetzung des ersten und des zweiten Zündsatzes.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass, entgegen der Annahme, dass eine Verbesserung der Justierbarkeit der Wirkleistung einer elektronischen Anzündvorrichtung notwendig eine signifikante Kostensteigerung der Anzündvorrichtung bedingt, beide Wunschziele gleichsam mit der erfindungsgemäßen elektronischen Anzündvorrichtung befriedigt werden können. Dabei hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, dass die Kennlinie der elektronischen Anzündvorrichtung konstruktiv durch die Eigenschaften der (Primärexplosivstoff/Zündbrücken) Zündpaare einstellbar ist, was eine kostengünstige Massenproduktion gestattet. Die Eigenschaften der Zündpaare können zündsignalabhängig in einem Datenblatt beschrieben werden, auf dessen Basis auf einfache Weise eine insassenspezifische ideale Wirkleistung gewährleistet werden kann. Gleichzeitig gestattet die einfache konstruktive Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anzündvorrichtung eine besonders robuste und damit wenig fehleranfällig, verlässliche Funktionalität.
Gemäß einer Ausführung ist die Zeitdifferenz umso größer, je kleiner das elektrische Zündsignal, insbesondere der Zündstrom oder die Zündspannung, ist. Die Größe des elektrischen Zündsignals kann beispielsweise definiert sein durch die elektrische Leistung des Zündsignals oder Zündsignalleistung. Dabei kann insbesondere oberhalb eines Zündsignal-Schwellwerts, beispielsweise oberhalb eines Zündsignal-Leistung-Schwellwerts, die Zeitdifferenz näherungsweise oder gleich Null sein. Insbesondere kann oberhalb eines Zündsignal-Schwellenwertes die Zeitdifferenz zwischen insbesondere der Initiierung der Umsetzung des ersten und des zweiten Zündsatzes geringer als 1 Millisekunde sein, vorzugsweise geringer als 0,1 Millisekunden, insbesondere geringer als 0,01 Millisekunden.
Beispielsweise können die erste Zündbrücke und die zweite Zündbrücke dazu konfiguriert sein, bei einer Auslösung der elektronischen Anzündvorrichtung mit der gleichen elektrischen Leistung betrieben zu werden, und der erste und zweite Primärexplosivstoff derart aufeinander abgestimmt ausgewählt sein, dass der erste Primärexplosivstoff eine geringere Initiierungsenergie zur Einleitung der Umsetzung erfordert als der zweite Primärexplosivstoff. Gemäß diesem Beispiel kann die Zeitdifferenz anhand der Gleichung $E_{i} = P_{i} * t_{i}$
ermittelt werden, wobei E die Initiierungsenergie, P die elektrische Zündsignal-Leistung des ersten oder zweiten Primärexplosivstoffs und t die zeitliche Dauer der Bereitstellung der Zündsignal-Leistung bis zur Initiierung der Umsetzung des ersten oder zweiten Primärexplosivstoffs bezeichnet. Der Index i steht für den ersten oder zweiten Zündsatz.
Wenn beispielsweise die erforderliche Initiierungsenergie E₁ des ersten Zündsatzes kleiner ist als die erforderliche Initiierungsenergie E₂ des zweiten Zündsatzes, wird die Bereitstellung der gleichen Zündsignalleistung P₁=P₂ bewirkt, dass die Initiierungszeit t₁ des ersten Zündsatzes kleiner ist als die Initiierungszeit t₂ des zweiten Zündsatzes, und sich die Zeitdifferenz dt(dE), um welche der erste Zündsatz schneller umgesetzt wird als der zweite Zündsatz, die abhängig ist vom Unterschied der erforderlichen Initiierungsenergien. Die erforderliche Initiierungsenergie eines Zinssatzes ist maßgeblich durch die Materialeigenschaften des Primärexplosivstoffs einstellbar. Insbesondere sind der erste Primärexplosivstoff und der zweite Primärexplosivstoff dahingehend auf einander abgestimmt, dass sie verschiedene Wärmekapazitäten haben, wobei insbesondere der erste Primärexplosivstoff eine geringere Wärmekapazität aufweist. Alternativ oder zusätzlich sind die Primärexplosivstoffe dahingehend aufeinander abgestimmt, dass der erste Primärexplosivstoff eine andere, insbesondere geringere, Umsetzungs-Mindesttemperatur hat als der zweite Primärexplosivstoff.
Alternativ oder zusätzlich können die Zündsätze derart konfiguriert sein, dass dem ersten Zündsatz eine andere, vorzugsweise höhere, Zündsignalleistung durch das elektrische Zündsignal bereitgestellt wird, als dem zweiten Zündsatz. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die erste Zündbrücke und die zweite Zündbrücke verschiedene elektrische Widerstände und/oder Wärmekapazitäten und/oder Temperaturkennlinien aufweisen, sodass bei Beaufschlagung der ersten Zündbrücke und der zweiten Zündbrücke mit demselben elektrischen Zündsignal an den Zündsätzen unterschiedlich hohe elektrische oder thermische Zündsignalleistungen anliegen. Die elektrische Zündsignalleistung P kann beschrieben werden gemäß $P = U * I;$
$P = U^{2} / R;$
bzw. $P = R * I^{2}$
wobei U die Zündspannung, I den Zündstrom und R den elektrischen Widerstand der Zündbrücke bezeichnet. Der elektrische Widerstand einer Zündbrücke kann bestimmt sein durch deren Material und/oder Abmessungen. Der elektrische Widerstand der ersten und/oder zweiten Zündbrücke kann beispielsweise als Draht oder als dünne Metallschicht realisiert sein. Der elektrische Widerstand der ersten und/oder zweiten Zündbrücke kann beispielsweise Titan oder eine Chrom-Nickel-Legierung umfassen oder daraus bestehen. Zur unterschiedlichen Einstellung des elektrischen Widerstandes können die erste Zündbrücke und/oder die zweite Zündbrücke beispielsweise hinsichtlich ihres jeweiligen Volumens und/oder ihrer jeweiligen Geometrie spezifisch dimensioniert sein. Bei Bereitstellung eines Zündsignal mit derselben Zündspannung U für beide Zündbrücken kann beispielsweise durch die konstruktive Abstimmung der elektrischen Widerstände der ersten und zweiten Zündbrücke aufeinander bei ansonsten gleichen Eigenschaften der Zündbrücken bezweckt werden, dass infolge eines geringeren elektrischen Widerstands R₁ der ersten Zündbrücke als dem elektrischen Widerstand R₂ der zweiten Zündbrücke dem ersten Zündsatz eine entsprechend höhere Zündsignalleistung bereitgestellt wird.
Alternativ kann bei Bereitstellung eines Zündsignal mit demselben Zündstrom U für beide Zündbrücken kann beispielsweise durch die konstruktive Abstimmung der elektrischen Widerstände der ersten und zweiten Zündbrücke aufeinander bei ansonsten gleichen Eigenschaften der Zündbrücken bezweckt werden, dass infolge eines höheren elektrischen Widerstands R₁ der ersten Zündbrücke als dem elektrischen Widerstand R₂ der zweiten Zündbrücke dem ersten Zündsatz eine entsprechend höhere Zündsignalleistung bereitgestellt wird.
Gemäß einem einfachen Beispiel haben der erste Primärexplosivstoff und der zweite Primärexplosivstoff dieselbe erforderliche Initiierungsenergie E₁=E₂. Aus der Gleichung (1) ergibt sich beim Bereitstellen einer größeren Zündsignalleistung P₁ am ersten Zündsatz und einer kleineren Zündsignalleistung P₂ am zweiten Zündsatz eine entsprechend höhere Initiierungszeit t₂ des zweiten Zündsatzes als die Initiierungszeit t₁ des ersten Zündsatzes. Somit stellt sich eine Zeitdifferenz dt(dP) ein, um welche der erste Zündsatz schneller umgesetzt wird als der zweite Zündsatz, welche abhängig ist vom Unterschied der bereitgestellten Zündsignalleistungen.
Gemäß einer Ausführung, die mit der vorherigen kombinierbar ist, sind der erste Zündsatz und der zweite Zündsatz derart konfiguriert, dass unterhalb eines Zündsignal-Grenzwerts die Umsetzung des ersten Zündsatzes erfolgt und der zweite Zündsatz keine Umsetzung erfährt. In diesem Fall geht die Zeitdifferenz gegen unendlich. Ein unterer Zündsignal-Grenzwert kann definiert sein als eine untere Grenzstromstärke und/oder untere Grenztemperatur. Die Zündsätze können derart aufeinander abgestimmt konfiguriert sein, dass bei einer Unterschreitung des Zündsignal-Grenzwerts, insbesondere der Grenzstromstärke, nur noch der empfindlichere der beiden Zündsätze auslöst, welcher beispielsweise charakterisiert sein kann durch eine niedrigere Initiierungsenergie und/oder dadurch, dass eine an der jeweiligen Zündbrücke bereitgestellte Mindesttemperatur zwingend für die Initiierung des ersten oder vorzugsweise zweiten Primärexplosivstoffs erforderlich ist. Insbesondere sind der erste Zündsatz und der zweite Zündsatz derart konfiguriert, dass unterhalb eines Zündsignal-Mindestwerts eine Umsetzung des ersten wie auch des zweiten Zündsatzes ausbleibt, wobei der Zündsignal-Mindestwert charakterisiert sein kann als eine Mindesttemperatur der jeweiligen Zündbrücke, Mindeststromstärke und/oder Mindest-Zündsignalleistung (NoFire-Grenze).
Eine mit den vorherigen kombinierbare Ausführung sieht vor, dass die erste und die zweite Zündbrücke mit derselben Zündsignal-Quelle zum Bereitstellen des elektrischen Zündsignals verbunden sind. So kann eine einfache elektrische Schaltung zum Aktivieren der elektronischen Anzündvorrichtung realisiert werden. Indem dieselbe Zündsignal-Quelle sowohl dem ersten Zündsatz als auch dem zweiten Zündsatz das insbesondere gleiche elektrische Zündsignal bereitstellt, wird einer fehlerhaften Auslösung der Anzündvorrichtung mit verkehrter, signifikant zu hoher oder zu geringer, Wirksystemleistung entgegengewirkt.
Gemäß einer Weiterbildung sind die erste und die zweite Zündbrücke elektrisch parallel geschaltet. Insbesondere ist das Zündsignal gemäß dieser Weiterbildung eine Zündspannung. Gemäß einer alternativen Weiterbildung sind die erste Zündbrücke und die zweite Zündbrücke elektrisch in Reihe geschaltet, wobei insbesondere das Zündsignal eine Zündspannung ist.
Bei einer weiteren Ausführung, die mit den vorherigen kombinierbar ist, sind der erste Primärexplosivstoff und der zweite Primärexplosivstoff derart aufeinander abgestimmt, dass die Umsetzung des ersten Primärexplosivstoffs schneller erfolgt als die Umsetzung des zweiten Primärexplosivstoffs, insbesondere losgelöst von einer gleichen oder ungleichen Initiierungsenergie der Zündsätze. D. h., dass selbst in dem (theoretischen) Fall, dass jeweilige die Initiierung der Umsetzung des ersten Primärexplosivstoffs und des zweiten Primärexplosivstoffs bei den selben Auslösebedingungen und/oder zeitgleich erfolgt, wird eine insbesondere vollständige Umsetzung des ersten Primärexplosivstoffs beispielsweise zur Druckentfaltung schneller durchgeführt und/oder abgeschlossen als die insbesondere vollständige Umsetzung des zweiten Primärexplosivstoffs. Der erste Primärexplosivstoff kann eine geringere Wärmekapazität haben als der zweite Primärexplosivstoff. Der erste Primärexplosivstoff kann aus einer Zusammensetzung mit einer rapideren Umsetzungsgeschwindigkeit als die der Zusammensetzung des zweiten Primärexplosivstoffs bestehen. Alternativ oder zusätzlich kann der erste Primärexplosivstoff eine niedrigere Umsetzungstemperaturschwelle haben als der zweite. Insbesondere können bei einer Ausführung einer elektronischen Anzündvorrichtung mit unterschiedlich schnell umsetzendem erstem und zweitem Primärexplosivstoff die erste Zündbrücke und die zweite Zündbrücke gleich sein.
Gemäß einer weiteren Ausführung einer elektronischen Anzündvorrichtung, die mit den vorherigen kombinierbar ist, sind die erste Zündbrücke und die zweite Zündbrücke derart aufeinander abgestimmt, dass das elektrische Zündsignal die erste Zündbrücke schneller auf oder über eine Umsetzungstemperaturschwelle insbesondere des jeweiligen Primärexplosivstoffs erwärmt. Die erste Zündbrücke kann einen anderen, vorzugsweise niedrigeren, elektrischen Widerstand aufweisen als die zweite Zündbrücke. Alternativ oder zusätzlich kann die erste Zündbrücke eine geringere Wärmekapazität aufweisen als die zweite Zündbrücke. Der erste Primärexplosivstoff und der zweite Primärexplosivstoff haben insbesondere die gleiche Umsetzungstemperaturschwelle. Insbesondere sind der erste und der zweite Primärexplosivstoff gleich zusammengesetzt. Alternativ ist denkbar, dass der erste Primärexplosivstoff und der zweite Primärexplosivstoff derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Umsetzung des zweiten Primärexplosivstoffs schneller erfolgt als die Umsetzung des ersten Primärexplosivstoffs. Wenn die Anzündvorrichtung für eine frühere Initiierung des ersten Primärexplosivstoffs durch die erste Zündbrücke als die Initiierung des zweiten Primärexplosivstoffs durch die zweite Zündbrücke mit anschließend schnellerer Umsetzung des zweiten als des ersten Primärexplosivstoffs konfiguriert ist, kann eine gegenläufige Zeitverschiebung synenergetisch genutzt werden. Eine solche Konfiguration kann beispielsweise in Kombination mit der zuvor beschriebenen Ausführung von Vorteil sein, bei der eine Zeitdifferenz von näherungsweise oder gleich Null eingestellt ist.
Für eine elektronische Anzündvorrichtung, mit der ein besonders breites Spektrum unterschiedlicher gewünschter Wirkleistungen erreichbar sein soll, kann es vorteilhaft sein, sowohl die Zündbrücken als auch die Primärexplosivstoff für des ersten und des zweiten Zündsatzes derart unterschiedlich voneinander zu konfigurieren, dass der erste Zündsatz im Vergleich zum zweiten Zündsatz sowohl die Umsetzung schneller initiiert als auch den Primärexplosivstoff schneller umsetzt.
Bei einer Ausführung der elektronischen Anzündvorrichtung, die als kumulative Ausführung bezeichnet sein kann und die mit den vorigen kombinierbar ist, ist vorgesehen, dass die erste Kammer und die zweite Kammer voneinander getrennt sind, wobei in der ersten Kammer eine erste Treibladung und in der zweiten Kammer eine zweite Treibladung angeordnet sind. Die erste Kammer ist mit einer Expansionskammer über eine erste Öffnung verbunden, die mit einem ersten Absperrdeckel verschlossen ist. Die zweite Kammer ist mit der Expansionskammer über eine zweite Öffnung verbunden, die mit einem zweiten Absperrdeckel verschlossen ist. Insbesondere sind die erste und die zweite Treibladung gleich groß und/oder gleich zusammengesetzt. Die Expansionskammer kann beispielsweise realisiert sein als ein Auffangvolumen eines Airbags oder dergleichen. Bei dieser kumulativen Ausführung kann der maximale mit den Treibladungen erreichbare Expansionsdruck durch den zeitlichen Versatz zwischen der Zündung beziehungsweise Initiierung der erste Treibladung und der zweiten Treibladung einstellbar sein. Beispielsweise kann der maximale erreichbare Expansionsdruck abhängig von dem elektrischen Zündsignal, insbesondere der Zündsignalleistung, sein, wobei beispielsweise mithilfe eines kleineren elektrischen Zündsignals, insbesondere mit einer kleineren Zündsignalleistung, ein geringerer maximaler Expansionsdruck bewirkbar ist.
Bei einer alternativen Ausführung der elektronischen Anzündvorrichtung, die als subtraktive Ausführung bezeichnet sein kann und die mit Ausnahme der kumulativen mit den übrigen vorigen Ausführungen kombinierbar ist, ist die erste Kammer mit der zweiten Kammer über eine Durchgangsöffnung verbunden, die mit einem ersten Absperrdeckel verschlossen ist. Die zweite Kammer, insbesondere ausschließlich die zweite Kammer, ist mit einer Expansionskammer über eine zweite Öffnung verbunden, die mit einem zweiten Absperrdeckel verschlossen ist. Insbesondere ist die erste Kammer nur mit der zweiten Kammer verbunden, wobei insbesondere die erste Kammer nicht mit der Umgebung und/oder nicht mit der Expansionskammer direkt verbunden ist. Der Zündsatz in der ersten Kamera kann eine erste Treibladung umfassen. Bei einer solchen Ausgestaltung bewirkt die Umsetzung des ersten Zündsatzes eine Modifikation der Umsetzung des zweiten Zündsatzes. Vorzugsweise schwächt der erste Zündsatz die Wirkung des zweiten Zündsatzes in Abhängigkeit von der durch das elektrische Zündsignal bestimmten Zeitdifferenz.
Gemäß einer Weiterbildung der subtraktiven Ausführung der elektronischen Anzündvorrichtung umfasst der erste Zündsatz ein Passivierungsmittel zum zumindest teilweise Inaktivieren der in der zweiten Kammer angeordneten (zweiten) Treibladung. Die zweite Treibladung ist nicht oder nur zu einem geringen Teil, insbesondere zu weniger als 25 %, vorzugsweise zu weniger als 10 %, durch den ersten Primärexplosivstoff und/oder die erste Treibladung entzündlich. Das Passivierungsmittel in dem ersten Zündsatz ist dazu ausgestaltet, die Wirkung des zweiten Treibmittels des langsameren Zündsatzes zu verringern. Bei dieser alternativen Ausführung kann die mit der zweiten Treibladung erreichbare Wirkung durch den zeitlichen Versatz zwischen der Zündung beziehungsweise Initiierung des ersten und des zweiten Zündsatzes einstellbar sein.
Beispielsweise kann die maximale erreichbare Wirkung des zweiten Zündsatzes, insbesondere die maximale erreichbare Treibgasexpansion, abhängig von dem elektrischen Zündsignal, insbesondere der Zündsignalleistung, sein, wobei beispielsweise mithilfe eines kleineren elektrischen Zündsignals, insbesondere mit einer kleineren Zündsignalleistung, bewirkbar ist, dass die maximale erreichbare Wirkung des zweiten Zündsatzes stärker beeinträchtigt wird.
Bei einer Weiterbildung der subtraktiven Ausführung der elektronischen Anzündvorrichtung ist in der zweiten Kammer eine Barriere angeordnet, die den zweiten Primärexplosivstoff von der Umsetzung des ersten Zündsatzes abschirmt und die durch die Umsetzung des zweiten Zündsatzes überwunden wird. Die Barriere kann bei Verwendung eines zweiten Primärexplosivstoffs, der (nicht nur geringfügig) durch die Umsetzung des ersten Zündsatzes, insbesondere der erste Treibladung oder des ersten Primärexplosivstoffs, entzündlich ist, als Sicherung gegen eine ungewünschte Umsetzung des zweiten Primärexplosivstoffs bei Aktivierung des ersten Zündsatzes dienen. Eine Barriere kann beispielsweise dann eine nützliche Sicherungsfunktion bewirken, wenn die beiden Zündsätze den gleichen Primärexplosivstoff verwenden. Die Barriere wird gezielt nur dann geöffnet, wenn der zweite Zündsatz mithilfe der zweiten Zündbrücke aktiviert wurde und eine Umsetzung des zweiten Primärexplosivstoffs infolge dessen Aktivierung durch die zweite Zündbrücke erfolgt.
Gemäß einer anderen Weiterbildung der subtraktiven Ausführung, die mit den vorigen kombinierbar ist, umfasst das Passivierungsmittel eine Inertisierungsmasse zum Benetzen der (zweiten) Treibladung. Insbesondere ist die Inertisierungsmasse ein Inertisierungsfluid mit hoher Wärmekapazität und/oder hoher Verdampfungswärme. Das Initiierungsfluid kann beispielsweise ein Öl oder Glycerin sein. Alternativ oder zusätzlich umfasst die Inertisierungsmasse wenigstens ein Mittel zum chemischen Deaktivieren der zweiten Treibladung, wobei insbesondere das Mittel zum chemischen Deaktivieren der Treibladung unter geringer und/oder langsamer Bildung von Treibgas oder ohne Bildung von Treibgas ausgelegt ist. Es sei klar, dass die Begriffe gering und langsam in Relation zu der betriebsgemäßen Zündung des zweiten Treibmittels durch den zweiten Primärexplosivstoff zu verstehen sind. Ein Deaktivierungsmittel kann durch einen Stoff realisiert sein, der das zweite Treibmittel chemisch angreift und langsam zerstört. Bei dieser Weiterbildung ist dann, wenn der zweite Zündsatz die zweite Treibladung zeitlich versetzt auslöst, effektiv nicht mehr deren ursprüngliche energetische Masse verfügbar und die Wirkleistung der Anzündvorrichtung folglich verringert.
Alternativ oder zusätzlich kann bei einer Weiterbildung der subtraktiven Ausführung einer elektronischen Anzündvorrichtung das Passivierungsmittel ein Dämpfungsvolumen zum zumindest teilweisen Aufnehmen der (zweiten) Treibladung und/oder eines aus der zweiten Treibladung gebildeten Treibgases umfassen, das durch die Umsetzung des ersten Zündsatzes mit der zweiten Kammer verbunden wird, wobei insbesondere durch die Umsetzung des ersten Zündsatzes die Expansionskammer mit der zweiten Kammer verbunden wird. Indem der erste Zündsatz sowohl den ersten Absperrdeckel als auch einen weiteren, insbesondere den zweiten Absperrdeckel öffnet, kann die zweite Treibladung teilweise oder vollständig unentzündet hinausströmen, bevor eine zweite Anzündung vermittels der Aktivierung des zweiten Zündsatzes erfolgt. Der erste Zündsatz ist bei dieser Weiterbildung dazu eingerichtet, eine Barriere zwischen der zweiten Kammer und einem größeren Volumen zu öffnen, sodass die zweite Treibladung in dem größeren Volumen verteilt wird. Wenn der zweite Zündsatz schließlich die zweite Treibladung anzündet, erfolgt die Anzündung infolge der weiteren Verteilung der Treibladung schlechter. Durch die Bereitstellung des Dämpfungsvolumen bildet sich bei der Entzündung des zweiten Treibsatzes weniger Druck aus, als wenn das zweite Treibmittel innerhalb der verschlossenen zweiten Kammer gezündet würde, sodass es langsamer verbrennt und so eine wesentlich schwächere Wirkung, insbesondere Expansionswirkung, entfaltet. Bei der Verwendung dieser Weiterbildung einer elektronischen Anzündvorrichtung in einem Airbag-Gasgenerator hätte dies zur Folge, dass der Airbag zwar längere aufgeblasen wäre, jedoch eine geringere Druckkraft bereitsteht, sodass der Airbag nur geringere Massen optimal abgefedert. Bei dieser Weiterbildung kann auf eine Inertisierungsmasse und/oder eine Deaktivierungsmittel verzichtet werden.
Bei einer Weiterbildung einer elektronischen Anzündvorrichtung gemäß einer subtraktiven Ausgestaltung ist in der ersten Kammer eine kaltwirkende erste Treibladung und in der zweiten Kammer eine heißwirkende zweite Treibladung angeordnet. Eine kaltwirkende Treibladung erzeugt vorzugsweise größtenteils (insbesondere zu wenigstens 50 %, vorzugsweise wenigstens 70 %) inerte oder reaktionsträge Gase, wie Stickstoff. Insbesondere können kaltwirkende Treibladungen Gase erzeugen, die frei sind von zusätzlichen thermischen energieerzeugenden oder freigebenden Reaktionspartnern. Als kaltwirkende erste Treibladung kommen beispielsweise AGAZ oder partikelarme Zündstoffe, zum Beispiel auf Nitrozellulose-Basis, infrage. Die heißwirkende Treibladung umfasst vorzugsweise nicht mehr als 0,5% Metallpartikel. Eine heißwirkende Treibladung stellt ein Treibgas mit relativ geringem Anteil von Stickstoff (insbesondere weniger als 50 %, vorzugsweise weniger als 25 %) bereit. Eine heißwirkende Treibladung umfasst vorzugsweise weitere Reaktionspartner, wobei die weiteren Reaktionspartner beispielsweise Redox-Reaktionen fördern und/oder bereitstellen. Die weiteren Reaktionspartner können insbesondere zur Umsetzung von exothermen Reaktionen beim Aktivieren in der elektronischen Anzündvorrichtung beitragen. Als heißwirkende zweite Treibladung kommen insbesondere Zündstoffe wie B/KNO₃ infrage, oder solche, die viele brennende (Metall-) Partikel enthalten, wie beispielsweise Zr, Ti und/oder CaSi. Die heißwirkende Treibladung umfasst vorzugsweise wenigstens 3% Metallpartikel. Wenn die erste und/oder die zweite Treibladung heißwirkend ist, kann die Expansionskammer, in welche sich der wenigstens eine heißwirkende Zündsatz entlädt, als Brennkammer bezeichnet werden.
Die durch den ersten Zündsatz bereitgestellte Gasmenge kann insbesondere bei einer subtraktiven Ausführung beziehungsweise Weiterbildung deutlich geringer sein, als die Gasmenge, welche durch den zweiten Zündsatz maximal (ohne Deaktivierung) bereitstellbar ist. Zu diesem Zweck kann beispielsweise die Menge der ersten Treibladung in der ersten Kammer geringer sein als die Menge der zweiten Treibladung in der zweiten Kammer, wobei insbesondere der erste Zündsatz ohne Treibladung ausgeführt sein kann, sodass die elektronische Anzündvorrichtung ausschließlich die in dem zweiten Zündsatz enthaltene, sogenannte zweite Treibladung als einzige Treibladung enthält. Ferner kann bevorzugt sein, dass die durch eine Umsetzung des ersten Zündsatzes bereitgestellten Gase frei von heißen Partikeln wie etwa brennendem Metallpulver sind.
Die Erfindung betrifft auch einen Gasgenerator zum Bereitstellen einer variabel einstellbaren Wirkleistung, insbesondere an einen Airbag, einen Gurtstraffer oder einen Schlossstraffer, umfassend eine elektronische Anzündvorrichtung wie oben beschrieben. Der Gasgenerator kann alternativ zum Betreiben eines pyrotechnisch angetriebenen Befestigungssystems sein, um beispielsweise einen Nagel anzutreiben, etwa in eine Wand. Mithilfe der variablen Wirkleistung kann einge gewünschte Setz-Tiefe des Nagels leicht elektronisch einstellbar gestaltet werden. Der Gasgenerator umfasst vorzugsweise einen stickstoffreichen Explosivstoff. Der Gasgenerator umfasst vorzugsweise einen Explosivstoff ohne weitere Zusätze verwenden. Insbesondere ist der Explosivstoff dazu ausgelegt, bei Auslösung überwiegend, d.h. zu wenigstens 75 Gew-% , wenigstens 90 Gew-%, oder wenigstens 99 Gew-%, in reaktionsträges Gas, wie Stickstoff und C02, zu zerfallen. Vorzugsweise umfasst der Gasgenerator genau eine oder genau zwei Expansionskammern.
Weitere Eigenschaften, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung von bevorzugten Ausführungen der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen deutlich, über denen zeigen:

1 eine erfindungsgemäße elektronische Anzündvorrichtung;
2 eine andere erfindungsgemäße elektronische Anzündvorrichtung;
3 Zeit/Druck-Diagramme der Wirkung verschiedener elektronischer Anzündvorrichtungen;
4 ein Zündstrom/Zeitdifferenz-Diagramm einer erfindunsgemäßen Anzündvorrichtung; und
5 ein Zündstrom/Wirkleistungs-Diagramm einer erfindunsgemäßen Anzündvorrichtung.

In der folgenden Beschreibung verschiedener erfindungsgemäßer Ausgestaltungen anhand der Figuren werden für dieselben oder ähnliche Komponenten dieselben oder ähnliche Bezugszeichen verwendet.
Eine erfindungsgemäße elektrische Anzündvorrichtung ist im Folgenden im Allgemeinen mit der Bezugsziffer 1a beziehungsweise 1b bezeichnet.
Als wesentliche Komponenten umfasst die Anzündvorrichtung 1a, 1b zwei Kammern 11, 21 mit einem jeweiligen darin angeordneten ersten oder zweiten Zündsatz 13, 23. Die beiden Zündsätze 13, 23 umfassen je einen Primärexplosivstoff 15, 25 und eine Zündbrücke 17, 27 zum Initiieren einer Umsetzung des jeweiligen Primärexplosivstoffs 15, 25. Der zweite Zündsatz 23 oder beide Zündsätze 13, 23 können mit einer Treibladung 12a, 12b, 22a, 22b ausgestattet sein.
Die der ersten Kammer 11 zugeordnete erste Zündbrücke 17 und die der zweiten Kammer 21 zugeordnete zweite Zündbrücke 27 sind bei den Ausführungen gemäß der 1 und 2 zur Beaufschlagung mit demselben als elektrisches Zündsignal wirkenden Zündstrom I eingerichtet, indem die Zündbrücken 17, 27 gemäß einer Parallelschaltung mit derselben Zündsignal-Quelle 7 verbunden sind, welche das elektrische Zündsignal bereitstellt.
Wenn die Zündsignal-Quelle 7 die elektronische Anzündvorrichtung 1a,1b mit einem Zündstrom I beaufschlagt, fließt dieser Zündstrom I durch die erste Zündbrücke 17 und durch die zweite Zündbrücke 27 der beiden Zündsätze 13, 23. Die Zündbrücken 17, 27 bilden elektrische Widerstände, die durch den Fluss des Zündstroms I aufheizen. Die elektrische Zündsignalleistung des Zündsignals wird durch die Zündbrücken teilweise in thermische Energie umgewandelt. Sobald die Temperatur der jeweiligen Zündbrücke 17 oder 27 einen zur Initiierung der Umsetzung beziehungsweise Zündung des Primärexplosivstoffs 15, 25 ausreichenden Mindestwert erreicht und/oder nachdem ausreichend thermische Energie zur Initiierung der Umsetzung mittels der Zündbrücke 17, 27 bereitgestellt worden ist, beginnt die Umsetzung des Primärexplosivstoffs 15, 25. Die Umsetzung des ersten oder zweiten Primärexplosivstoffs 15, 25 löst (soweit vorhanden) eine Anzündung des jeweils zugeordneten Treibmittels 12a, 22a, 12b, 22b aus.
Der erste Zündsatz 13 und der zweite Zündsatz 23 unterscheiden sich erfindungsgemäß voneinander. Unterschiede der Zündsätze 13, 23 voneinander können realisiert sein in den Primärexplosivstoffen 15, 25 oder den Zündbrücken 17, 27 oder beiden dieser Zündsatzkomponenten. Zusätzlich kann sich das zweite Treibmittel 22a, 22b von dem ersten Treibmittel 12a, 12b unterscheiden oder die Anzündvorrichtung 1a, 1b nur in ihrer zweiten Kammer 21 mit einem Treibmittel 22a, 22b ausgestattet sein.
Eine kaltwirkender erster Zündsatz 13 kann als Wirksatz bezeichnet werden. Eine kaltwirkender erster Wirksatz 13 kann beispielsweise einen Primärexplosivstoff 15 aufweisen, der bei Auslösung vor allem in eine Reaktion träges Gas, wie Stickstoff und/oder Kohlendioxid zerfällt. Es ist denkbar, sowohl den ersten als auch dem zweiten Zündsatz 23 kaltwirkend auszuführen. Eine Anzündvorrichtung 1a, 1b mit kaltwirkenden Zündsätzen eignet sich beispielsweise für Rückhaltesysteme, beispielsweise als Airbag-Gasgenerator oder einen Gurt- oder Schlossstraffer, wie auch für pyrotechnische angetriebene Befestigungssysteme um beispielsweise Befestigungsnägel in eine Wand zu schießen, wobei die erfindungsgemäße Einstellbarkeit der Anzündvorrichtung durch das elektrische Zündsignal vorteilhafterweise verwendet werden kann, um das Befestigungssystem hinsichtlich verschiedener gewünschter Setz-Tiefen oder Wandarten einzustellen.
1 zeigt eine erste Ausführung einer Anzündvorrichtung 1a, bei der die jeweiligen Kammern 11 und 21, in denen einerseits der erste Zündsatz 13 und andererseits der zweite Zündsatz 23 angeordnet sind, von einander getrennt sind, um Wechselwirkungen zu vermeiden. Beide Kammern 11, 21 haben je eine Öffnung 14a, 24a, die mit einem Absperrdeckel 16a, 16b verschlossen ist. Der Absperrdeckel 16a oder 16b ist dazu ausgelegt, infolge der Umsetzung des jeweiligen Zündsatzes 13, 23 zu öffnen, sodass Gas, wie Treibgas, aus der jeweiligen Kammer 11 beziehungsweise 21 in eine Expansionskammer 3 entweichen kann. Wie in 1 schematisch dargestellt, können die Öffnungen 14a und 24a von den verschiedenen Kammern 11, 21 zu derselben Expansionskammer 3 führen. Alternativ ist es denkbar, dass Gas aus den verschiedenen Kammern der Anzündvorrichtung 1a in verschiedene, insbesondere voneinander getrennte Expansionskammer von zu leiten (nicht näher dargestellt).
Die Wirkleistung der Anzündvorrichtung 1a kann beispielsweise zwischen 50 % und 100 % einstellbar sein, insbesondere wenn der erste Zündsatz 13 und der zweite Zinssatz 23 mit Ausnahme der Zündbrücken 17, 27 gleichartig ausgebildet sind.
2 zeigt eine zweite Ausführung einer Anzündvorrichtung ib, die sich von der Anzündvorrichtung 1a gemäß 1 im Wesentlichen nur dadurch unterscheidet, dass nur die zweite Kammer 21 über eine Öffnung 24b zu einer Expansionskammer 3 verfügt. Die erste Kammer 11 kann über eine Durchgangsöffnung 14b mit der zweiten Kammer 21 in Verbindung gebracht werden. In der Durchgangsöffnung 14b kann ein Absperrdeckel 16b vorgesehen sein.
Ferner kann bei der in 2 dargestellten Ausführung der Anzündvorrichtung 1b in dem Durchgangskanal 14b ein als Inertisierungsmasse 18 realisiertes Passivierungsmittel vorgesehen sein. Insbesondere kann die Inertisierungsmasse 18 als ein Inertisierungsfluid realisiert sein. Diese Variante kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn die Belegung eines Fahrgastsitzes mit einer besonders kleinen oder geringgewichtigen Person erwartet wird, wie einem Kind, sodass ein vollständiges aufblasen eines Airbags unerwünscht wäre.
Durch die Zündung des ersten Zündsatzes 13 wird der Absperrdeckel 16b entfernt, sodass Gas aus der ersten Kammer 11 in die zweite Kammer 21 übertreten kann und dabei, soweit vorhanden, die Inertisierungsmasse 18 oder ein anderes Passivierungsmittel (nicht näher dargestellt) mitnimmt. Das Passivierungsmittel ist dazu eingerichtet, die Zünd- sowie gegebenenfalls Umsetzungswirkung des zweiten Zündsatzes 23 zu stören, sodass nicht dessen gesamtes Potenzial entfaltet werden kann.
Als Passivierungsmittel kann genügen, dass durch die Umsetzung des ersten Zündsatzes 13 die Kammer 21 mit einem (nicht näher dargestellten) Dämpfungsvolumen in fluidische Verbindung gebracht wird. Das Dämpfungsvolumen kann durch die Expansionskammer 3 realisiert sein. Durch die zeitlich vorrangige Umsetzung des ersten Zündsatzes 13 wird gegebenenfalls der (zweite) Treibsatz 22b von den Entfaltungsgasen des ersten Zündsatzes 13 mitgenommen und entweicht zumindest teilweise in das Dämpfungsvolumen, sodass die Zündfreudigkeit wie auch die Expansionswirkung des zweiten Treibsatzes 22b und damit des gesamten zweiten Zündsatzes 23 gezielt beeinträchtigt wird, um auf diese Weise die gesamte Wirkleistung der Anzündvorrichtung zu steuern. Die Wirkleistung der Anzündvorrichtung 1b kann beispielsweise zwischen 20 % und 100 % einstellbar sein.
Bei der elektronischen Anzündvorrichtung 1b gemäß 2 sind der erste und der zweite Zündsatz 13, 23 vorzugsweise derart aufeinander abgestimmt, dass der zweite Zündsatz 23 schnell einen höheren Druck als der erste Zündsatz 13 erzeugt, insbesondere indem nur der zweite Zündsatz 23 und nicht der erste Zündsatz 13 eine Treibladung 22b umfasst. Bei einer Aktivierung der Anzündvorrichtung 1b ohne oder nahezu ohne Zeitdifferenz dt zwischen der Initiierung der Umsetzungen des ersten und des zweiten Zündsatzes 13, 23 strömt das durch die beiden Zündsätze 13, 23 erzeugte Gas von der zweiten Kammer 21 in die erste Kammer 11 und nicht umgekehrt, sodass ein etwaiges Inertisierungsfluid 18 keine Beeinträchtigung des zweiten Zündsatzes 23 bewirkt.
Ferner unterscheidet sich die in 2 dargestellte Anzündvorrichtung 1b gegenüber der Anzündvorrichtung 1a durch die Verwendung einer Barriere 28 in der zweiten Kammer 21, die den zweiten Primärexplosivstoff 23 gegenüber einer Umsetzung des ersten Zündsatzes 13, d. h. der Umsetzung des ersten Primärexplosivstoffs 15 sowie gegebenenfalls einer ersten Treibladung 12b abschirmt. Die Barriere 28 verhindert eine durch die Umsetzung des ersten Zündsatzes 13 ausgelöste Fehlzündung des zweiten Zündsatzes 23. Die Barriere 28 ist so gestaltet, dass sie durch den Druck, der durch Umsetzung des zweiten Primärexplosivstoffs 23 infolge dessen Entzündung durch die zweite Zündbrücke 27 freigesetzt wird, geöffnet wird beziehungsweise zerbirst.
Eine Ausführung als subtraktive elektronische Andzündvorrichtung 1b eignet sich besonders für die Verwendung von heißwirkenden zweiten Treibladungen 22b in Kombination mit einem ersten Zündsatz mit einer kalt wirkenden ersten Treibladung 12b (oder ohne erste Treibladung). Bei einer solchen Anzündvorrichtung 1b kommt es mitunter nicht nur auf den Druck, sondern auch auf die Bereitstellung heißer Partikel an.
Ein heißwirkender zweiter Zündsatz 23 eignet sich beispielsweise, um weitere Stufen von Pyrotechnik anzuzünden, zum Beispiel eine Treibladung für ein größeres System (nicht dargestellt). Je nach Stärke der Anzündung der weiteren pyrotechnischen Stufe des größeren Systems kann deren Druckerzeugung schneller oder langsamer erfolgen. Der heißwirkende Zündsatz 23 kann beispielsweise realisiert sein mit einem Primärexplosivstoff 15 und/oder einer Treibladung 22b, der weniger stickstofffaltig ist und/oder zusätzliche Reaktionspartner aufweist, die beispielsweise eine Redoxreaktion vollziehen, die insbesondere langsamer sein kann als die Reaktion der Umsetzung des übrigen Primärexplosivstoffs 15 oder der übrigen Treibladung 22b. Zusätzlich oder alternativ kann der heißwirkende Zündsatz 23 sehr heiß brennendes Metallpulver umfassen.
3 zeigt verschiedene qualitative Druck/Zeit-Diagramme zur Illustration der Wirkung verschiedener elektronischer Anzündvorrichtungen. Die entlang der Achsen aufgetragenen Einheiten sind relative Einheiten. Die Diagramme dienen zum Vergleich identisch ausgeführter Anzündvorrichtungen. Im oberen und im mittleren Diagramm sind zum Vergleich nebeneinander die zeitabhängigen Druckverläufe bei der Verwendung derselben Anzündvorrichtung entweder in einem geschlossenen Volumen mit der Punkt-Strich-Linie A oder in einem expandierenden Volumen mit der durchgezogenen Linie B dargestellt. Das unterste Diagramm zeigt den Druckverlauf identischer erfindungsgemäßer Anzündvorrichtungen in Abhängigkeit von verschiedenen elektrischen Zündsignalen und entsprechend unterschiedlichen Zeitdifferenzen dt.
In dem obersten Diagramm von 3 ist der Druckverlauf in Folge der Umsetzung eines einzelnen Zündsatzes in relativen Einheiten dargestellt. Die Auslösung beziehungsweise Initiierung der Umsetzung erfolgt zum Zeitpunkt T = o. Die Umsetzung erfolgt so, dass der Druck zum Zeitpunkt 1 ein Maximum erreicht. Die Kurve A entspricht dem Druckverlauf bei der Zündung innerhalb eines geschlossenen Volumens, in dem der Druck nach der Umsetzung des Zündsatzes nur langsam absinkt, wobei die Abkühlung der aus dem Zündsatz entstandenen Verbrennungsgase maßgeblich ist. Die Kurve B entspricht dem Druckverlauf bei der Zündung innerhalb eines expandierenden Volumens, dass veranlasst durch die Druckzunahme expandiert (wie etwa ein Airbag). Hierbei sinkt der Druck wieder relativ schnell ab, weil der Druck die Expansion des Volumens bewirkt und dabei abgebaut wird.
In dem mittleren Diagramm von 3 ist der Druckverlauf infolge einer zeitlich versetzten Umsetzung eines ersten und eines zweiten Zündsatzes in relativen Einheiten dargestellt. Die Auslösung des ersten Zündsatzes erfolgt zum Zeitpunkt T = o. Die Auslösung des zweiten Zündsatzes erfolgt mit einem zeitlichen Versatz von 1. Wiederum entspricht die Kurve A dem Druckverlauf bei der Zündung innerhalb eines geschlossenen Volumens. Im geschlossenen Volumen bewirkt die elektronische Anzündvorrichtung (die beispielsweise gemäß der in 1 dargestellten Ausführung 1a realisiert sein kann) nahezu den doppelten Maximaldruck im Vergleich zu der Wirkung bloß eines ersten Zündsatzes, ungeachtet des zeitlichen Versatzes zwischen den Auslösungen des ersten Zündsatzes und des zweiten Zündsatzes. In dem sich vergrößernden Volumen ist dies nicht der Fall, wie anhand der Kurve B des mittleren Diagrammes ersichtlich ist. Hier fällt der Druck infolge der Umsetzung des ersten Zündsatzes bereits schnell wieder ab. Zum Zeitpunkt der Zündung des zweiten Zündsatzes ist bereits ein Großteil des durch den ersten Zündsatz bewirkten Druckanstieges wieder verfallen beziehungsweise in Expansionswirkung umgewandelt. Wenn der zweite Zündsatz ausgelöst wird, fällt der erzeugte maximale Druck geringer aus als das zuvor infolge der Umsetzung des ersten Zündsatzes erzeugte Druckmaximum. Dies liegt maßgeblich daran, dass die von dem zweiten Zündsatz freigegebenen Gase in das bereits teilweise expandierte Volumen strömen.
Das dritte Diagramm zeigt qualitativ die Wirkleistung mehrerer gleichartiger elektronischer Anzündvorrichtungen, die mit verschiedenen elektrischen Zündsignalen zum Bewirken verschiedener Zeitdifferenzen aktiviert worden sind. Die Unterschiede der Zeitdifferenz zwischen den fünf mit unterschiedlichen Strichlieferungen dargestellten Kurven B1, B2, B3, B4 und B5 beträgt je 0,2. Die in dem untersten Diagramm dargestellten Kurven beziehen sich alle auf einen Druckverlauf in einem expandierenden Volumen. Die Kurve B5 des untersten Diagramms das in 3 entspricht der Kurve B des mittleren Diagramms.
Die Kurve B1 zeigt die Wirkleistung einer elektronischen Anzündvorrichtung 1a, 1b, bei der zwei Zündsätze 13, 23 mit einem elektrischen Zündsignal beaufschlagt wurden, welches eine zeitgleiche oder zumindest nahezu zeitgleiche Initiierung der Umsetzung des ersten und des zweiten Zündsatzes 13, 15 veranlassen. Durch die zeitgleiche Entzündung der beiden Zündsätze 13 und 23 kann eine simultane Umsetzung der jeweiligen Primärexplosivstoff 15 und 25 sowie gegebenenfalls der zugeordneten Treibladungen bewirkt werden.
Bei einer kumulativen Ausführung einer Anzündvorrichtung 1a beispielsweise gemäß 1 sei hinsichtlich des untersten Diagramms in 3 angenommen, dass die Primärexplosivstoffe und Treibladungen des ersten und zweiten Zündsatzes jeweils gleichartig sind. Die Druckentfaltungswirkung der beiden Zündsätze wirkt bei gleichzeitiger Initiierung der Umsetzung kumulativ, nahezu als ob ein einziger entsprechend größerer Zündsatz gezündet worden wäre.
Je größer die Zeitdifferenz dt zwischen der Initiierung der Umsetzung des ersten Zündsatzes 13 und des zweiten Zündsatzes 15 wird, desto maßgeblicher wird für den Maximaldruck die Umsetzung nur des ersten Zündsatzes 13. Die Kurven B2 und B3 zeigen eine Wirkleistung, bei der der zweite Zündsatz 15 das Druckmaximum noch anteilig beeinflusst. Bereits bei der Kurve B4 ist das Druckmaximum praktisch vollständig durch die Umsetzung des ersten Zündsatzes 13 bestimmt und der zweite Zündsatz 15 bewirkt nahezu keine Anhebung des Druckmaximums mehr im Vergleich zu einer Anzündung ausschließlich des ersten Zündsatzes 13.
Bei einer subtraktiven Ausführung einer Anzündvorrichtung 1b wie beispielsweise in 2 dargestellt sei hinsichtlich des untersten Diagramms in 3 angenommen, dass das Maximum der Druckentfaltungswirkung gemäß der Kurve B1 der maximalen möglichen Wirkung des zweiten Zündsatzes 15 ohne Beeinträchtigung durch den ersten Zündsatz 13 entspricht. Wenn die Zeitdifferenz dt zwischen der Initiierung der Umsetzung des ersten Zündsatzes 13 und des zweiten Zündsatzes 15 vergrößert wird, bewirkt dies, dass die Passivierungswirkung infolge der Umsetzung des ersten Zündsatzes 13 den zweiten Zündsatz 15 in zunehmend größerem Maße beeinträchtigt. Die Kurve B2 entspricht der Druckentfaltungswirkung eines zweiten Zündsatzes 15, der bereits zu einem gewissen Maß passiviert worden ist, sodass das erreichte Druckmaximum geringer ausfällt als das theoretisch mögliche. Bei der Kurve B₃ hat das durch den ersten Zündsatz 13 aktivierte Passivierungsmittel die Wirkung des zweiten Zündsatzes 15 bereits merklich abgemildert.
Die Kurven B4 und B5 können den Druckverlauf einer subtraktiven Anzündvorrichtung 1b symbolisieren, bei der keine Inertisierungsmasse und kein Deaktivierungsmittel verwendet werden sondern die Umsetzung des ersten Zündsatzes 13 die zweite Kammer 21 bereits zur Expansionskammer 3 hin geöffnet hat, sodass die Treibladung 22b aus der zweiten Kammer 21 zumindest teilweise entwichen ist, bevor die zweite Zündbrücke 27 den zweiten Primärexplosivstoff 25 zur Anzündung der Treibladung 22b vollständig umgesetzt hat. Das in der Expansionskammer 3 auftretende Druckmaximum ist dann beschränkt auf die Wirkung des ersten Zündsatzes 13.
4 zeigt eine qualitative Zeitversatz/Zündsignal-Kennlinie. Das Zündsignal ist hier exemplarisch als Zündstrom I repräsentiert. Die hyperbolische Kennlinie zeigt die Zeitdifferenz dt zwischen der Initiierung des ersten Zündsatzes 13 und der des zweiten Zündsatzes 23. Generell gilt: je größer das Zündsignal, desto geringer die Zeitdifferenz dt. Wenn das Zündsignal größer ist als ein Zündsignal-Schwellenwert Is ist praktisch keine Zeitdifferenz (dt=o) zwischen der Initiierung des ersten und des zweiten Zündsatzes 13, 23 mehr auszumachen. Unterhalb eines Zündsignal-Grenzwerts I_G wird nur noch der erste Zündsatz 13 umgesetzt, jedoch nicht mehr der zweite Zündsatz 23, sodass die Zeitdifferenz dt ins Unendliche steigt.
5 zeigt qualitativ eine Kennlinie, welche die Wirkleistung der erfindungsgemäßen elektronischen Anzündvorrichtung in Abhängigkeit von dem elektrischen Zündsignal darstellt, welches hier ebenfalls als Zündstrom I repräsentiert ist. Wenn der Zündstrom I kleiner als ein Mindest-Zündstrom Imin ist, werden weder der erste Zündsatz 13 noch der zweite Zündsatz 23 ausgelöst. Wenn der Zündstrom I wenigstens dem Mindest-Zündstrom Imin entspricht, löst zwar der erste Zündsatz 13 jedoch noch nicht der zweite Zündsatz 23 aus. Für die Auslösung des zweiten Zündsatzes 23 muss der Zündstrom I zumindest dem Grenz-Zündstrom I_G entsprechen. Je größer das Zündsignal wird, desto höher wird die Wirkleistung der elektronischen Anzündvorrichtung. Wenn der Zündstrom I den Schwellenwert-Zündstrom I_S erreicht oder überschreitet, werden zumindest 99 % der maximalen möglichen Wirkleistung der elektronischen Anzündvorrichtung abgegeben. Durch Verwendung eines Zündstromes I in dem Bereich zwischen dem Mindest-Zündstrom Imin oder dem Grenz-Zündstrom I_G einerseits und dem Schwellenwert-Zündstrom I_S andererseits, insbesondere in einem Bereich des mittleren Drittels zwischen dem Grenz-Zündstrom I_G einerseits und dem Schwellenwert-Zündstrom I_S andererseits, kann die Wirkleistung der erfindungsgemäßen Anzündvorrichtung vorbestimmt fein eingestellt werden.
Die in den 4 und 5 abgebildeten exemplarischen Kennlinien können das Verhalten einer erfindungsgemäßen elektronischen Anzündvorrichtung 1a mit gleichartigem Primärexplosivstoff und gleichartiger Treibladung in der ersten Kammer 11 und der zweiten Kammer 21 repräsentieren.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
Bezugszeichenliste

1a, 1b: Elektronische Andzündvorrichtung
3: Expansionskammer
7: Zündsignal-Quelle
11: erste Kammer
12a, 12b: erste Treibladung
13: erster Zündsatz
14a: erste Öffnung
14b: erste Durchgangsöffnung
15: erster Primärexplosivstoff
16a, 16b: erster Absperrdeckel
17: erste Zündbrücke
18: Inertisierungsmasse
21: zweite Kammer
22a, 22b: zweite Treibladung
23: zweiter Zündsatz
24a, 24b: zweite Öffnung
25: zweiter Primärexplosivstoff
26a, 26b: zweiter Absperrdeckel
27: zweite Zündbrücke
28: Barriere

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2015183596 A2 [0003]

Claims

Elektronische Andzündvorrichtung (1a, 1b) zum Auslösen eines pyrotechnischen Wirksystems, wie eines Rückhaltesystems, beispielsweise eines Airbag-Gasgenerators, Gurtstraffers oder Schlossstraffers, umfassend: eine erste Kammer (11), in der ein erster Zündsatz (13) angeordnet ist, der einen ersten Primärexplosivstoff (15) und eine erste Zündbrücke (17) zum Initiieren einer Umsetzung des ersten Primärexplosivstoffs (15) umfasst; und eine zweite Kammer (21), in der ein zweiter Zündsatz (23) angeordnet ist, der einen zweiten Primärexplosivstoff (25) und eine zweite Zündbrücke (27) zum Initiieren einer Umsetzung des zweiten Primärexplosivstoffs (25) umfasst; wobei die erste Zündbrücke (17) und die zweite Zündbrücke (27) zur Beaufschlagung mit demselben elektrischen Zündsignal, insbesondere Zündstrom (I) oder Zündspannung, eingerichtet, sind; und wobei der erste und der zweite Primärexplosivstoff (15, 25) und/oder die erste und die zweite Zündbrücke (25, 27) sich derart voneinander unterscheiden, dass die Umsetzung des ersten Zündsatzes (13) um eine vom elektrischen Zündsignal bestimmte Zeitdifferenz (dt) schneller als die Umsetzung des zweiten Zündsatzes (23) ist.
Elektronische Andzündvorrichtung (1a, 1b) nach Anspruch 1, wobei die Zeitdifferenz (dt) umso größer ist, je kleiner das elektrische Zündsignal, insbesondere der Zündstrom (I) oder die Zündspannung, ist, wobei insbesondere oberhalb eines Zündsignal-Schwellwerts (I_s) die Zeitdifferenz (dt) näherungsweise oder gleich Null ist.
Elektronische Andzündvorrichtung (1a, 1b) nach Anspruch 1 oder 2, wobei unterhalb eines Zündsignal-Grenzwerts (I_G) die Umsetzung des ersten Zündsatzes (13) erfolgt und der zweite Zündsatz (23) keine Umsetzung erfährt.
Elektronische Andzündvorrichtung (1a, 1b) nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die erste und die zweite Zündbrücke (17, 27) mit derselben Zündsignal-Quelle (7) zum Bereitstellen des elektrischen Zündsignals verbunden sind.
Elektronische Anzündvorrichtung (1a, 1b) nach Anspruch 4, wobei die erste und die zweite Zündbrücke elektrisch parallelgeschaltet sind, wobei insbesondere das Zündsignal eine Zündspannung ist.
Elektronische Anzündvorrichtung (1a, 1b) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Primärexplosivstoff (15) und der zweite Primärexplosivstoff (25) derart auf einander abgestimmt sind, dass die Umsetzung des ersten Primärexplosivstoffs (15) schneller erfolgt als die Umsetzung des zweiten Primärexplosivstoffs (25), wobei insbesondere der erste Primärexplosivstoff (15) eine niedrigere Wärmekapazität und/oder eine niedrigere Umsetzungstemperaturschwelle als der zweite Primärexplosivstoff (25) hat, wobei insbesondere die erste Zündbrücke und die zweite Zündbrücke gleich sind.
Elektronische Anzündvorrichtung (1a, 1b) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Zündbrücke (17) und die zweite Zündbrücke (27) derart auf einander abgestimmt sind, dass das elektrische Zündsignal die erste Zündbrücke (17) schneller auf oder über eine Umsetzungstemperaturschwelle erwärmt, wobei insbesondere die erste Zündbrücke (17) einen niedrigeren elektrischen Widerstand und/oder eine geringere Wärmekapazität aufweist als die zweite Zündbrücke (27), wobei insbesondere der erste Primärexplosivstoff (15) und der zweite Primärexplosivstoff (25) die gleiche Umsetzungstemperaturschwelle haben, insbesondere gleich sind.
Elektronische Anzündvorrichtung (1a) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Kammer (11) und die zweite Kammer (21) voneinander getrennt sind und wobei in der ersten Kammer (11) eine erste Treibladung (12a, 12b) und in der zweiten Kammer eine zweite Treibladung (22a) angeordnet sind und wobei die erste Kammer (11) mit einer Expansionskammer (3) über eine erste Öffnung (14a) verbunden ist, die mit einem ersten Absperrdeckel (16a) verschlossen ist, wobei die zweite Kammer (21) mit der Expansionskammer (3) über eine zweite Öffnung (24a) verbunden ist, die mit einem zweiten Absperrdeckel (26a) verschlossen ist, wobei insbesondere die erste und die zweite Treibladung (12a, 22a) gleich groß und/oder gleich zusammengesetzt sind.
Elektronische Anzündvorrichtung (1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die erste Kammer (11) mit der zweiten Kammer (21) über eine erste Durchgangsöffnung (14b) verbunden ist, die mit einem ersten Absperrdeckel (16b) verschlossen ist, wobei die zweite Kammer (21) mit einer Expansionskammer (3) über eine zweite Öffnung (24b) verbunden ist, die mit einem zweiten Absperrdeckel (26b) verschlossen ist.
Elektronische Anzündvorrichtung (1b) nach Anspruch 9, wobei der erste Zündsatz (13) ein Passivierungsmittel zum zumindest teilweise Inaktivieren der in der zweiten Kammer (21) angeordneten (zweiten) Treibladung (22b) umfasst, wobei insbesondere die (zweite) Treibladung (22b) nicht oder nur zu einem geringen Teil durch den erste Primärexplosivstoff (15) und oder die erste Treibladung (12b) entzündlich ist.
Elektronische Anzündvorrichtung (1b) nach Anspruch 10, wobei in der zweiten Kammer eine Barriere (28) angeordnet ist, die den zweiten Primärexplosionsstoff von der Umsetzung des ersten Zündsatzes (13) abschirmt und die durch die Umsetzung des zweiten Zündsatzes (23) überwunden wird.
Elektronische Anzündvorrichtung (1b) nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Passivierungsmittel eine Inertisierungsmasse (18) zum Benetzen der (zweiten) Treibladung (22b) umfasst, wobei insbesondere die Inertisierungsmasse (18) ein Inertisierungsfluid mit hoher Wärmekapazität und/oder hoher Verdampfungswärme umfasst und/oder wobei insbesondere die Inertisierungsmasse (18) ein Mittel zum chemischen Deaktivieren der (zweiten) Treibladung (22b) insbesondere mit geringer und/oder langsamer Bildung von Treibgas oder ohne Bildung von Treibgas umfasst.
Elektronische Anzündvorrichtung (1b) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Passivierungsmittel ein Dämpfungsvolumen zum zumindest teilweisen Aufnehmen der (zweiten) Treibladung (22b) umfasst, das durch die Umsetzung des ersten Zündsatzes (13) mit der zweiten Kammer (21) verbunden wird, wobei insbesondere die Expansionskammer (3) mit der zweiten Kammer (21) verbunden wird und/oder das Dämpfungsvolumen die (zweite) Treibladung (22b) zumindest teilweise unentzündet aus der zweiten Kammer (21) entlässt.
Elektronische Anzündvorrichtung (1b) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei in der ersten Kammer eine kaltwirkende erste Treibladung (12b) und in der zweiten Kammer eine heißwirkende zweite Treibladung (22b) angeordnet sind.
Gasgenerator zum Bereitstellen einer variabel einstellbaren Wirkleistung, insbesondere an einen Airbag, Gurtstraffer oder Schlossstraffer, umfassend eine elektronische Anzündvorrichtung (1a, 1b) nach einem der vorstehenden Ansprüche.