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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine hermetisch abgedichtete elektrische
Durchführungsvorrichtung
mit einem elektrisch leitenden Körper
mit einer durchgehenden Öffnung,
welcher eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist und in welchem
die Öffnung
versetzt aus der Mitte des Körpers
positioniert ist, einem elektrisch leitenden geraden isolierten Stift,
welcher hermetisch mittig in der Öffnung mittels einer Glasdichtung
abgedichtet ist, so dass der Stift nach außen von der Rückseite
des Körpers
hervorsteht und so dass ein Ende des Stiftes erreichbar ist, von
der Vorderseite des Körpers
und einem elektrisch leitenden geraden Erdungsstift, welcher an
der Rückseite
des Körpers
benachbart zu der Öffnung angeschlossen
ist, wobei der Erdungsstift nach außen von der Rückseite
des Körpers
parallel zu dem Stift herausragt. Der elektrisch leitende Stift
ist über einen
Brückendraht
mit der Vorderseite des elektrisch leitenden Körpers verbindbar.
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Eine
derart ausgeführte
elektrische Durchführungsvorrichtung
ist aus
DE 101 33
223 A1 vorbekannt.
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Ferner
betrifft die Erfindung die Verwendung einer solchen Durchführungsvorrichtung.
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Airbag-Systeme
(Luftsacksysteme), welche zum Schützen der Fahrgäste eines
Motorfahrzeugs während
einer Kollision verwendet werden, umfassen einen aufblasbaren Sack,
welcher in dem Armaturenbrett oder Lenkrad montiert ist, Gaserzeuger
für die
explosive Erzeugung von Gas, um den Sack aufzublasen, Beschleunigungssensoren,
um ein elektrisches Signal zu erzeugen, welches indikativ für eine Kollision
ist, und einen Zünder,
welcher auf die Beschleunigungssensoren zum Zünden einer Treibladung in einer
hohlen Kammer reagiert, wobei die Treibladung wiederum eine Hauptladung
zündet,
um das Gas zu produzieren, welches den Sack aufbläst.
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Der
Zünder
für ein
Airbag-System umfasst einen sogenannten Kopf oder Squib. Der Squib
oder Kopf, wie er zum Beispiel in dem US-Patent 5,243,492 und dem
US-Patent 5,772,243 beschrieben ist, umfasst eine hermetisch abgedichtete
elektrische Durchführungsvorrichtung
zum Zuführen
eines Stromes in die hohle Kammer, welche die Treibladung beinhaltet,
und einen dünnen
Brückendraht, welcher
elektrisch über
der elektrischen Durchführungsvorrichtung
angeschlossen ist. Der Brückendraht
zündet
die Treibladung, wenn ausreichender elektrischer Strom durch ihn über die
Durchführungsvorrichtung
durchgeleitet wird.
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Hermetisch
abgedichtete elektrische Durchführungsvorrichtungen
werden ebenso für
andere Typen von Vorrichtungen verwendet.
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Bei
Verfahren des Herstellens der hermetisch abgedichteten elektrischen
Durchführungsvorrichtungen
des Standes der Technik, wie in dem US-Patent 5,709,724, US-Patent
6,274,252, US-Patent 5,243,492, US-Patent 5,157,831, US-Patent 4,678,358
und US-Patent 4,430,376 beschrieben ist, wird ein metallischer Isolatorkörper oder
Stecker mit einer kreisförmigen
durchgehenden Öffnung
versehen oder eine Metallöse
wird mit einem kreisförmigen Hohlraum
versehen. Ein leitender Stift, der isolierte Stift genannt, ist
hermetisch in der durchgehenden Öffnung
oder dem Hohlraum mittels einer Glas-Metall-Dichtung abgedichtet.
Aus
US 5,157,831 ist
es bekannt, die Außenkonturen
für die
Glasdichtungen in Abhängigkeit
der Ausführung
der Innenkontur der diese aufnehmenden Metallelemente zu gestalten, wobei
jedoch eine kreisförmige
Ausführung
eindeutig zu bevorzugen ist.
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Glas-Metall-Dichtungen
können
gemäß der Kompressionstypen
hergestellt werden, in welchen der Unterschied in den thermischen
Expansionseigenschaften von Metall und Glas ausgenutzt wird, oder
können
durch molekulare Verbindungen hergestellt sein, wie in dem US-Patent
5,709,724 und dem US-Patent
6,274,252 beschrieben wird.
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Eine
hermetisch abgedichtete Durchführungsvorrichtung
wird mit einer Glas-Metall-Kompressionsdichtung
hergestellt, durch Schneiden einer Glas-Preform mit einer geeigneten
Größe, welche
einen geeigneten Koeffizienten der thermischen Expansion aufweist,
mit einem mittleren Loch, durch Anordnen der Glas-Preform in einer
durchgehenden Öffnung
in einer Metallscheibe oder in einem Hohlraum in einer Metallöse, durch
Einfügen
des leitenden isolierten Stiftes in das Loch in der Preform, durch
Heizen des Aufbaus auf eine erhöhte Temperatur
oberhalb des Erweichungsspunktes der Glas-Preform und dann durch
Kühlen
des gesamten Aufbaus, wobei die Metallscheibe oder die Öse sich mehr
zusammenzieht als das Glas. Ein Erdungsstift kann an der Metallscheibe
oder der Öse
angeschlossen werden, geeignet parallel zu dem isolierten Stift, wie
in dem US-Patent 5,243,492 beschrieben wird.
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Der
isolierte Stift und/oder der Erdungsstift können ebenso mit einer Edelmetallbeschichtung versehen
sein, um gegen Korrosion geschützt
zu werden, wie in den US-Patenten 4,788,382 und 5,157,831 beschrieben
wird.
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Die
resultierende elektrische Durchführungsvorrichtung
kann verwendet werden, um die Köpfe (Headers)
oder Squibs zum Beispiel für
Airbag-Zünder
herzustellen, durch Anschließen
des Brückendrahts über der
Glasdichtung zwischen dem isolierten Stift auf der Vorderseite der
elektrischen Durchführungsvorrichtung
und dem Körper
der Öse
oder der Metallscheibe.
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Die
leitenden Stifte in den elektrischen Durchführungsvorrichtungen gemäß des Standes der
Technik weisen einen kreisförmigen
Querschnitt auf, und die durchgehende Öffnung oder der Hohlraum in
dem Metallring oder der Öse
gemäß des Standes
der Technik ist kreisförmig.
Somit können nur
Brückendrähte eines
vergleichsweise engen Bereiches von Längen nachteilig über der
Vorderseite der elektrischen Durchführungsvorrichtung angeschlossen
werden, um einen Squib oder Initiator, zum Beispiel für einen
Airbag, herzustellen, weil der isolierte Stift zentral in der durchgehenden Öffnung in dem
Metallring oder der Öse
während
des Zusammenbaus positioniert wird. Somit müssen verschiedene Ausführungen
der elektrischen Durchführungsvorrichtungen
mit unterschiedlichen großen
durchgehenden Öffnungen
und isolierten Stiften mit unterschiedlichem Durchmesser hergestellt
werden, zum Beispiel für
verschiedene Airbag-System-Hersteller oder
für verschiedene
Initiator- oder Squib-Hersteller. Dies führt zu vergleichsweise großen Herstellungskosten,
umfassend Lagerungs-, Verteilungs- und Montagekosten, aufgrund der vielfältigen unterschiedlichen
Typen der hermetisch abgedichteten elektrischen Durchführungsvorrichtungen
für die
unterschiedlichen Initiatoren.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte hermetisch
abgedichtete elektrische Durchführungsvorrichtung,
insbesondere für
einen Initiator oder Squib (Zündkapsel
für ein
Airbag-Zündsystem),
darzustellen, welches nicht die oben beschriebenen Nachteile aufweist.
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Es
ist ebenso eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine universelle
hermetisch abgedichtete elektrische Durchführungsvorrichtung für einen
Initiator oder Squib für
ein Airbag-Aufblasesystem des oben beschriebenen Typs darzustellen,
welcher wenigstens einen Brückendraht
aufweist, welcher einen größeren Bereich
von Brückendrahtlängen verwendet,
so dass verschiedene Hersteller von Squibs oder Initiatoren, welche
unterschiedliche Anforderungen an die Brückendrähte haben, dieselbe Ausführung der
elektrischen Durchführungsvorrichtung
gemäß der Erfindung
verwenden können.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hermetisch
abgedichtete elektrische Durchführungsvorrichtung
des oben beschriebenen Typs darzustellen, in welchem ein leitender
isolierter Stift in einer durchgehenden Öffnung mittels einer Glasdichtung
abgedichtet ist, in welcher die Spannungsverteilung innerhalb der
Glasdichtung gleichförmig
ist.
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Gemäß der Erfindung
umfasst eine hermetisch abgedichtete elektrische Durchführungsvorrichtung,
einen
elektrisch leitenden Körper
mit einer ovalen oder elliptischen durchgehenden Öffnung,
welcher eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist und in welchem
die Öffnung
versetzt aus der Mitte des Körpers
positioniert ist;
einen elektrisch leitenden geraden isolierten
Stift, welcher hermetisch mittig in der Öffnung mittels einer Glasdichtung abgedichtet
ist, so dass der Stift nach außen
von der Rückseite
des Körpers
hervorsteht und so, dass ein Ende des Stiftes erreichbar ist von der
Vorderseite des Körpers;
und
einen elektrisch leitenden geraden Erdungsstift, welcher
an der Rückseite
des Körpers
benachbart zu der Öffnung
angeschlossen ist, wobei der Erdungsstift nach außen von
der Rückseite
des Körpers
wenigstens näherungsweise
parallel zu dem Stift herausragt; wobei die Öffnung eine Hauptachse und
eine Nebenachse aufweist, so dass unterschiedliche Brückendrähte unterschiedlicher
Längen
zwischen der Vorderseite des Körpers
und dem einen Ende des Stiftes anschließbar sind.
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Die
elektrische Durchführungsvorrichtung gemäß der Erfindung
weist den großen
Vorteil auf, dass sie einen größeren Bereich
von Brückendrahtlängen für einen
oder mehrere Brückendrähte zulässt, welche über der
Vorderseite der Durchführungsvorrichtung
angeschlossen sind, weil die durchgehende Öffnung in dem elektrisch leitenden
Körper einen
ovalen oder elliptischen Querschnitt aufweist. Die Herstellung eines
einzelnen Typs einer elektrischen Durchführungsvorrichtung wird somit
den Anforderungen einer großen
Anzahl von verschiedenen Herstellern gerecht, welche die elektrische
Durchführungsvorrichtung
verwenden, um beispielsweise Squibs oder Initiatoren für Aufblasvorrichtungen
für Airbags
herzustellen. Ein niedrigerer Preis für die Durchführungsvorrichtung
ergibt sich daher, aufgrund des größeren Volumens durch die reduzierten Komponententypen.
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Zudem
kann der Brückendraht
derselben Länge
vorteilhaft in jeden der vier Quadranten der Glasdichtung eingelötet werden.
Doppelbrückendrähte können leicht
gleichzeitig gelötet
werden. Ferner stellt die symmetrische Form des Dichtungsbereiches
eine ausgeglichene Spannungsverteilung in dem Glas her. Ein dünnerer Kopf
kann mit einer Glasdichtung hergestellt werden, welche dieselbe
oder eine größere Festigkeit
aufweist.
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In
einer vorzuziehenden Ausführung
der Erfindung ist der elektrisch leitende Körper eine kreisförmige Metallscheibe
oder eine Öse,
und der gerade isolierte Stift und der gerade Erdungsstift bestehen aus
Metall und weisen einen kreisförmigen
querlaufenden Querschnitt auf, so dass die Herstellung der Durchführungsvorrichtung
vereinfacht wird.
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Der
gerade Erdungsstift ist vorzugsweise verkürzt relativ zu dem geraden
isolierten Stift, so dass die freien Enden des isolierten Stiftes
und des Erdungsstiftes auf exakt oder näherungsweise demselben Abstand
von der Hinterseite der kreisförmigen Metallscheibe
liegen.
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Die
ausgesetzte Endoberfläche
des geraden isolierten Stiftes, die vordere Oberfläche der
Glasdichtung und die vordere Oberfläche der kreisförmigen Metallscheibe
sind vorzugsweise näherungsweise
komplanar.
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Die
Herstellung und der Zusammenbau der elektrischen Durchführung ist
vergleichsweise leichter, weil der isolierte Stift und der Erdungsstift
beide gerade sind. Um jedoch gerade Stifte zu verwenden, muss die
durchgehende Bohrung versetzt aus der Mitte in der kreisförmigen Metallscheibe
sein. Wenn die Außenseiten-/Innenseitendurchmesser
beibehalten werden, ist weder ein Spezialprofil noch ein Verpressen
erforderlich, um den Aufbau abzudichten. Die Öffnung in der Glas-Preform,
welche verwendet wird, um die Glasdichtung herzustellen, weist vorteilhaft
denselben Durchmesser auf wie in der Glas-Preform des Standes der
Technik, aber die Außenseitenform
der Glas-Preform wird geändert,
hin zu elliptisch oder oval.
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Die
Befestigungskosten werden reduziert aufgrund der weniger Typen von
Ausführungen
und aufgrund der Verwendung der geraden Stifte. Die Rohwerkstoffkosten
werden vermindert, weil eine Kaltverformung oder Metallspritzgießen verwendet werden
kann, um die kreisförmige
Metallscheibe oder die Öse
herzustellen. Ferner vermindert ebenso die größere Produktionsquantität der Komponenten die
Kosten des Rohwerkstoffs.
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Vorteile
der Erfindung werden nun in größerem Detail
mit Hilfe der nachfolgenden Beschreibung der vorzuziehenden Ausführungen
dargestellt, mit Bezug auf die beigefügten Figuren, in welchen:
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Die 1 eine
Ansicht eines Längsschnittes durch
eine erste Ausführung
der elektrischen Durchführungsvorrichtung
gemäß der Erfindung
ist, gezogen entlang der Schnittlinie A-A in der 2;
und
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die 2 eine
vordere Draufsicht der elektrischen Durchführungsvorrichtung ist, welche
in der 1 gezeigt ist, in der Richtung, welche durch den Pfeil
B in der 1 angedeutet wird.
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Eine
einzige Ausführung
mit geradem Stift der elektrischen Durchführungsvorrichtung gemäß der Erfindung
ist in der Zeichnung gezeigt.
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Die 1 und 2 zeigen
eine Ausführung 10 mit
geradem Stift der hermetisch abgedichteten elektrischen Durchführungsvorrichtung.
Diese elektrische Durchführungsvorrichtung
umfasst eine kreisförmige
Metallscheibe 11, welche mit einer ovalen oder elliptischen
durchgehenden Bohrung oder Öffnung
O versehen ist, die versetzt aus der Mitte beziehungsweise dem Mittelpunkt
der Metallscheibe 11 ist. Der Term „versetzt" bedeutet, dass der Mittelpunkt der
ovalen oder elliptischen durchgehenden Bohrung O nicht mit dem Mittelpunkt
der kreisförmigen
Metallscheibe 11 zusammenfällt. Der Mittelpunkt der ovalen
oder elliptischen durchgängigen
Bohrung oder Öffnung
O liegt näherungsweise
auf der halben Strecke von dem Mittelpunkt der kreisförmigen Metallscheibe 11 und
dem Rand der Metallscheibe in der in der Zeichnung gezeigten Ausführung.
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Ein
gerader isolierter Stift 13 ragt nach außen und
rückwärts von
der Hinterseite der kreisförmigen
Metallscheibe 11 heraus. Der isolierte Stift 13 ist in
der ovalen oder elliptischen Öffnung
O in der kreisförmigen
Metallscheibe oder Öse 11 mit
einer Glasdichtung 17 abgedichtet. Die Glasdichtung 17 füllt den
Raum zwischen dem isolierten Stift 13 und der Metallscheibe 11 in
der versetzten ovalen oder elliptischen Öffnung O aus. Der isolierte
Stift 13 weist einen kreisförmigen querlaufenden Querschnitt
auf. Der Mittelpunkt der vorderen Oberfläche des isolierten Stiftes 13 ist
wenigstens näherungsweise
in der Mitte der ovalen oder elliptischen Öffnung O in der Ausführung, welche
in der Zeichnung gezeigt ist, angeordnet.
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Ein
gerader Erdungsstift 15 ragt nach außen und hinten von der Rückseite
der kreisförmigen
Metallscheibe 11 in eine axiale Richtung B heraus, welche
zum Beispiel durch den Pfeil in der 1 auf der Vorderseite
der Öse 11 in
der 1 gezeigt ist. Der Erdungsstift 15 ist
an die hintere Oberfläche
der kreisförmigen
Metallscheibe oder Öse 11 mit
einem Lötring 16 angeschlossen
und wird ebenso Lötstift genannt.
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Beide,
der isolierte Stift 13 und der Erdungsstift 15,
sind aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt, wie zum
Beispiel Metall, zum Beispiel Nickel-Eisen, und können mit einem anderen Metall, wie
zum Beispiel Palladium oder Gold, plattiert sein, um einen Korrosionsschutz
zur Verfügung
zu stellen.
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In
der Ausführung,
welche in den 1 und 2 gezeigt
ist, erstrecken sich der isolierte Stift 13 und der Erdungsstift 15 von
der Rückseite
der kreisförmigen
Metallscheibe 11 und sind parallel zueinander. Sie sind
auf entgegengesetzten Seiten der zentralen Achse der kreisförmigen Metallscheibe 11 angeordnet.
Der Erdungsstift 15 ist kürzer als der isolierte Stift 13,
so dass die freien Enden von beiden Stiften näherungsweise auf einem identischen
Abstand von der Rückseite
der kreisförmigen
Metallscheibe 11 liegen. In der Ausführung, welche in den 1 und 2 gezeigt
ist, ist das Ende des isolierten Stiftes 13, welches in
die Glasdichtung 17 eingefügt ist, mehr oder weniger eben
oder bündig
mit der vorderen Oberfläche
der kreisförmigen
Metallscheibe 11 und der Glasdichtung 17. In dieser
Ausführung sind
die jeweiligen vorderen Oberflächen
der kreisförmigen
Metallscheibe 11, der Glasdichtung und das ausgesetzte
Ende des isolierten Stiftes 13 im wesentlichen oder exakt
komplanar.
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Bei
der Verwendung als ein Teil eines Zünders erstreckt sich ein feiner
beziehungsweise dünner
Metalldraht 19 (in der 2 in gestrichelten
Linien gezeigt) über
die Vorderseite der kreisförmigen Metallscheibe 11 und
verbindet den isolierten Stift 13 mit dem Erdungsstift 15.
Der Bereich über
der Vorderseite der Metallscheibe 11, in welchem der Metalldraht 19 angeschlossen
ist, wird der Brückenbereich genannt,
weil der feine Metalldraht 19 die Lücke zwischen den zwei Stiften überbrückt. Der
feine Brückendraht 19 ist
jedoch nicht Teil der vorliegenden Erfindung und daher in gestrichelten
Linien gezeigt. Die elektrische Durchführungsvorrichtung wird getrennt ohne
den feinen Brückendraht 19 an
verschiedene Hersteller des Initiators oder Squibs für Airbag-Aufblasvorrichtungen
vermarktet. Es ist denkbar, dass die elektrische Durchführungsvorrichtung
neben Airbag-Zündern
andere Anwendungsbereiche aufweisen kann.
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Dieselbe
hermetisch abgedichtete elektrische Durchführungsvorrichtung kann an verschiedene
Hersteller vermarktet werden, welche unterschiedliche Längen des
feinen Brückendrahtes 19 in ihren
Zündvorrichtungen
fordern, weil der Abstand zwischen den jeweiligen vorderen Oberflächen des isolierten
Stiftes 13 und der kreisförmigen Metallscheibe 11 variiert,
weil die durchgehende Bohrung und somit die Glasdichtung 17 elliptisch
oder oval ist. Somit ist die hermetisch abgedichtete elektrische Durchführungsvorrichtung
der vorliegenden Erfindung vorteilhaft eine universelle elektrische
Durchführungsvorrichtung
für Airbag-Zünder von verschiedenen Herstellern.
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Wie
in der 2 gezeigt ist, gibt es einen längeren Brückenbereich, in welchem die
Strecke über
der Glasdichtung 17 am größten auf der Oberfläche des
Kopfaufbaus ist. Es gibt ebenso einen kürzeren Brückenbereich auf der Oberfläche des
Kopfaufbaus, in welchem die Strecke über der Glasdichtung 17 die
kleinste ist. Der feine Draht 19 ist in der 2 an
einer Position gezeigt, in welchem die Strecke über der Glasdichtung zwischen
dem kürzesten und
dem längsten
Abstand beziehungsweise dem kürzesten
und der längsten
Strecke liegt.
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Somit
kann dieselbe hermetisch abgedichtete elektrische Durchführungsvorrichtung
an verschiedene Hersteller vermarktet werden, welche unterschiedliche
Längen
des feinen Brückendrahts 19 in ihren
Zündvorrichtungen
fordern. Somit ist die hermetisch abgedichtete elektrische Durchführungsvorrichtung
der vorliegenden Erfindung vorteilhaft eine universelle Durchführungsvorrichtung
für Airbag-Zünder von
verschiedenen Herstellern. Zudem kann der Brückendraht mit derselben Länge in jedem der
vier Quadranten der Glasdichtung eingelötet werden. Doppelbrückendrähte können leicht
gleichzeitig gelötet
werden.
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Die
Hauptachse a der elliptischen Bohrung kann zum Beispiel im Bereich
von 3,02 bis 3,07 cm liegen, und die Nebenachse b der elliptischen
Bohrung kann im Bereich von 2,26 bis 2,31 cm liegen. Der Abstand
der Mitte/des Mittelpunktes der vorderen Oberfläche des isolierten Stiftes 13 von
der Mitte/dem Mittelpunkt der kreisförmigen Metallscheibe 11 beträgt rund
1,5 cm und der Abstand zwischen den Stiften beträgt ungefähr 3,0 cm.
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Die
Glasdichtung 17 der hermetisch abgedichteten elektrischen
Durchführungsvorrichtung
der vorliegenden Erfindung kann durch die Verfahren hergestellt
werden, welche in dem Abschnitt des Hintergrundes der Erfindung
offenbart sind, insbesondere durch solche, wie sie in dem US-Patent
6,274,252 und dem US-Patent 5,709,724 offenbart sind. Die erfinderischen
Verbesserungen in der Durchführungsvorrichtung,
welche nachfolgend beansprucht wird, beruht primär in den Geometrien, welche
für die
Stiftquerschnitte und/oder die durchgehenden Öffnungen ausgewählt werden.