DE19637587A1 - Zünd-/Anzündelement mit einer auf einem Chip angeordneten Zündbrücke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Zünd-/Anzündelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 38 83 266 T2 ist eine Zündeinheit für die Auslösung von Detonatoren be­ kannt. Die Zündeinheit besteht aus einem elektrisch betätigbaren Zünd- bzw. Schmelzkopf, einer Stromquelle, die mit dem Zündkopf über eine Schalteinrichtung verbunden ist und einer Elektronikeinheit. Die Elektronikeinheit weist zumindest einen Chip, hergestellt aus einem Halbleitermaterial und mit einer Mikroschaltung versehen, auf. Der Chip trägt einen Zündkopf bzw. eine Zündbrücke auf seiner Oberfläche. Der Anzündsatz ist direkt auf die Zündbrücke aufgebracht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zünd-/Anzündelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, welches aufgrund seiner kompakten Bau­ weise universell eingesetzt werden kann und bei dem bei der Zündung des Zünd-/ Anzündelements ein unkontrolliertes Abblasen vermieden ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst,

• - daß die Anschlußleitungen Stifte (Pins) sind, die durch eine Glasdurchführung in das Gehäuse geführt sind,
• - daß ein Metallkörper den Boden des Gehäuses bildet und dieser Metallkörper Boh­ rungen aufweist, in denen die Glasdurchführungen eingelassen sind und
• - daß der Metallkörper formschlüssig mit einem Kunststoffkörper verbunden ist, der die Umfangswand des Gehäuses bedeckt und die aus der Glasdurchführung her­ ausragenden Enden der Stifte umhüllt.

Die Wirkungsweise des Zünd-/Anzündelements ist wie folgt: beim Anlegen einer elektrischen Spannung an den beiden Pins erfolgt ein Stromfluß durch das Zünd-/An­ zündelement und die elektrische Energie wird in der Zündbrücke in thermische Ener­ gie umgewandelt; die Zündbrücke erhitzt sich. Der auf der Zündbrücke aufgebrachte Anzündsatz wird dadurch initiiert und durch den bei der Umsetzung des Anzündsatzes bzw. der Anzündsätze entstehenden Gasdruck wird ein abgepreßter Boden des Ge­ häuses aufgebrochen. Durch diese Öffnung können dann die heißen Gase und Parti­ kel entweichen, um eine nachgeschaltete Ladung anzuzünden.

Zur dauerhaft haltbaren Ankopplung des Kunststoffkörpers an den Metallkörper weist vorteilhafterweise der Metallkörper an seinem zum Anzündsatz gerichteten Ende ei­ nen verringerten Durchmesser mit einer umlaufenden Nut auf. In dieser Nut sind zu­ mindest zwei Durchbrüche zu den Bohrungen oberhalb der Glasdurchführungen ein­ gebracht. Beim Anspritzen bzw. Anformen des Kunststoffkörpers umgreift dieser den Bereich des geringeren Durchmessers des Metallkörpers und dringt über die Nut und die Durchbrüche in die Bohrungen ein und füllt diese oberhalb der Glasdurchführun­ gen vollständig aus. Hierdurch ist eine optimale Verbindung erreicht.

Das Gehäuse ist zweckmäßigerweise hülsenförmig ausgebildet, wobei der Metallkör­ per die untere Bodenplatte bildet. Das Gehäuse umfaßt dabei vorteilhafterweise den Kunststoffkörper und den Metallkörper und ist am unteren Ende des Metallkörpers mit diesem über eine Bördelung und eine Vergußmasse verbunden.

In vorteilhafter Ausgestaltung liegt der Chip auf dem Metallkörper auf.

Erfindungsgemäß weist der Chip auf seiner Vorderseite eine leitende Oberfläche auf, auf die zumindest eine Widerstandsbahn aufgebracht ist, die durch Laserschnitte in der leitenden Oberfläche so von dieser abgetrennt ist, daß sich zumindest eine Zünd­ brücke mit den erforderlichen Widerstandswerten ergibt. Laserschnitte bewirken, daß bestimmte Bereiche der leitenden Oberfläche abgefragen werden.

Zur Unterstützung des Zünd- und Anzündvorgangs ist es vorteilhaft, ein Zündbrüc­ kenmaterial zu verwenden, das beim Zünden eine exotherme Reaktion einleitet. Hierfür ist z. B. Magnesium oder Zirkonium oder eine Legierung hiervon geeignet. Dies hat den Vorteil, daß der Anzündsatz nicht mehr mechanisch fest auf der Zündbrücke aufgepreßt sein muß, da die Zündbrücke nach Initiierung selbst eine exotherme Re­ aktion ausführt.

Eine Möglichkeit zur Vermeidung der ungewollten Auslösung durch Störimpulse, Hochfrequenz-Einstrahlung etc. besteht darin, einen Kondensator parallel zum Zünd­ kreis zu schalten. Vorteilhafterweise ist daher die Rückseite des Chips metallisiert, so daß der Chip in Verbindung mit der leitenden Oberfläche auf der Vorderseite einen Kondensator bildet und dieser Kondensator parallel zum Zündkreis geschaltet ist. Natürlich können auch andere elektronische Bauteile, wie Widerstände, Spulen, Kon­ densatoren etc. zusätzlich auf dem Chip angeordnet werden.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Figuren, die nachfolgend be­ schrieben sind. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Zünd-/Anzündelement,

Fig. 2 einen Metallkörper mit eingesetzten Pins im Schnitt (Fig. 2a) und in einer um 90° zu Fig. 2a gedrehten Ansicht (Fig. 2b),

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Chip und

Fig. 4 einen Metallkörper mit aufgesetztem Chip im Schnitt (Fig. 4a) und in Draufsicht von oben (Fig. 4b).

Fig. 1 zeigt das komplette Zünd-/Anzündelement im Schnitt. In einem hülsenförmigen Gehäuse 1 ist als Bodenplatte ein Metallkörper 7 angeordnet, durch welchen Stifte oder Pins 5 als elektrische Zuführleitungen geführt sind. Hierzu weist der Metallkörper 7 Bohrungen 8 auf, in denen jeweils eine Glasdurchführung 6 eingelassen ist, durch die die Stifte 5 geführt sind. Die Glasdurchführung 6 isoliert die Stifte 5 gegenüber dem Metallkörper 7. Die Zündbrücke des Zünd-/Anzündelements ist auf einem Chip 2 angeordnet, der auf dem Metallkörper 7 aufliegt. Der Chip 2 wird später noch einge­ hend beschrieben. Die Stifte bzw. Pins 5 sind bis zum Chip 2 geführt und überragen den Chip 2 sogar etwas. Über eine Lötung oder Bondung sind die Stifte 5 mit dem Chip 2 elektrisch verbunden. Ein Kunststoffkörper 9 ist formschlüssig mit dem Metall­ körper 7 verbunden und füllt die Umfangswand des Gehäuses 1 vollständig aus. Im Inneren des Kunststoffkörpers 9 ist eine flaschenhalsförmige Einbuchtung 16 ange­ ordnet, wobei sich am unteren Ende der Chip 2 befindet. Auf dem Chip 2 bzw. der Zündbrücke ist ein Anzündsatz 4a und darüber ein zweiter Anzündsatz 4b aufge­ bracht. Auf der Oberseite des Gehäuses 1 weist dieses eine Abplattung 17 als Soll­ bruchstelle auf. Über eine Bördelung 21 und eine Vergußmasse 12 an der unteren Bodenplatte ist das Gehäuse 1 mit dem Metallkörper 7 verbunden.

Das Zünd-/Anzündelement bzw. das Anzündhütchen ist eine kompakte Einheit, die resistent ist gegen mechanische, thermische und klimatische Einflüsse. Damit ist das Zünd-/Anzündelement extrem zuverlässig. Durch die metallische Ummantelung mit­ tels des hülsenförmigen Gehäuses 1 und der nachträglichen Aufbringung der Ver­ gußmasse 12, sowie durch die dichte Glasdurchführung 6, ist das Zünd-/Anzündele­ ment absolut dicht!
Zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit gegen Satzausbrechung kann der Satz­ spiegel bzw. der Anzündsatz 4 durch eine Abdeckung 18 zusätzlich geschützt werden, wenn erforderlich.

Das Einbringen der Anzündsätze 4a, 4b kann sowohl im trockenen als auch im feuchten Zustand - mit nachfolgender Trocknung - erfolgen. Welche Art gewählt wird, ist von den Satztypen und der damit verbundenen wirtschaftlich sinnvollen Einbrin­ gung abhängig.

Satztypen und Satzmengen sind vom jeweiligen Einsatzfall abhängig und können ent­ sprechend variiert werden. Auch ist es durchaus möglich, das Zünd-/Anzündelement nur mit einer Satztype zu befüllen. Dies hat den Vorteil, daß die Handlingkosten ge­ ringer sind als beim Einbringen von zwei Satztypen 4a, 4b.

Ein wesentliches Merkmal ist die formschlüssige Verbindung des Kunststoffkörpers 9 mit dem Metallteil 7. Dies zeigt besonders gut Fig. 2a, b, die den Metallkörper 7 mit eingesetzten Stiften 5 in der Glasdurchführung 6 zeigt. Die Stifte 5 sind vom Metall­ körper 7 durch die Glasdurchführung 6 bzw. die Glaseinsätze elektrisch isoliert und sind so dicht gegen Feuchtigkeit bei der Lagerung und verhindern ein Entweichen des Gases bei Zündung des Zünd-/Anzündelements.

Zur formschlüssigen Ankopplung hat der Metallkörper 7 an seinem zum Anzündsatz (in Fig. 2 nicht gezeigt) gerichteten Ende einen verringerten Durchmesser mit einer umlaufenden Nut 10. In dieser Nut 10 sind zumindest zwei Durchbrüche 11 zu den Bohrungen 8 oberhalb der Glasdurchführungen 6 eingebracht. Hierdurch kann der Kunststoff des Kunststoffkörpers entlang der eingezogenen Wand 19 in die Nut 10 und von dort über die Durchbrüche 11 in die Bohrungen 8 eindringen und diese aus­ füllen. Fig. 1 zeigt das Ergebnis, nämlich eine extrem feste und dauerhafte und damit dichte Ankopplung des Kunststoffkörpers 9 an den Metallkörper 7.

Die Oberseite des Metallteils 7 und der Stifte 5 sollte so ausgelegt werden, daß der Chip 2 elektrisch dauerhaft angeschlossen werden kann. Dies ist z. B. eine Zinn­ schicht auf den Stiften 5, wenn der Chip 2 mittels Lötung kontaktiert wird, oder eine Goldschicht auf den Stiften 5, wenn die Chipverbindung mittels Bondung hergestellt wird.

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf den Chip 2. Der Chip 2 hat als Oberfläche eine Gold­ schicht 13. Die halbkreisförmigen Ausbuchtungen 20 dienen zur Aufnahme der Stifte 5, die mit der Goldschicht 13 verbunden werden. Quer auf der Oberfläche ist eine Wi­ derstandsbahn 14 aufgebracht. Durch Laserschnitte 15 ist diese Widerstandsbahn 14 so von der Goldschicht 13 abgetrennt, daß nur eine Zündbrücke 3 übrig bleibt.

Mit dem Laserschnitt 15 kann die Zündbrückengeometrie variabel geschnitten werden und somit eine breites Spektrum kostengünstig gefertigt werden. In der Praxis ist dies notwendig, da damit die Realisierung der geforderten unterschiedlichen elektrischen Funktionsdaten möglich ist. Weitere Parameter zur Sicherstellung der Funktionsfähig­ keit bei den geforderten Leistungsdaten sind die Schichtdicke und die Materialien, die vorzugsweise mit dem Sputterverfahren aufgebracht werden.

Die Widerstandsbahn 14 und damit die Zündbrücke 3 besteht in besonderer Ausfüh­ rungsform aus einem exotherm reagierenden Material, wie z. B. Magnesium oder Zir­ konium oder einer Legierung dieser Stoffe.

Eine Möglichkeit zur Vermeidung der ungewollten Auslösung mittels Störimpulsen, Hochfrequenz-Einstrahlungen etc. besteht darin, den Chip 2 als Kondensator auszu­ bilden, der parallel zum Zündkreis geschaltet wird. Dies kann dadurch erreicht wer­ den, daß die Rückseite des Chips 2 entsprechend metallisiert wird.

Fig. 4 zeigt die Baueinheit Metallkörper 7 mit eingesetzten Stiften 5 und angeschlos­ senem Chip 2 im Schnitt (Fig. 4a) und in Draufsicht von oben (Fig. 4b).

In dieser Anordnung ist der Chip 2 mittels Lötung 21 mit den Stiften 5 elektrisch ver­ bunden. Wie aus der Figur ersichtlich ist, liegt der Chip 2 plan auf der Oberfläche des Metallkörpers 7 auf und hat 2 Halbbohrungen 20, die von den Stiften 5 ausgefüllt wer­ den. Damit kann sowohl eine Fixierung der beiden Komponenten während der Monta­ ge als auch eine nachfolgende sichere elektrische Verbindung erreicht werden. Die Verbindung kann mittels Lötung, einer Bondverbindung oder auf eine andere geeigne­ te Art und Weise erfolgen.

Claims (7)

1. Zünd-/Anzündelement mit einem Gehäuse (1), in das elektrische Anschlußlei­ tungen führen, die mit einer auf einem Chip (2) angeordneten Zündbrücke (3) verbunden sind, auf der zumindest ein Anzündsatz (4a, b) aufgebracht ist, da­ durch gekennzeichnet,

• - daß die Anschlußleitungen Stifte (Pins) (5) sind, die durch eine Glasdurchfüh­ rung (6) in das Gehäuse (1) geführt sind,
• - daß ein Metallkörper (7) den Boden des Gehäuses (1) bildet und dieser Metall­ körper (7) Bohrungen (8) aufweist, in denen die Glasdurchführungen (6) einge­ lassen sind und
• - daß der Metallkörper (7) formschlüssig mit einem Kunststoffkörper (9) verbun­ den ist, der die Umfangswand des Gehäuses (1) bedeckt und die aus der Glas­ durchführung (6) herausragenden Enden der Stifte (5) umhüllt.

2. Zünd-/Anzündelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Me­ tallkörper (7) an seinem zum Anzündsatz (4a, 4b) gerichteten Ende einen verrin­ gerten Durchmesser mit einer umlaufenden Nut (10) aufweist und in dieser Nut (10) zumindest zwei Durchbrüche (11) zu den Bohrungen (8) oberhalb der Glas­ durchführungen (6) eingebracht sind.

3. Zünd-/Anzündelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) den Kunststoffkörper (9) und den Metallkörper (7) umfaßt und am unteren Ende des Metallkörpers (7) mit diesem über eine Bördelung (21) und eine Vergußmasse (12) verbunden ist.

4. Zünd-/Anzündelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Chip (2) auf dem Metallkörper (7) aufliegt.

5. Zünd-/Anzündelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Chip (2) eine leitende Oberfläche (13) aufweist, auf die zumin­ dest eine Widerstandsbahn (14) aufgebracht ist, die durch Laserschnitte (15) in der leitenden Oberfläche (13) so von dieser abgetrennt ist, daß sich zumindest eine Zündbrücke (3) mit den erforderlichen Widerstandswerten ergibt.

6. Zünd-/Anzündelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wi­ derstandsbahn (14) und damit die Zündbrücke (3) aus einem exotherm reagie­ renden Material, wie z. B. Magnesium oder Zirkonium oder einer Legierung hier­ von besteht.

7. Zünd-/Anzündelement nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückseite des Chips (2) metallisiert ist und damit der Chip (2) in Verbindung mit der leitenden Oberfläche (13) auf der Vorderseite einen Kondensator bildet und dieser Kondensator parallel zum Zündkreis geschaltet ist.