DE19836280C1 - Pyrotechnisches Anzündelement mit integrierter Elektronik, zum Auslösen eines Rückhaltesystems - Google Patents

Abstract

Ein Anzündelement (1), insbesondere zum Auslösen eines Rückhaltesystems, hat ein Wirkteil (18) mit einem Gehäuse (2), das eine Anzündladung (7), eine Zündbrücke (6) zum Anzünden der Anzündladung (7) und mindestens ein aus einem Durchführungssockel (9) ragendes und mit der Zündbrücke (6) verbundenes Kontaktelement (11) zum Anlegen eines Anzündstroms enthält, und ein separates Elektronikteil (19), das eine Anzündelektronik (14) zur Bereitstellung eines Anzündstroms aufweist. Der Durchführungssockel (9) des Wirkteils (18) ist fest und abdichtend mit dem Gehäuse (2) verbunden und das Gehäuse (2) überragt den Durchführungssockel (9) des Wirkteils (18), so daß das Elektronikteil (19) als selbständig montierbare Einheit in das Gehäuse (2) einschiebbar ist, wobei das Elektronikteil (19) beim Einschieben über Kontaktelemente (11, 17) elektrisch mit dem Wirkteil (18) verbunden wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Anzündelement insbesondere zum Auslösen eines Rückhaltesystems wie z. B. eines Air­ bags oder Gurtstraffers in Kraftfahrzeugen.

Anzündelemente enthalten eine Anzündladung, welche stark expandierend in den gasförmigen Zustand übergeht, wenn das Anzündelement von einer Steuereinheit, die üblicherweise mit Sensoren verbunden ist, ausgelöst wird.

Bekannt sind elektrische und elektronische Anzündele­ mente. Bei elektrischen Anzündelementen besteht die Zündbrücke üblicherweise aus einem Drahtwiderstand, durch den nach der Auslösung ein Anzündstrom fließt, der den Drahtwiderstand erwärmt, wobei die entstehende Wärme die Anzünd­ ladung anzündet. Die elektrischen Anzündelemente haben einen einfachen Aufbau, jedoch den Nachteil, daß unerwünschte Ströme, wie beispielsweise Fehler-, Leck- oder induzierte Ströme, die Anzündladung auslösen können.

Bei elektronischen Anzündelementen löst die Anzündladung nur dann aus, wenn bestimmte Kriterien, wie beispielsweise der Empfang einer kodierten Adresse, vorliegen. Ein derartiges elek­ tronisches Anzündelement ist in der DE 196 10 799 beschrieben. Nachteilig bei elektronischen Anzündelementen ist, daß der bei dem Anzünden entstehende Druck, der bis zu einigen 100 bar be­ tragen kann, auch an der Anzündelektronik angreift, was zu deren Zerstörung führen kann.

DE 196 09 908 beschreibt ein elektrisches Anzündelement in Form eines Gasgenerators, das auch mit einer Anzündelektronik ausge­ rüstet werden kann. Bei diesem Anzündelement liegt die die elek­ tronischen Bauelemente tragende Platine offen im Bereich der An­ zündladung, so daß sie dem bei dem Anzünden entstehenden Druck ausgesetzt ist.

Häufig werden elektronische Anzündelemente an einem Bussystem betrieben, an das mehrere Anzündelemente angeschlossen sind und auf dem die Teilnehmer des Busses bidirektional kommunizieren. Wenn beim Anzünden eines einzelnen Anzündelements dessen An­ zündelektronik zerstört wird, kann die Kommunikation auf dem ge­ samten Bus unterbrochen werden, so daß auch die anderen Teilneh­ mer nicht mehr angesteuert werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, elektronische An­ zündelemente dahingehend zu verbessern, daß die Anzündelektronik auch nach dem Anzünden funktionsfähig bleibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Anzündelement ist modular aufge­ baut. Es besteht aus einem Wirkteil und einem Elektro­ nikteil. Das Wirkteil hat ein Gehäuse und einen darin befestigten Durchführungssockel, an dem mindestens ein von außen zugängliches Kontaktelement angeordnet ist. Das Gehäuse überragt den Durchführungssockel, so daß ein Hohlraum zur Aufnahme des selbständig montierbaren Elektronikteils geschaffen wird. Bei dem Einschieben des Elektronikteils in das Gehäuse des Wirkteils werden die beiden Teile durch ihre Kontaktelemente elektrisch miteinander verbunden.

Ein Vorteil der Trennung der Anzündelektronik, die sich im Elektronikteil befindet, und der Anzündladung, die im Wirkteil angeordnet ist, liegt darin, daß die bei dem Auslösen der Anzündladung erzeugte Druckkraft die Anzündelektronik nicht beeinträchtigen kann. Denn die feste Verbindung des Durchführungssockels des Wirkteils mit dem Gehäuse fängt die in Richtung des Elektronik­ teils gerichteten Anteile der Druckkraft auf. Somit ist sichergestellt, daß die Anzündelektronik auch nach dem Anzünden funktioniert, so daß das Anzündelement weiter­ hin mit einer Steuereinheit kommunizieren kann und bei Anschluß an ein Bussystem die Erreichbarkeit der ande­ ren Teilnehmer nicht stört.

Dieser modulare Aufbau ist weiterhin bei der Her­ stellung der Anzündelemente von Vorteil, denn die Kom­ ponenten des Anzündelements können sowohl vor der Mon­ tage einzeln als auch nach dem Zusammenbau gemeinsam geprüft werden.

Vorzugsweise wird der Durchführungssockel des Wirkteils und gegebenfalls auch ein Bodenstück des Elektronik­ teils mittels einer umlaufenden Schweißnaht an dem Ge­ häuse befestigt. Diese Verbindung ermöglicht ein herme­ tisches Abdichten des Wirkteils und des Elektronikteils sowohl gegeneinander als auch gegenüber der Umgebung. Somit ist das Anzündelement vor äußeren Einflüssen ge­ schützt und ein Ausgasen der Anzündladung wird verhin­ dert. Eine Schweißnahtverbindung hat den weiteren Vor­ teil, daß die Verbindung mechanisch sehr fest ist, so daß die Anzündelektronik auch bei sehr hohen Drücken vor Druckstössen geschützt ist. Bei niedrigeren Drücken können auch Bördel- oder Klemmverbindungen benutzt wer­ den. Für den Durchführungssockel und das Bodenstück können dann auch Kunststoffmaterialien verwendet wer­ den.

Die Kontaktelemente des Wirk- und des Elektronikteils, die beim Zusammenfügen der beiden Teile in elektrischen Kontakt gelangen, können verschiedenartig ausgestaltet sein. Die Kontaktelemente können als Stift-Buchsen-Ver­ bindung ausgebildet sein oder sie können aus mit Feder­ kraft gegeneinander vorgespannten Elementen, wie bei­ spielsweise metallischen Anschlußfahnen bestehen. Eben­ so können Anschlußflächen verwendet werden, welche mit elektrisch leitendem Kleber verbunden werden.

Der Durchführungssockel des Wirkteils und auch das Bo­ denstück des Elektronikteils können Glaseinschmelzungen enthalten, durch welche die Kontakt- bzw. die Anschluß­ elemente isolierend herausgeführt sind. Aufgrund dieser druckfesten Isolierung kann der bei dem Anzünden ent­ stehende Druck die Kontakt- bzw. Anschlußelemente nicht verschieben und auch nicht an ihnen entlang in den Elektronikteil zu der empfindlichen Anzündelektronik gelangen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Anzündelektronik durch Programmiersignale an den Anschlußelementen programmierbar. Durch die Programmie­ rung kann das Anzündelement beispielsweise an eine an­ dere Kodierung der Eingangssignale angepaßt werden oder es können Verzögerungszeiten programmiert werden. Durch die Programmierung läßt sich die Flexibilität des An­ zündelements steigern.

Die Anzündelektronik kann einen Sendeteil zum Ausgeben von Daten an die Anschlußelemente und damit an eine angeschlossene Steuereinheit aufweisen. Beispielsweise kann eine Rückmeldung, daß die Anzündladung ausgelöst worden ist, oder andere Zustandsmeldungen, wie beispie­ lsweise die Temperatur, falls ein Temperatursensor in­ stalliert ist, ausgegeben werden. Die durch den Sende­ teil gegebene Möglichkeit der bidirektionalen Kommuni­ kation erhöht die Sicherheit des Systems erheblich, da jede Komponente auch Rückmeldungen von anderen Kompo­ nenten erhalten kann.

Die Bereitstellung des Anzündstromes durch die Anzünd­ elektronik kann derart erfolgen, daß das Anzündelement elektrische Versorgungsanschlüsse für den Anzündstrom aufweist, wobei die Anzündelektronik wie ein Schalter wirkt, der die Versorgungsanschlüsse mit den Kontakt­ elementen nur dann verbindet, wenn ein entsprechendes kodiertes Eingangssignal an den Anschlußelementen an­ liegt. Als Versorgungsanschluß kann auch das Gehäuse des Anzündelements benutzt werden. Die Anzündelektronik kann aber auch einen Energiespeicher, wie beispielswei­ se einen Kondensator, enthalten, der durch bestimmte Eingangssignale aufgeladen wird und auf ein weiteres Eingangssignal entladen wird und dabei den Anzündstrom bereitstellt.

Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 das Anzündelement in Teilschnittdarstellung in halbmontiertem Zustand und

Fig. 2 das fertiggestellte Anzündelement.

Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Anzündelement 1 hat ein Wirkteil 18, das ein topfförmiges Gehäuse 2 auf­ weist, dessen untere Stirnseite offen ist. Das Gehäuse 2 besteht aus Metallblech, um ein Ausgasen der Anzünd­ ladung zu verhindern und um im Gehäuse 2 befindliche Elektronik vor Einstrahlung zu schützen. Im oberen Be­ reich des Gehäuses 2 ist ein Gehäuseeinsatz 3 einge­ paßt, der eine zentrale, im wesentlichen trichterförmi­ ge Ladebohrung 4 aufweist. Die größere Öffnung der La­ debohrung 4 liegt an der oberen Stirnseite des Gehäuses 2 an, wobei das Gehäuse 2 im Bereich der größeren Öff­ nung der Ladebohrung 4 eine sternförmige Sollbruchstel­ le 2a aufweist.

Unterhalb der Ladebohrung 4 befindet sich ein Träger­ element 5, auf dem sich eine Zündbrücke 6 in Form eines Schichtwiderstandes befindet. Das Trägerelement 5 be­ steht aus einem festen Werkstoff, wie beispielsweise dem Keramikmaterial Al₂O₃. Die Zündbrücke 6 befindet sich in der kleineren Öffnung der Ladebohrung 4. Die von dem Trägerelement 5 unten dicht verschlossene Lade­ bohrung 4 des Gehäuseeinsatzes 3 ist mit einer Anzünd­ ladung 7 gefüllt. Hier besteht die Anzündladung 7 aus einer Komponente; es ist jedoch möglich, auch zwei- oder mehrstufige Anzündladungen zu verwenden. Die in der Ladebohrung 4 verdichtete Anzündladung 7 ist oben mit einem Deckel 8 abgeschlossen, so daß eine dichte Packungslage garantiert ist.

Unterhalb des Gehäuseeinsatzes 3 ist ein metallischer Durchführungssockel 9, der das Gehäuse 2 dicht ver­ schließt, in Form einer sogenannten Glas-Metall-Durch­ führung angeordnet. Mittels einer umlaufenden Schweiß­ naht 10 sind das Gehäuse 2 und der Durchführungssockel 9 miteinander verbunden. Bei der Schweißung wird das Material des Gehäuses 2 und des Durchführungssockels 9 entlang einer umfänglich verlaufenden Linie verflüs­ sigt, so daß die beiden Teile bei Abkühlung eine feste Verbindung eingehen. Die Schweißnahtverbindung erfüllt die Anforderungen des Helium-Lecktests.

Die Länge des Gehäuses 2 ist derart bemessen, daß es den Durchführungssockel 9 überragt, wodurch ein Hohl­ raum 12 geschaffen wird. Durch den Durchführungssockel 9 sind zwei Kontaktstifte 11 aus Metall nach außen, d. h. in den Hohlraum 12, geführt. In dem Durchführungs­ sockel 9 ist um jeden der Kontaktstifte 11 jeweils eine Glaseinschmelzung 15 ausgebildet, welche den jeweiligen Kontaktstift 11 und den Durchführungssockel 9 elek­ trisch voneinander isoliert. Die Kontaktstifte 11 sind im oberen Bereich über die Zündbrücke 6 bzw. eine nicht dargestellte Leitung, welche die Zündbrücke 6 enthält, miteinander verbunden.

Das Anzündelement 1 weist des weiteren ein separates Elektronikteil 19 auf, das in den Hohlraum 12 des Ge­ häuses 2 einschiebbar ist. Das Elektronikteil 19 hat eine ringförmige Seitenwand 13, welche in ihrem Durch­ messer derart bemessen ist, daß sie in den Hohlraum 12 des Gehäuses 2 ohne großes Spiel einsetzbar ist. Das Elektronikteil 19 weist eine Anzündelektronik 14 auf, welche den Anzündstrom für die Zündbrücke 6 des Wirk­ teils 18 bereitstellt. Oberhalb der Anzündelektronik 14 sind Kontaktbuchsen 17 befestigt, welche an nicht dar­ gestellte Ausgänge der Anzündelektronik angeschlossen sind. Die Kontaktbuchsen 17 sind derart ausgerichtet und derart in ihrer Größe bemessen, daß sie bei dem Einschieben des Elektronikteils 19 in den Hohlraum 12 die Kontaktstifte 11 des Wirkteils 18 umfassen, so daß eine elektrisch leitende Verbindung zwischen Wirkteil 18 und Elektronikteil 19 geschaffen wird.

Das Elektronikteil 19 hat unterhalb der Anzündelektro­ nik 14 ein Bodenstück 16. Ist das Elektronikteil 19 in das Gehäuse 2 eingeschoben, verschließt das Bodenstück 16 dieses. Das Gehäuse 2 und das Bodenstück schließen bündig miteinander ab. Mittels einer umlaufenden Schweißnaht 20 sind das Gehäuse 2 und das Bodenstück 16 miteinander verbunden. Durch das Bodenstück 16 sind drei metallische Anschlußstifte 21 nach außen geführt.

In dem Bodenstück 16 ist um jeden der Anschlußstifte 21 jeweils eine Glaseinschmelzung 22 ausgebildet, welche den jeweiligen Anschlußstift 21 und das Bodenstück 16 elektrisch voneinander isoliert. Die oberen Enden der Anschlußstifte 21 sind mit nicht dargestellten Eingän­ gen der Anzündelektronik 14 verbunden.

Bei der Herstellung des Anzündelements 1 wird zunächst das Wirkteil 18 zusammengefügt und der Durchführungs­ sockel 9 mit dem Gehäuse 2 abdichtend verschweißt. An­ schließend wird das Wirkteil 18 auf seine Funktionsfä­ higkeit überprüft.

Ein bereits auf Funktionsfähigkeit überprüftes Elektro­ nikteil 19 wird in den Hohlraum 12 des Gehäuses 2 ein­ geschoben, so daß die Kontaktelemente des Wirkteils 18 und des Elektronikteils 19, nämlich die Kontaktstifte 11 und die Kontaktbuchsen 17, zusammengreifen. Nun wird das vollständige Anzündelement 1, d. h. das Wirkteil 18 und das elektrisch mit diesem verbundene Elektronikteil 19 auf Fehler überprüft. Arbeitet das vollständige An­ zündelement 1 fehlerfrei, wird als letzter Schritt das Elektronikteil 19 auch mechanisch mit dem Wirkteil 18 verbunden, indem das Bodenstück 16 des Elektronikteils 19 mittels einer umfänglich umlaufenden Schweißnaht 20 an dem Gehäuse 2 befestigt wird.

Der Anzündelektronik 14 werden über die Anschlußelemen­ te 21 kodierte Signale zugeführt, die von einer nicht dargestellten Steuereinheit beispielsweise über ein Bussystem ausgegeben werden. Auf ein vorbestimmtes Ein­ gangssignal hin stellt die Anzündelektronik 14 einen Anzündstrom an den Kontaktbuchsen 17 bereit, z. B. mit Hilfe eines zuvor aufgeladenen Kondensators. Der An­ zündstrom fließt dann durch die Zündbrücke 6 und er­ wärmt dies. Die dabei entstehende Wärme zündet die An­ zündladung 7 an, welche stark expandierend in den gas­ förmigen Zustand übergeht und dabei den Deckel 8 zer­ stört sowie das Gehäuse 2 an der Soll-Bruchstelle 2a öffnet, so daß das Gas austreten kann.

Der bei dem Anzündvorgang entstehende Druck übt auch eine Kraft auf den Durchführungssockel aus. Da der Durchführungssockel 9 mittels der umlaufenden Schweiß­ naht 10 fest mit dem Gehäuse 2 verbunden ist, gibt er dem Druck nicht nach, sondern verbleibt ortsfest. Auch die Kontaktstifte 11 verbleiben fest in den Glasdurch­ führungen 15. Die mechanische Belastung verbleibt also vollständig in dem Wirkteil 18. Sie wird nicht auf das Elektronikteil 19 und die darin angeordnete empfindli­ che Anzündelektronik 14 übertragen. Dadurch ist si­ chergestellt, daß die Anzündelektronik 14 auch nach dem Anzündvorgang funktionsfähig ist. Somit können die an­ deren an den Bus angeschlossenen Elemente auch weiter­ hin ungestört miteinander kommunizieren. Zudem kann die Anzündelektronik 14 des bereits ausgelösten Anzündele­ ments noch Signale empfangen und ausgeben. So kann die Anzündelektronik 14 beispielsweise über eine Messung der Änderung des Widerstandes zwischen den beiden Kon­ taktbuchsen 17 detektieren, daß die Anzündladung 7 aus­ gelöst wurde und ein Ausgangssignal über die An­ schlußstifte 21 an die Steuereinheit ausgeben.

Claims (10)

1. Pyrotechnisches Anzündelement, insbesondere zum Auslösen eines Rückhaltesystems, mit einem Wirkteil (18) mit einem Gehäuse (2), das eine Anzündladung (7) und eine Zündbrücke (6) zum Anzünden der Anzündladung (7) enthält, und einem Elektronikteil (19), das eine Anzündelektronik (14) zur Bereitstellung eines Anzündstroms aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) des Wirkteils (18) mindestens ein an einem Durchführungssockel (9) angeordnetes und mit der Zündbrücke (6) verbundenes Kontaktelement (11) zum Anlegen eines Anzündstroms enthält, wobei der Durchführungssockel (9) fest und abdichtend mit dem Gehäuse (2) verbunden ist und wobei das Gehäuse (2) den Durchführungssockel (9) des Wirkteils (18) überragt und das Elektronikteil (19) als selbständige Einheit enthält, die über Kontaktelemente (11, 17) elektrisch mit dem Wirkteil (18) verbunden ist.

2. Anzündelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektronikteil (19) ein Bodenstück (16) aufweist, das fest und abdichtend mit dem Gehäuse (2) verbunden ist und durch das mindestens ein Anschlußelement (21) hindurchge­ führt ist.

3. Anzündelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Durchführungssockel (9) des Wirkteils (18) und/oder das Bodenstück (16) des Elektronikteils (19) mit einer umlaufenden Schweißnaht (10) an dem Gehäuse (2) befestigt ist.

4. Anzündelement nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kontaktelemente (11, 17) des Wirk­ teils (18) und des Elektronikteils (19) als Stift-Buchsen- Verbindung ausgebildet sind.

5. Anzündelement nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kontaktelemente (11, 17) des Wirk­ teils (18) und des Elektronikteils (19) durch Federkraft in gegenseitiger Anlage gehalten sind.

6. Anzündelement nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kontaktelemente (11, 17) des Wirk­ teils (18) und des Elektronikteils (19) mit elektrisch leitendem Kleber zusammengehalten sind.

7. Anzündelement nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Durchführungssockel (9) des Wirkteils (18) und/oder ein Bodenstück (16) des Elektronikteils (19) jeweils mindestens eine Glaseinschmelzung (15; 22) auf­ weist, durch welche das Kontaktelement (11) des Wirkteils (18) bzw. ein Anschlußelement (21) des Elektronikteils (19) fest und abdichtend geführt ist.

8. Anzündelement nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Anzündelektronik (14) durch Program­ miersignale an Anschlußelementen (21) des Elektronikteils (19) programmierbar ist.

9. Anzündelement nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Anzündelektronik (14) einen Kommu­ nikationsteil zum Betreiben des Anzündelements (1) an einem Bussystem enthält.

10. Anzündelement nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Anzündelektronik (14) einen Energie­ speicher enthält, der mit einem Eingangssignal aufladbar ist und der bei Entladung den Anzündstrom erzeugt.