DE19961134C1 - Induktiv aktivierbare Zündkapsel für Insassen-Rückhaltesysteme und Prüfschaltung für diese Zündkapsel - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zündkapsel für den Gasgenerator eines Insassen-Rückhaltesystems in einem Kraftfahrzeug, insbesondere für den Gasgenerator eines aufblasbaren Aufprallschutzkissens (Airbag), bei welcher die für die Zündung des Zündmittels erforderliche elektrische Energie mittels magnetischer Wechselfelder induktiv eingekoppelt wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Prüfschaltung, mit der die Funktionstüchtigkeit der induktiv aktivierbaren Zündkapsel überwacht werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündkapsel für den Gasgenerator eines Insassen-Rückhaltesystems in einem Kraftfahrzeug, deren Zündmittel durch einen Widerstandsdraht zur Explosion gebracht wird, wobei die für die Zündung erforderliche elektrische Lei­ stung induktiv in die Zündkapsel eingekoppelt wird. Die Erfin­ dung betrifft außerdem eine Prüfschaltung, durch die festge­ stellt werden kann, ob die Zündkapsel funktionsfähig ist.

Zu den am häufigsten eingesetzten Insassen-Rückhaltesystemen in Kraftfahrzeugen gehören das aufblasbare Aufprall-Schutz­ kissen (Airbag) und der Gurtstraffer. Beide Rückhaltesysteme benötigen einen Gasgenerator, dessen Treibladung im Falle einer Fahrzeugkollision von einer Zündkapsel zur Explosion gebracht wird. Die hierdurch freigesetzte Gasmenge bläst den Airbag auf bzw. versetzt das Turbinenrad des Gurtstraffers in Rotation.

Ein Gasgenerator für einen Airbag ist beispielsweise in der US 5 803 494 A offenbart. Der bekannte Gasgenerator verfügt über mehrere elektrisch aktivierbare Zündkapseln, wie sie etwa in der DE 197 33 353 C1 beschrieben sind. Eine solche Zündkap­ sel weist ein zumindest teilweise mit einem Zündmittel gefüll­ tes, topfförmiges Gehäuse auf, welches von einem Isolierkörper verschlossen ist. Durch den Isolierkörper hindurch ragen zwei Kontaktstifte in das Innere der Zündkapsel. Die beiden Kon­ taktstifte sind durch einen Widerstandsdraht, der das Zünd­ mittel durchsetzt, elektrisch leitend miteinander verbunden. Bei einer Fahrzeugkollision wird ein Aufprallsensor aktiviert, der ein Signal an eine Auslöseschaltung sendet. Die Auslöse­ schaltung gibt daraufhin einen Stromimpuls an die Kontakt­ stifte der Zündkapsel ab, so daß der Widerstandsdraht zum Glühen oder Schmelzen gebracht wird. Die dabei freigesetzte Wärmeenergie bringt das Zündmittel zur Explosion. Die Zünd­ kapsel platzt an hierfür vorgesehenen Sollbruchstellen auf und läßt so das heiße Explosionsgas in das Innere des Gasgenera­ tors strömen. Infolge dessen wird die dort befindliche Treib­ ladung zur Detonation gebracht.

Ein gravierender Nachteil elektrisch aktivierbarer Zündkapseln ist darin zu sehen, daß ihr Widerstandsdraht im Laufe der Zeit korrodieren und brüchig werden kann, so daß mittels spezieller Prüfschaltungen, vgl. hierzu z. B. die DE 198 14 589 A1, in regelmäßigen Zeitabständen getestet werden muß, ob die Zünd­ kapsel noch funktionsfähig ist. Die von einer derartigen Prüf­ schaltung abgegebenen Testimpulse können unter ungünstigen Um­ ständen jedoch zu einer Fehlzündung mit fatalen Folgen führen, wenn beispielsweise nämlich dem Fahrer bei hoher Geschwindig­ keit durch den sich plötzlich aufblähenden Airbag sekundenlang die Sicht genommen wird. Zu einer Fehlzündung kann es aber auch durch elektrostatische Aufladungen im Kraftfahrzeug und durch Kriechströme kommen, wenn diese über die Kontaktstifte in das Innere der Zündkapsel geleitet werden.

Aus der DE 38 38 896 A1 ist eine Zündkapsel bekannt, durch die sich die soeben angesprochenen Probleme insofern vermeiden lassen, als das Zündmittel nicht über die Wärmeentwicklung eines elektrisch beheizten Widerstandsdrahtes zur Explosion gebracht wird, sondern durch die Einstrahlung von Laserlicht. Zu diesem Zwecke ist die Zündkapsel mit einem für das Laser­ licht durchlässigen Fenster verschlossen. Auf der Innenseite dieses Fensters ist eine Schicht aufgebracht, welche in ther­ mischem Kontakt zum Zündmittel steht und welche bei der Wel­ lenlänge des eingestrahlten Laserlichtes stark absorbiert. Somit wird die Schicht bei Lichteinstrahlung aufgeheizt und das Zündmittel zur Explosion gebracht. Im Hinblick auf eine bessere Lichteinkopplung ist bei der bekannten Zündkapsel vorgesehen, das transparente Fenster als Linse auszubilden. Der Nachteil dieser optisch aktivierbaren Zündkapsel ist darin zu sehen, daß erhebliche Lichtleistungen bereitgestellt werden müssen, wenn eine zuverlässige Zündung gewährleistet sein soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündkapsel für den Gasgenerator eines Insassen-Rückhaltesystems anzugeben, die praktisch nicht altert, bei der Fehlzündungen infolge von elektrostatischen Aufladungen und Kriechströmen ausgeschlossen sind und die äußerst zuverlässig gezündet werden kann. Diese Zündkapsel soll zudem bisherige, elektrisch oder optisch aktivierbare Zündkapseln ersetzen und demnach so beschaffen sein, daß sich herkömmliche Gasgeneratoren problemlos damit nachrüsten lassen. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zu­ grunde, eine Prüfschaltung anzugeben, durch welche sich die Funktionsfähigkeit der Zündkapsel überwachen läßt und welche keine Fehlzündungen auslösen kann.

Diese beiden Aufgabenaspekte werden durch eine Zündkapsel nach Anspruch 1 bzw. eine Prüfschaltung nach Anspruch 13 gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, die für die Zündung des Zündmittels erforderliche Heizleistung auf induktivem Wege in die Zündkapsel einzukoppeln. Infolgedessen sind keine elektrischen Zuleitungen notwendig, welche das Gehäuse der Zündkapsel durchsetzen, so daß elektrostatische Aufladungen oder Kriechströme, die eine Fehlzündung auslösen können, nicht in das Innere der Zündkapsel geleitet werden. Durch das Fehlen dieser Zuleitungen kann man das Gehäuse der Zündkapsel herme­ tisch verschließen. Hierdurch ist gewährleistet, daß keine Feuchtigkeit an den Widerstandsdraht und das Zündmittel gelan­ gen kann. Der Widerstandsdraht ist also vor Korrosion ge­ schützt und das Zündmittel bleibt auch unter ungünstigen Klimaverhältnissen, denen das Kraftfahrzeug ausgesetzt ist, trocken und damit zündfähig. Überdies ist der Widerstandsdraht weitgehend vor Temperaturschwankungen geschützt, welche anson­ sten über die elektrischen Zuleitungen in das Gehäuse der Zündkapsel weitergeleitet werden. Demzufolge ist gewährlei­ stet, daß der Widerstandsdraht praktisch nicht altert oder brüchig wird.

Die erfindungsgemäße Zündkapsel ermöglicht zudem die Verwen­ dung einer Prüfschaltung, welche ein sehr schwaches Wechsel­ stromsignal induktiv in die Zündkapsel einkoppelt. Hierdurch gelingt es mit einfachsten schaltungstechnischen Mitteln, die Funktionstüchtigkeit der Zündkapsel zu überwachen.

Das Prinzip der induktiven Einkopplung von elektrischer Heiz­ leistung in einen Verbraucher ist an sich bekannt. So ist bei­ spielsweise in der US 5 905 343 A eine elektrische Glühlampe beschrieben, deren Glühdraht als geschlossene Leiterschleife ausgebildet ist. In der Nähe des Lampenkolbens befinden sich Magnetkerne, über welche die von Primärwicklungen erzeugten magnetischen Wechselfelder an den Glühdraht heran geführt werden. Diese Felder durchsetzen die vom Glühdraht gebildete Sekundärwicklung und induzieren in dieser den für den Leucht­ vorgang benötigten Heizstrom.

Ferner sind aus dem Stand der Technik heraus bereits induktiv aktivierbare bzw. überprüfbare Zündkapseln bekannt. So ist in der DE 24 33 555 A1 eine berührungslose Zündimpuls-Übertragung für Airbags offenbart, bei welcher die zur Auslösung des Air­ bags benötigte elektrische Energie auf induktivem Wege von feststehenden auf drehbare Fahrzeugteile übertragen wird. Der hierbei verwendete Übertrager weist eine Primärwicklung auf, die mit der Lenksäule fest verbunden ist, sowie eine Sekundär­ wicklung, die an der Lenkspindel bzw. am Lenkrad befestigt ist und sich koaxial in der Primärwicklung dreht.

Aus der DE 195 30 586 A1 ist eine Anordnung zum Kontrollieren des Widerstandes einer an einen Übertrager angeschlossenen Last bekannt, bei welcher der Last ein zusätzlicher Widerstand parallel geschaltet ist und bei welcher Mittel vorgesehen sind, welche den primärseitigen Eingangswiderstand des Über­ tragers messen und bei Abweichung des Eingangswiderstandes von einem vorgegebenen Wert einen Fehler der Last signalisieren. Die bekannte Anordnung wird vorzugsweise zum Kontrollieren der Funktionstüchtigkeit von Zündpillen von Airbagsystemen verwen­ det.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispie­ len näher erläutert:

Fig. 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch die erfindungs­ gemäße Zündkapsel sowie in Form eines Blockschaltbildes die zugehörige Auslöseschaltung und die erfindungsgemäße Prüf­ schaltung. Die Zündkapsel 1 verfügt über ein topfförmiges Ge­ häuse 2, das zumindest teilweise mit einem Zündmittel 4 ge­ füllt ist. Die dem Innenraum des hier nicht gezeigten Gas­ generators zugewandte Oberseite der Zündkapsel 1 ist als Berstscheibe 3 ausgebildet oder weist Sollbruchstellen auf, so daß sichergestellt ist, daß im Falle einer Fahrzeugkollision die heißen Explosionsgase rasch und zuverlässig in das Innere des Gasgenerators gelangen, wo sie die Treibladung zur Detona­ tion bringen. Das Gehäuse 2 ist an seiner Unterseite durch einen Verschlußkörper 5 hermetisch verschlossen. Im darge­ stellten Ausführungsbeispiel wird der Verschlußkörper 5 von einem Magnetkern 11 durchsetzt. Dieser Magnetkern 11 kann in einer bevorzugten Ausführungsform auch zweiteilig ausgebildet sein, so daß eine Öffnung im Gehäuse 2 nicht erforderlich ist. Im Inneren des Gehäuses 2 befindet sich ein geeignet gehalter­ ter Widerstandsdraht 8, der das Zündmittel 4 durchsetzt und der zusammen mit einer Sekundärwicklung 7 einen Sekundärstrom­ kreis 6 bildet. Wesentlich hierbei ist, daß elektrische Zulei­ tungen, die von außen in die Zündkapsel geführt sind und somit Ursache von Fehlzündungen sein können, nicht vorhanden sind. Außerhalb des Gehäuses 2 ist der Magnetkern 11 von einer Pri­ märwicklung 10 umgeben. Das Verhältnis der Windungszahlen von Primärwicklung 10 zu Sekundärwicklung 7 ist so bemessen, daß im Sekundärstromkreis 6 ein ausreichend starker Strom indu­ ziert wird, der den Widerstandsdraht 8 zuverlässig zum Glühen oder Schmelzen bringt und so die Explosion des Zündmittels 4 herbeiführt.

Die Primärwicklung 10 bildet zusammen mit einer Auslöseschal­ tung 12 einen Primärstromkreis 9. Die Auslöseschaltung 12 ist mit einem Aufprallsensor 13 verbunden. Im Falle einer Fahr­ zeugkollision gibt der Aufprallsensor 13 ein Signal an die Auslöseschaltung 12 ab, aufgrund dessen sie eine hinreichend große Wechselspannung erzeugt. Die Wechselspannung kann z. B. sinusförmig oder rechteckförmig sein; entscheidend für das Funktionieren der Zündkapsel ist lediglich, daß infolge dieser Wechselspannung auf der Sekundärseite ein Wechselstrom indu­ ziert wird, der den Widerstandsdraht 8 ausreichend erhitzt.

Parallel zur Primärwicklung 10 ist eine Prüfschaltung 14 geschaltet. Diese erzeugt in regelmäßigen Zeitabständen, bei­ spielsweise im Abstand von einigen Sekunden, oder aber kon­ tinuierlich eine schwache Wechselspannung, deren Frequenz von der für die Zündung bereitgestellten Wechselspannung deutlich verschieden, beispielsweise also sehr viel höher sein kann. Solange der Widerstandsdraht 8 zusammen mit der Sekundärwick­ lung 7 einen geschlossenen Sekundärstromkreis 6 bildet, dieser Stromkreis mit anderen Worten also intakt ist, wird die Prüf­ schaltung 14, sobald sie ihre Prüfsignale an die Primärwick­ lung 10 abgibt, in genau definierter Weise leistungsmäßig belastet. Bricht nun z. B. der Widerstandsdraht 8, was eine Folge ständiger Fahrzeugerschütterungen sein kann, dann ist der Sekundärstromkreis 6 plötzlich offen. Die Belastung der Prüfschaltung 14 ändert sich infolge dessen. Zur Verwirkli­ chung der erfindungsgemäßen Prüfschaltung 14 bedarf es neben einem Wechselspannungsgenerator für die Erzeugung der Prüf­ spannung also lediglich eines Schaltkreises, der eine Änderung der Belastung durch den Sekundärstromkreis erkennt und darauf­ hin ein Warnsignal, das z. B. optisch oder akustisch sein kann, abgibt. Ein Schaltkreis, bei welchem ein Prüfsignal induktiv in die Stromzuleitung einer herkömmlichen Zündkapsel eines Airbags eingekoppelt wird, ist an sich schon aus der Druck­ schrift DE 38 12 633 C2 bekannt. Im Unterschied zu diesem Stand der Technik wird das Prüfsignal bei der erfindungsge­ mäßen Prüfschaltung in einen von der Umgebung elektrisch voll­ ständig isolierten Sekundärkreis eingekoppelt, der den Wider­ standsdraht 8 enthält. Ein besonderer Vorteil dieser Anordnung ist darin zu sehen, daß das Prüfsignal, sofern es nur eine minimale Aufheizung des Widerstandsdrahtes bewirkt, durchaus auch ununterbrochen gesendet werden kann.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Sekundärstromkreis 6 nur noch aus einem in sich geschlos­ senen Ring des Widerstandsdrahtes 8, also aus einer Sekundär­ wicklung mit genau einer Windung. Zu beiden Seiten der Zünd­ kapsel sind eine erste Primärwicklung 10a und eine zweite Primärwicklung 10b mit jeweils einem Magnetkern 11a, 11b angeordnet. Die beiden Primärwicklungen 10a, 10b werden im Falle einer Fahrzeugkollision von zwei Auslöseschaltungen 12a, 12b in der oben bereits erörterten Weise mit Wechselstrom ver­ sorgt. Die hierbei erzeugten Magnetfelder durchsetzen den geschlossenen Ring aus Widerstandsdraht gleichsinnig, was in der Fig. 2 durch einen Pfeil symbolisiert ist, und induzieren den für die Zündung des Zündmittels 4 benötigten Heizstrom.

Diese spezielle Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Zündkapsel ermöglicht einen sehr wirkungsvollen Schutz gegen Fehlzünd­ ungen, welche von Fehlern im Auslösestromkreis herrühren. Bemißt man nämlich die in den beiden Primärstromkreisen 9a, 9b fließenden Wechselströme so, daß erst das gleichzeitige Zusam­ menwirken beider den Widerstandsdraht 8 auf die erforderliche Zündtemperatur aufheizt, dann kann einer der Primärstromkreise in Folge technischer Fehler in Aktion treten, ohne daß es zu einer Fehlzündung mit den oben bereits beschriebenen fatalen Folgen kommt. Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Zündkapsel auch mit mehr als zwei zusammenwirkenden Primär­ stromkreisen ausgestattet sein. In einem bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiel sind 4 Primärwicklungen um die Zündkapsel herum angeordnet, deren induktive Leistung so bemessen ist, daß erst das Zusammenwirken von 3 Primärstromkreisen zur Zündung führt. Das System bleibt also auch dann noch voll funktionsfähig, wenn einer der Primärstromkreise ausgefallen ist. Gleichzeitig werden Fehlzündungen der oben beschriebenen Art sicher verhin­ dert. Selbstverständlich kann mindestens einer der Primär­ stromkreise wieder mit einer erfindungsgemäßen Prüfschaltung ausgestattet sein.

In der Fig. 3a ist perspektivisch dargestellt, wie sich der als geschlossene Leiterschleife ausgebildete Widerstandsdraht sicher in der erfindungsgemäßen Zündkapsel 1 unterbringen läßt. Zu diesem Zweck ist der Widerstandsdraht 8 auf einem Trägerplättchen 15 aus isolierendem Material fixiert. Der Pfeil verdeutlicht auch hier, wie der Sekundärstromkreis vom magnetischen Wechselfeld des Primärstromkreises zum Zwecke der induktiven Verkopplung durchsetzt wird. Vorteilhaft ist es, wenn der Draht, wie in Fig. 3b im Schnitt dargestellt, in eine Nut 16 des Trägerplättchens 15 eingelegt ist. Mit Bezugszeichen 4 ist wiederum das Zündmittel bezeichnet. Fig. 3c zeigt im Schnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem zwei ringförmige Widerstandsdrähte 8a, 8b voneinander elektrisch isoliert zu beiden Seiten eines Trägerplättchens 15 angebracht sind. Fällt einer der Widerstandsdrähte z. B. durch Bruch oder Korrosion aus, bleibt die Zündkapsel gleichwohl voll funktionsfähig. Es versteht sich von selbst, daß auch mehrere Anordnungen der in Fig. 3c gezeigten Art in einer erfindungsgemäßen Zündkapsel nebeneinander oder übereinander gestapelt untergebracht sein können. Besonders vorteilhaft ist es in diesem Falle, wenn die Zündkapsel 1 von der mindestens einen Primärwicklung 10; 10a, 10b umschlossen wird und bei­ spielsweise als Wickelkörper für die Primärwicklung dient. Eines zusätzlichen Magnetkerns für die Primärwicklung bedarf es bei dieser Ausführungsform nicht.

Claims (15)

1. Induktiv aktivierbare Zündkapsel für den Gasgenerator eines Insassen-Rückhaltesystems in einem Kraftfahrzeug, insbe­ sondere für den Gasgenerator eines aufblasbaren Aufprall­ schutzkissens, mit einem topfförmigen Gehäuse (2), welches zumindest teilweise mit einem Zündmittel (4) gefüllt ist, wobei außerhalb des Gehäuses (2) mindestens ein Primär­ stromkreis (9; 9a, 9b) mit einer Primärwicklung (10; 10a, 10b) angeordnet ist, die im Falle einer Fahrzeugkollision mit einem Auslösestrom versorgt wird, und wobei innerhalb des Gehäuses (2) mindestens ein Sekundärstromkreis (6) vorgesehen ist, der eine Sekundärwicklung (7) und in Reihe dazu geschaltet einen Widerstandsdraht (8) enthält, wobei der Widerstandsdraht (8) das Zündmittel (4) durchsetzt oder sich in unmittelbarer Nähe des Zündmittels (4) befindet, und wobei die mindestens eine Sekundärwicklung (7) mit der mindestens einen Primärwicklung (10; 10a, 10b) induktiv verkoppelt ist.

2. Zündkapsel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) durch einen Verschlußkörper (5) hermetisch ver­ schlossen ist.

3. Zündkapsel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) aus einem isolierenden Material besteht.

4. Zündkapsel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußkörper (5) aus einem isolierenden Material besteht.

5. Zündkapsel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Primärwicklung (10; 10a, 10b) und die mindestens eine Sekundärwicklung (7) jeweils einen Magnet­ kern (11; 11a, 11b) umschließen.

6. Zündkapsel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein gemeinsamer Magnetkern (11) vorgesehen ist, der den Verschlußkörper (5) durchsetzt.

7. Zündkapsel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Primärwicklung (10; 10a, 10b) und die mindestens eine Sekundärwicklung (7) jeweils über einen eigenen Magnetkern (11; 11a, 11b) verfügen.

8. Zündkapsel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Sekundärstromkreis (6) aus einem ring­ förmig geschlossenen Widerstandsdraht (8) besteht, der im Gehäuse (2) der Zündkapsel (1) so angeordnet ist, daß er mit der mindestens einen Primärwicklung (10; 10a, 10b) außerhalb des Gehäuses (2) induktiv verkoppelt ist.

9. Zündkapsel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine ringförmig geschlossene Widerstands­ draht (8) auf einem Trägerplättchen (15) angeordnet ist.

10. Zündkapsel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei ringförmig geschlossene Widerstandsdrähte (8; 8a, 8b) elektrisch voneinander isoliert auf gegenüber­ liegenden Seiten jedes Trägerplättchens (15) angeordnet sind.

11. Zündkapsel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Primärstromkreise (9; 9a, 9b) sowie ein Sekundärstromkreis (6) vorgesehen sind, wobei die elektri­ sche Leistung, die durch jeweils einen der Primärstrom­ kreise (9; 9a, 9b) in den Sekundärstromkreis (6) einge­ koppelt wird, so bemessen ist, daß das Zündmittel (4) nicht zur Explosion gebracht wird.

12. Zündkapsel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslösestrom ein sinusförmiger oder rechteckförmiger Wechselstrom ist.

13. Prüfschaltung für eine induktiv aktivierbare Zündkapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie der mindestens einen Primärwicklung (10; 10a, 10b) parallel geschaltet ist und ein schwaches Wechselspannungs­ signal an die mindestens eine Primärwicklung (10; 10a, 10b) abgibt, und daß sie eine Vorrichtung beinhaltet, welche eine Änderung des in der mindestens einen Primärwicklung (10; 10a, 10b) fließenden Wechselstromes erfaßt.

14. Prüfschaltung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei einer Änderung des in der mindestens einen Primärwicklung (10; 10a, 10b) fließenden Wechselstromes ein Alarmsignal erzeugt.

15. Prüfschaltung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das schwache Wechselspannungssignal in regelmäßigen Zeitabständen oder kontinuierlich abgegeben wird.