DE19962590A1 - Steuerungsmodul für Auslöseeinheiten zur Initiierung pyrotechnischer Elemente - Google Patents

Abstract

Unter pyrotechnischen Elementen sind alle Elemente zu verstehen, die durch das Anlegen einer elektrischen Spannung, vorzugsweise in Verbindung mit codierten Signalen, einen pyrotechnischen Effekt auslösen, der eine erwünschte Wirkung hat, beispielsweise die Zündung einer Sprengladung oder die Auslösung des Gasgenerators eines Airbags oder Gurtstraffers, eines Feuerwerkskörpers, von Sprinkleranlagen oder die Zerstörung von Sperren für Sicherheitssysteme, beispielsweise Notausgängen. Ermöglicht werden diese Anwendungen durch eine elektronische Schaltung, die Schalt- und Steuereinheit, innerhalb der Auslöseeinheiten. Zum Schutz dieser elektronischen Schaltung und zur Verbesserung ihrer Handhabung wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Schalt- und Steuereinheit (7) in einen Kunststoffkörper (16) eingebettet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuerungsmodul für Auslöseeinheiten zur Initiierung pyrotechnischer Elemente entsprechend dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.

Unter pyrotechnischen Elementen sind alle Elemente zu verstehen, die durch das Anlegen einer elektrischen Spannung, vorzugsweise in Verbindung mit codierten Signalen, einen pyrotechnischen Effekt auslösen, der eine erwünschte Wirkung hat, beispielsweise die Zündung einer Sprengladung oder die. Auslösung des Gasgenerators eines Airbags oder Gurtstraffers, eines Feuerwerkskörpers, von Sprinkleranlagen oder die Zerstörung von Sperren für Sicherheitssysteme, beispielsweise Notausgängen. Somit gehören unter anderem Zünder, insbesondere Sprengzünder für zivile und Hochsicherheitsbereiche (Automotiv, Militär und Ölfeld), Zündelemente und Gasgeneratoren zu den pyrotechnischen Elementen.

Wie die obige Aufzählung zeigt, werden pyrotechnische Elemente zur Lösung von Aufgaben eingesetzt, für die ein Einsatz bei der Einführung der elektrischen Zündung noch undenkbar erschien. Ermöglicht werden diese Anwendungen durch elektronische Schaltungen innerhalb der Auslöseeinheiten, bei Sprengzündern beispielsweise Hybrid genannt, die aufgrund gespeicherter und übermittelter Daten die Ladungen nach zeitlichen Vorgaben im Millisekundenbereich genau dann zünden, wenn es erforderlich ist, beispielsweise beim Airbag oder beim Rohstoffabbau.

Ein Zünder mit einer elektronischen Schaltung ist aus der EP 0 183 933 B1 bekannt. Es ist ein elektronischer Sprengzünder, bei dem auf einer Leiterplatte die elektronische Schaltung, mit der beispielsweise die Zünderadressierung und die Festlegung des Zündzeitpunkts ermöglicht wird, die Schalt- und Steuereinheit, und in einer Ausnehmung der Leiterplatte ein die Zündenergie liefernder Kondensator angeordnet sind. Außerdem sind an Anschlußstellen auf der Leiterplatte die Zündpille als Anzündmittel und die Zündleitung angelötet. Die Schalt- und Steuereinheit besteht aus empfindlichen elektronischen Bauteilen. Die elektronische Schaltung auf der Leiterplatte und die Zündpille werden von einer Hülse umgeben, die auch die Primärladung enthält. Die Hülse wird durch einen Stopfen verschlossen, durch den die Zündleitung hindurchgeführt wird. Die Leiterplatte mit der elektronischen Schaltung liegt direkt an der Hülsenwand an. Werden solche Sprengzünder beispielsweise beim Intervallsprengen eingesetzt, können die Druckeinwirkungen benachbarter explodierender Zünder die Hülse deformieren und dadurch die Platine mit den aufgedruckten Leiterbahnen beschädigen, was auch zu Schäden an der elektronischen Schaltung führen kann. Weiterhin ist aufgrund der ungeschützten elektronischen Bauteile bei der Handhabung und beim Einbau der elektronischen Schaltungen in die Zünder Vorsicht und Sorgfalt zu beachten. Der bekannte Zünder ist speziell mit der für den vorgesehenen Anwendungsfall erforderlichen elektronischen Schaltung ausgestattet, insbesondere in Bezug auf die Adressierung des Zünders und die Festlegung des Zündzeitpunkts.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Schutz und die Handhabungsmöglichkeit elektronischer Schaltungen von Auslöseeinheiten zu verbessern.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit Hilfe der kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen beansprucht.

Das erfindungsgemäße Steuerungsmodul für Auslöseeinheiten besteht aus der Schalt- und Steuereinheit, die vollständig in einen Kunststoffkörper eingebettet ist. Weil die Schalt- und Steuereinheit ein empfindliches Bauteil ist, ist es vorteilhaft, wenn die elektronische Schaltung, beispielsweise in Chip-on-Board-Technologie (CoB-Technologie), mit oder ohne IC-Gehäuse, in einen Kunststoffkörper eingebettet ist. Die Schalt- und Steuereinheit kann beispielsweise in einer Form mit einem Kunststoff umspritzt werden, vorzugsweise Polyvinylfluorid (PVC), Polyurethan (PU) oder mit Polyamiden (PA) und thermoplastischen Elastomeren (TPE). Ein Vergießen, vorzugsweise mit Epoxidharzen, ist ebenfalls möglich. Durch das Umspritzen oder Vergießen der Schalt- und Steuereinheit entsteht ein Steuerungsmodul mit einer elastischen Steifigkeit gegen äußere Druck- und Schockeinwirkungen. Weiterhin wird das Steuerungsmodul aufgrund der Eigensteifigkeit und der Formstabilität des Kunststoffkörpers in vorteilhafter Weise für Maschinen handhabbar, ohne daß bei der Handhabung die Gefahr besteht, daß die empfindlichen elektronischen Bauteile beschädigt werden.

Die Erfindung ermöglicht es weiterhin, die Schalt- und Steuereinheiten für die Auslöseeinheiten getrennt von den Ladungskörpern herzustellen. Die Abstimmung auf den geforderten Einsatzbereich erfolgt dann erst vor dem Zusammenbau durch eine geeignete Programmierung.

Das Steuerungsmodul wird in einen Kunststoffkörper solcher Abmessungen eingebettet, daß es, um das Anzündmittel ergänzt, in die dafür vorgesehenen Ausnehmungen der Auslöseeinheiten eingesetzt werden kann. Aufgrund der durch die Formstabilität des Kunststoffs möglichen guten Handhabung der Steuerungsmodule kann der Zusammenbau der Auslöseeinheiten vorteilhaft maschinell erfolgen. Die Verbindung zwischen einer Auslöseeinheit und einem Steuerungsmodul kann beispielsweise durch Einkleben oder bei Zündern auch durch eine mechanische Verformung der Hülsenwand, beispielsweise durch Krimpen, erfolgen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Kunststoffkörper des Steuerungsmoduls nach seiner Formgebung von einer Hülse umgeben werden. Die Schalt- und Steuereinheit kann allerdings auch in eine Hülse eingeführt werden, die dann mit dem Kunststoff ausgefüllt wird. Eine Hülse, insbesondere aus Metall, verleiht dem Steuerungsmodul noch mehr Schutz und Stabilität und erleichtert die Handhabung weiter. Die Hülse kann so ausgestattet sein, daß sie mit der dafür vorgesehenen Aufnahme der Auslöseeinheit formschlüssig, beispielsweise mittels eines Gewindes, oder kraftschlüssig, beispielsweise durch Klemmsitz, oder stoffschlüssig durch Verkleben verbunden werden kann. Die Auslöseeinheit kann aus einer für den vorgesehenen Einsatzzweck programmierten Schalt- und Steuereinheit mit einem passenden Ladungskörper, das heißt mit einer optimal abgestimmten Ladung, gekoppelt werden. Diese Kopplung erfolgt, nachdem zunächst an den Anschlüssen der Schalt- und Steuereinheit das Anzündmittel angelötet worden ist.

Die Handhabung des Steuerungsmoduls kann wesentlich vereinfacht werden, wenn es noch nicht mit der Zündleitung ausgestattet ist. Der Anschluß an die Zündleitung kann mittels einer Steckverbindung erfolgen. Dabei ist das freie Ende des Steuerungsmoduls als Kupplungsteil der Steckverbindung ausgebildet, als Stecker oder als Steckbuchse, und die Zündleitung mit dem entsprechenden Gegenstück ausgestattet. Diese Konzeption einer Auslöseeinheit mit Steckverbindung vereinfacht die Handhabung und den Einbau vor Ort, beispielsweise an einem Airbag oder bei Sprengzündern durch Anschluß einer Zündleitung mit genau erforderlicher Länge vor Ort. Weiterhin ist es möglich, die Steckverbindung durch entsprechende Formgebung und Ausstattung gegen Feuchtigkeit abzudichten. Das ist besonders vorteilhaft beim Einsatz in Fahrzeugen und beim Sprengen.

Als Ausführungsbeispiel für mögliche Anwendungsfälle wird die Erfindung anhand von Sprengzündern näher erläutert. Aufgrund unterschiedlicher Bauformen anderer Auslöseeinheiten, beispielsweise von Gurtstraffern oder Gasgeneratoren von Airbags, können die Ausführungen voneinander abweichen.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Steuerungsmodul

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Auslöseeinheit in Form eines elektronischen Zünders mit einer Steckverbindung in Form eines Cinch- Steckers und

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Auslöseeinheit, deren Hülse zweiteilig ist.

In Fig. 1 ist in stark vergrößertem Maßstab ein Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Steuerungsmodul 13 dargestellt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Schalt- und Steuereinheit 7 für einen elektronischen Zünder vorgesehen. Die elektronische Schaltung, die von einem IC-Gehäuse 11 umgeben wird, ermöglicht die Zünderadressierung und die Festlegung des Zündzeitpunkts. Das IC-Gehäuse sowie die gedruckte Schaltung sind auf einer Leiterplatte 17 angeordnet. An der Leiterplatte sind die Anschlüsse 9 für das Anzündmittel, die Anzündpille, angelötet und auf der gegenüberliegenden Seite die Anschlüsse 19, die zu einer Steckbuchse 15 führen. Diese ist ein Kupplungsteil einer Steckverbindung, mit der die Zündleitung angeschlossen wird. Die Steckbuchse 15 besteht aus zwei konzentrischen Kontakten 33 und 34 in Form von Blechzylindern, an die jeweils ein Anschlußdraht der Anschlüsse 19 angelötet ist.

Die Schalt- und Steuereinheit 7 sowie die daran angeschlossenen Anschlüsse 9 und 19 sind vollständig in einen Kunststoffkörper 16 eingebettet. Die Steckbuchse 15 ist in dem freien, die Hülse des Zünders verschließendem Ende 14 des Kunststoffkörpers 16 teilweise eingebettet. Der Kunststoff kann beispielsweise Polyvinylfluorid (PVC), Polyurethan (PU), ein Polyamid (PA) oder ein thermoplastisches Elastomer (TPE) sein. Ebenfalls möglich ist einer Vergießen in Epoxidharzen. Der Kunststoffkörper 16 wird so geformt, daß sich ein zylinderförmiger Körper mit einem Durchmesser 18 ergibt, der in eine herkömmliche Hülse eines elektronischen Zünders eingeschoben werden kann.

Das Steuerungsmodul 13 ermöglicht es, die Schalt- und Steuereinheit 7 mit ihren Anschlüssen leicht zu handhaben, zu lagern und zu transportieren und maschinell in die Hülse eines Zünders einzubauen. Das Steuerungsmodul kann außerdem unabhängig von einem Zünder hergestellt, programmiert und gelagert werden. Steuerungsmodule können so beispielsweise in Blisterpackungen, in Gurten aufgereiht, automatischen Fertigungsstraßen zugeführt werden.

In Fig. 2 ist mit 1 eine Auslöseeinheit in Form eines elektronischen Zünders bezeichnet. Seine Hülse 2 enthält im Bereich ihres geschlossenen Endes 3 die Ladung 4, den Initialzündstoff, und über dieser angeordnet die Primärladung 5.

Der Rohzünder 6 umfaßt im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Schalt- und Steuereinheit 7 und als Anzündmittel eine Zündpille 8. Die Schalt- und Steuereinheit 7 besteht, wie in Fig. 1, aus einer Leiterplatte 17 mit den Bauteilen der elektronischen Schaltung zur Adressierung des Zünders und zur Festlegung des Zündzeitpunkts. Die elektronische Schaltung ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel in einem auf die Leiterplatte 17 gelöteten IC-Gehäuse 11 untergebracht sind. Die Zündpille 8 ist an die Anschlüsse 9 der Schalt- und Steuereinheit 7 gelötet und mit einem Schutzschlauch 10 überzogen, der beispielsweise aus Silikongummi bestehen kann, und sie vor elektrostatischer Aufladung schützt.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 erfolgt der Zusammenbau eines elektronischen Zünders der Art, daß zunächst die Hülse 2 mit dem Ladungskörper, mit der Ladung 4 und der Primärladung 5, getrennt vorhanden ist. An die Anschlüsse 9 des Steuerungsmoduls 13 wird die Zündpille 8 angelötet. Danach wird das Steuerungsmodul 13 in die Hülse 2 so weit eingeschoben, bis daß das freie Ende 14 des Kunststoffkörpers 16 das offene Ende 12 der Hülse 2 verschließt und mit diesem bündig abschließt. Die Fixierung des Steuerungsmoduls 13 erfolgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch eine Sicke 40. Ein Verkleben des Steuerungsmoduls 13 in der Hülse wäre ebenfalls denkbar.

Das vorliegende Ausführungsbeispiel zeigt als Verbindung der Zündleitung 22 mit dem elektronischen Zünder 1 eine Steckverbindung 29 in Form eines gekapselten Cinch-Steckers. Der Stecker 21 an der Zündleitung 22 besteht vorzugsweise aus einem elastischen Kunststoff und enthält den in den inneren Kontakt 34 der Steckbuchse 15 einschiebbaren Kontaktstift 35 und die von einem konzentrischen Spalt 36 umgebene Kontakthülse 37 zur Kontaktierung des äußeren Anschlusses 33.

Die Kontakte werden zusätzlich von einem Überwurf 38 gegen Nässe geschützt, der über die Hülse 2 geschoben wird. Dabei greift ein keilförmiger Wulst 39 in die Sicke 40 in der Hülse 2 und bildet so eine formschlüssige Sicherung und Abdichtung der Steckverbindung 29. Es können dadurch Auszugskräfte von < 100 N gewährleistet werden.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer zweiteiligen Hülse. Alle mit dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel übereinstimmende Merkmale sind mit den selben Bezugsziffern bezeichnet.

Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist das Steuerungsmodul 13 bereits durch eine Hülse 102 umschlossen. Gegenüber dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist der Kunststoffkörper 16 an seinem der Zündpille 8 zugewandten Ende 23 verlängert und hat einen Außendurchmesser, der dem Innendurchmesser der Hülse 2 des Ladungsträgers entspricht. Die das Steuerungsmodul 13 umschließende Hülse 102 kann bis zu diesem verlängerten Ende 23 reichen, so daß es frei liegt. Die auf das verlängerte Ende 23 des Kunststoffkörpers 16 geschobene Hülse 2 kann mit diesem beispielsweise durch Kleben, Einwürgen oder Krimpen verbunden werden.

Eine die Formstabilität besonders steigernde Lösung ist, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel gezeigt, wenn die Hülse 102 auch das verlängerte Ende 23 des Kunststoffkörpers 16 umschließt. In einem solchen Fall müssen allerdings das verlängerte Ende 23 des Kunststoffkörpers 16 sowie die Hülse 102 im Durchmesser so verjüngt werden, daß sie in die Hülse 2 des Ladungsträgers eingeschoben werden können. Im vorliegenden Fall ist durch zwei eingebrachte Sicken 25 eine mechanische Verbindung zwischen den beiden Hülsen hergestellt worden. Diese Verbindung sorgt für die nötige Stabilität und kann, wenn eine entsprechende Dichtmasse zwischen den beiden Hülsen aufgebracht wird auch die erforderliche Dichtigkeit gegenüber Feuchtigkeit aufweisen. Die beiden Hülsen 2 und 102 können auch mittels eines Gewindes miteinander verbunden werden, wobei die Hülse 102 das Außengewinde und die Hülse 2 das Innengewinde trägt.

Claims (7)

1. Steuerungsmodul für Auslöseeinheiten zur Initiierung pyrotechnischer Elemente mit einer Schalt- und Steuereinheit zur Festlegung des Zündzeitpunkts und gegebenenfalls zur Adressierung der Auslöseeinheit, die dem Anzündmittel für den Ladungskörper vorgeschaltet ist und deren elektrische Ankopplung über eine Zündleitung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalt- und Steuereinheit (7) in einen Kunststoffkörper (16) eingebettet ist.

2. Steuerungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffkörper (16) aus einem Werkstoff mit einer solchen Eigensteifigkeit und Formstabilität besteht, daß er maschinell handhabbar ist.

3. Steuerungsmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen (18) des Kunststoffkörpers (16) auf die Abmessungen einer dafür vorgesehenen Aufnahme (2) in der Auslöseeinheit (1) abgestimmt sind.

4. Steuerungsmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffkörper (16) von einer Hülse (102) umgeben ist.

5. Steuerungsmodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (102) um den Kunststoffkörper (16) so ausgestattet ist, daß sie mit der Aufnahme (2) der Auslöseeinheit (1) formschlüssig, kraftschlüssig oder stoffschlüssig verbindbar ist.

6. Steuerungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß des Steuerungsmoduls (13) an die Zündleitung (22) mittels einer Steckverbindung (29) erfolgt und daß das freie Ende (14) des Kunststoffkörpers (16) des Steuerungsmoduls (13) als Kupplungsteil der Steckverbindung (29), als Stecker (21) oder als Steckbuchse (15), ausgebildet ist und daß die Zündleitung (22) mit dem entsprechenden Gegenstück ausgestattet ist.

7. Steuerungsmodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Kupplungsteil (21) der Steckverbindung (29) mit einem Dichtelement (38) ausgestattet ist.