DE4429175B4

DE4429175B4 - Elektrischer Zünder

Info

Publication number: DE4429175B4
Application number: DE19944429175
Authority: DE
Inventors: Erwin Caflisch; Jörgen Bonnevie
Original assignee: EMS-PATVAG AG; Ems Patvag AG
Current assignee: EMS-PATVAG AG; Ems Patvag AG
Priority date: 1993-08-25
Filing date: 1994-08-17
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2014-08-18
Also published as: DE4429175A1; CH688564A5

Abstract

Elektrischer Zünder mit einem Überspannungsableiter für einen Gasgenerator mit einem Initialsprengstoff (5, 6) enthaltenden Gehäuse (2), in welchem ein Zündmittel mit einer einen definierten elektrischen Widerstand aufweisenden Kontaktbrücke (7) angeordnet ist, wobei an die Kontaktbrücke (7) zwei Kontaktstifte (8) mit einer Steckverbindung angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die zu der Kontaktbrücke (7) führenden, im Wesentlichen zueinander parallelen Kontaktstifte (8) orthogonal zu ihrer Längserstreckung durch eine konzentrische Bohrung (12a) eines galvanisch leitenden Ringes (12) geführt sind, dass dieser Ring (12) eine Höhe (D) aufweist, welche zumindest dem zweifachen Durchmesser (d) der Kontaktstifte (8) entspricht und mit einer Masseleitung (E) des Zünders (1) verbunden ist, und dass die Kontaktstifte (8) zumindest partiell in einem zur Atmosphäre hin offenen Raum einen auf die vorgesehene Durchschlagfeldstärke ausgerichteten Abstand (e) zu dieser durch die Bohrung (12a) des Ringes (12) gebildeten Elektrode aufweisen, so dass sie die Gegenelektrode bei einer an mindestens einem Kontaktstift (8) auftretenden...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Zünder mit einem Überspannungsableiter für einen Gasgenerator mit einem Initialsprengstoff enthaltenden Gehäuse, in welchem ein Zündmittel mit einer einen definierten elektrischen Widerstand aufweisenden Kontaktbrücke angeordnet ist, wobei an die Kontaktbrücke zwei Kontaktstifte mit einer Steckverbindung angeschlossen sind.

Ein elektrischer Zünder der vorstehenden Art ist Gegenstand der EP 0 029 671 A1 . Solche Zünder werden beispielsweise in Gasgeneratoren für Aufprallschutzsysteme (Airbags) heutiger Kraftfahrzeuge eingesetzt. Mit der Ausbreitung von elektronischen Zünd- und Überwachungsvorrichtungen in der Fahrzeugtechnik, insbesondere aber durch die zunehmende Verwendung von mobilen Funkanlagen, ist die Gefahr von momentanen Überspannungen gestiegen, welche einen ungeschützten Gasgenerator aktivieren können. Es sind daher besondere Maßnahmen notwendig, damit eine eventuelle, in der Fahrzeug-Elektronik auftretende, unkontrollierte Spitzenspannung keine Auslösung der Airbags bewirkt.

Bei dem elektrischen Zünder nach der genannten EP 0 029 671 A1 durchsetzen die beiden Kontaktstifte mit Spiel einen Schlitz in einer dielektrischen Scheibe. An dieser Durchdringungsstelle sind die Kontaktstifte abgekröpft. Beidseits des Schlitzes ist die Scheibe mit einer dünnen Kupferschicht versehen, die von den Schlitzrändern einen Abstand hat. Die Kupferschicht ist mit einer Masseleitung verbunden und bildet zur Überspannungsableitung eine Elektrode.

Durch das Spiel der Stifte im Schlitz, die Abkröpfung und die Fertigungs- und Einbautoleranzen ist allerdings der Abstand der Stifte von den Rändern der Kupferschicht relativ schlecht definiert. Dadurch treten relativ große Schwankungen der Durchschlagfeldstärke auf.

Zünder in Gasgeneratoren für Aufprallschutzsysteme (Airbags) sind im Übrigen durch die DE 41 02 275 C1 bekannt.

Aus der DE 34 15 625 A1 ist bereits ein Spaltzünder mit einer Soll-Funkenstrecke bekannt. In einer Metallschicht sind hier kreis- und linienförmige Ausnehmungen vorgesehen, die mit plan aufgesetzten Hohlstücken verbunden sind und einerseits als Überspannungsableiter und andererseits als Zündbrücke dienen sollen. Zusammengefügt ist das Ganze mittels Isolierringen und Schmelzklebern.

Diese Konstruktion erfordert den Einsatz aufwändiger Foto-Ätzverfahren und teurer Laser-Schneidanlagen zur Ausbildung der erforderlichen spaltförmigen Ausnehmungen. Zudem besteht die Gefahr, dass hohe elektrostatische Aufladungen die vorgesehene isolierende Aufklebung durchschlagen und den benachbarten Zündsatz, bestehend aus brisanten Initialsprengstoffen, ungewollt zünden.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektrischen Zünder zu schaffen, bei dem eine eindeutige physikalische Trennung zwischen der Zündstrecke bzw. dem Zündmittel und der Überspannungs-Ableitung gewährleistet ist. Zudem soll die Anordnung mechanisch stabil, dicht und unabhängig von Klebern mit relativ tiefen Schmelzpunkten ausgestaltet sein.

Die den Überspannungsableiter bildenden Bauelemente sollen sich leicht und ohne Positionierungshilfsmittel in den Zünder integrieren lassen. Empfindliche Isolationsschichten und dergleichen, die für eine Massenfertigung ungünstig sind, sollen eliminiert werden.

Der Zünder soll für den Einsatz in insbesondere mobilen Gasgeneratoren geeignet sein, wie sie in Schutzeinrichtungen in Fahrzeugen als Airbags und Gurt-Straffer verwendet werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die zu der Kontaktbrücke führenden, im Wesentlichen zueinander parallelen Kontaktstifte orthogonal zu ihrer Längserstreckung durch eine konzentrische Bohrung eines galvanisch leitenden Ringes geführt sind, dass dieser Ring eine Höhe aufweist, welche zumindest dem zweifachen Durchmesser der Kontaktstifte entspricht und mit einer Masseleitung des Zünders verbunden ist, und dass die Kontaktstifte zumindest partiell in einem zur Atmosphäre hin offenen Raum einen auf die vorgesehene Durchschlagfeldstärke ausgerichteten Abstand zu dieser durch die Bohrung des Ringes gebildeten Elektrode aufweist, so dass sie die Gegenelektrode bei einer an mindestens einem Kontaktstift auftretenden Überspannung bildet und diese Überspannung an die Masseleitung abführt.

Die erfindungsgemäßen konstruktiven Ausgestaltungen erzeugen zwischen den Kontaktstiften und dem Ring ein definiertes elektrisches Feld mit physikalisch genau definierten und reproduzierenden Überschlagsstrecken.

In nachfolgenden Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes aufgezeigt.

Bevorzugt wird der galvanisch leitende Ring scharfkantig ausgebildet (Anspruch 2), damit der eventuelle Überschlag an einem durch die partiell erhöhte Feldstärke definierten Ort erfolgt.

Die Kombination des galvanisch leitenden Rings mit einem Dichtring nach Anspruch 3 ist besonders günstig, da sie die Bauhöhe des Zünders reduziert und zudem wirtschaftlich ist.

Es empfiehlt sich, gemäß Anspruch 4, die Bohrung des Rings kegelstumpfförmig auszubilden, damit hier ein zur scharfen Kante erhöhtes elektrisches Feld erzeugt wird.

Die mechanische Integration der Kontaktstifte entsprechend Anspruch 5 in den Steckersockel reduziert die Masse und gibt gleichzeitig die Möglichkeit einer sehr guten axialen Führung der Kontaktstifte.

Nachfolgend werden anhand einer Zeichnung ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes und eine Abwandlung näher erläutert. In ihr zeigen:
1a einen Schnitt eines gasdicht gekapselten Zünders mit integriertem Überspannungsableiter,
1b den Zünder nach 1a von oben betrachtet,
2 einen Teil eines gegenüber 1a weiterentwickelten Überspannungsableiters.
In 1a ist mit 1 ein elektrischer Zünder bezeichnet. In einem Gehäuse 2 aus einer an sich bekannten Legierung aus Aluminium befinden sich stirnseitig Einkerbungen 3, welche für den Zünder 1 Sollbruchstellen darstellen und aus denen das nach der elektrischen Zündung gebildete heiße Gas in den hier nicht dargestellten Gasgenerator übertreten kann bzw. dessen Anzündschicht entfachen kann.
In einem im Gehäuse 2 eingelegten Passring 4 befindet sich ein Isolator 10 aus Glas, in welchem Kontaktstifte 8 achsparallel eingegossen sind. Die beiden Kontaktstifte 8 sind mit der Stirnseite des Isolators 10 plangeschliffen; darüber ist ein Glühdraht als Kontaktbrücke 7 angeschweisst, welcher als Zündmittel dient.
An der Kontaktbrücke 7 befindet sich eine erste Initialzündschicht 5, an welcher eine zweite Initialzündschicht 6 anliegt. Beide Zündschichten 5 und 6 sind unter relativ hohem Druck verpresst, so dass sie eine kompakte Einheit bilden.
Die beiden Kontaktstifte 8 mit einem Durchmesser d sind in einem Steckersockel 9a geführt und durch seitliche Steckersicherungen 9 geschützt und anschließbar.
Ein formschlüssig in die Bohrung des Gehäuses 2 eingelegter galvanisch leitender Ring 12 umgibt mit seiner Bohrung 12a die Kontaktstifte 8 konzentrisch und bildet nach der Abkröpfung in einem entsprechend kurzen Bereich den Abstand e zu diesen Kontaktstiften 8. Die Bauhöhe dieses Rings 12 beträgt mindestens das Zweifache des Durchmessers d der Kontaktstifte 8 und ist mit D bezeichnet.
Zusätzlich ist im Ring 12 auf der unteren Stirnseite eine Ringnut 14 vorgesehen, in welcher ein Dichtring 13 eingelegt ist und eine sichere Abdichtung dieses passend eingesetzten Ringes 12 zum Gehäuse 2 aus Metall bewirkt.
Die vorstehend sehr kompakt ausgeführte Anordnung ist durch eine Bördelung 2a mechanisch fest und gasdicht zusammengefügt .
Von oben betrachtet lässt sich die Ausgestaltung der Kontaktstifte 8 mit dem Steckersockel 9a und der Steckersicherung 9 aus der 1b entnehmen. Zusätzlich ist ein Luftspalt erkennbar, welcher durch die Ausnehmung 11 im Steckersockel 9a gebildet ist und in der der Durchschlag der Überspannung in der Umgebungsluft erfolgen kann.
Der galvanisch leitende Ring 15 nach 2 ist in ähnlicher Weise ausgeführt wie derjenige in 1a, doch lässt sich hier die kegelstumpfförmige Ausbildung der Bohrung 16 erkennen, welche in die, analog zu 1a, in 2 vorgesehene scharfe Kante 16a ausläuft und bei eventuellen Überspannungen eine hohe Feldstärke bewirkt.
Diese Ausführungsform ist in Bezug auf das Überspannungsverhalten günstiger als eine rein axialsymmetrische Bohrung.
Die zum Aufbau des Zünders verwendeten Materialien sind als solche bekannt. So besteht der leitende Ring 12 vorzugsweise aus nicht rostendem Automatenstahl (Cr/Ni-Legierung); die Kontaktbrücke 7 aus einer Ni/Cr-Legierung. Die Kontaktstifte 8 bestehen vorzugsweise aus einer Ni/Fe-Legierung und sind in ihrem Anschlussbereich goldplattiert. Als Kunststoff hat sich insbesondere glasfaserverstärktes Polyamid 6.6 (Handelsmarke der Firma EMS Chemie AG, Domat-Ems) bewährt.
Als Initialzündschichten ist ein erster Initialsprengstoff aus Bleitrizinat und ein zweiter aus Bor-Kaliumnitrat vorgesehen, welche bei 6000 N/cm² bis 10'000 N/cm² verdichtet wurden und somit einen vollständig mechanisch stabilen und homogenen Aufbau des Zünders gewährleisten.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Zünders ergibt zusätzlich eine hohe EMV-Sicherheit (elektromagnetische Verträglichkeit) und erfüllt alle Voraussetzungen für einen Einsatz in modernen Fahrzeugen.

Claims

Elektrischer Zünder mit einem Überspannungsableiter für einen Gasgenerator mit einem Initialsprengstoff (5, 6) enthaltenden Gehäuse (2), in welchem ein Zündmittel mit einer einen definierten elektrischen Widerstand aufweisenden Kontaktbrücke (7) angeordnet ist, wobei an die Kontaktbrücke (7) zwei Kontaktstifte (8) mit einer Steckverbindung angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die zu der Kontaktbrücke (7) führenden, im Wesentlichen zueinander parallelen Kontaktstifte (8) orthogonal zu ihrer Längserstreckung durch eine konzentrische Bohrung (12a) eines galvanisch leitenden Ringes (12) geführt sind, dass dieser Ring (12) eine Höhe (D) aufweist, welche zumindest dem zweifachen Durchmesser (d) der Kontaktstifte (8) entspricht und mit einer Masseleitung (E) des Zünders (1) verbunden ist, und dass die Kontaktstifte (8) zumindest partiell in einem zur Atmosphäre hin offenen Raum einen auf die vorgesehene Durchschlagfeldstärke ausgerichteten Abstand (e) zu dieser durch die Bohrung (12a) des Ringes (12) gebildeten Elektrode aufweisen, so dass sie die Gegenelektrode bei einer an mindestens einem Kontaktstift (8) auftretenden Überspannung bildet und diese Überspannung an die Masseleitung (E) abführt.
Elektrischer Zünder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (12a) des Ringes (12) scharfkantig ausgebildet ist.
Elektrischer Zünder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (12) eine Ringnut (14) aufweise, in welche ein Dichtring (13) aus einem Elastomer eingelegt oder aufvulkanisiert ist.
Elektrischer Zünder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (16) des Ringes (15) kegelstumpfförmig ausgestaltet ist.
Elektrischer Zünder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steckersockel (9a) vorgesehen ist, welcher die Kontaktstifte (8) führt.