DE60211462T2

DE60211462T2 - Pyrotechnischer elektrischer Anzünder und Montageverfahren

Info

Publication number: DE60211462T2
Application number: DE60211462T
Authority: DE
Inventors: Stephane Phelep; Philippe Pinet
Original assignee: Davey Bickford SAS
Current assignee: ZF Airbag Germany GmbH
Priority date: 2002-01-10
Filing date: 2002-01-10
Publication date: 2007-04-26
Anticipated expiration: 2022-01-11
Also published as: WO2003058154A1; TW200305708A; CN1615425A; JP2005514578A; CA2472652A1; PL371132A1; EP1327850B1; TWI282403B; JP4295115B2; CZ2004794A3; CZ304930B6; KR100916824B1; PL203293B1; HUP0500019A2; DE60211462D1; AU2003214308A1; CN100365374C; ES2261605T3; ATE326679T1; KR20040101203A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen pyrotechnischen Zünder und ein Verfahren zur Montage eines elektrischen pyrotechnischen Zünders.
Es existieren zwei große Arten von Zündern. Die erste betrifft Sockel vom Typ "Glas-Metall-Durchführung" und die zweite betrifft Zünder mit einem Sockel oder einer Durchführung vom Typ "Kunststoff". Die Zünder der ersten Kategorie werden oft als gleichbedeutend mit der Sicherheit der Dichtheit und dem ausfallsicheren Schutz der pyrotechnischen Zusammensetzungen und/oder der Explosivstoffe vor extremen Umwelteinwirkungen (unter anderem Feuchtigkeit) angesehen. Es ist bekannt, dass die Durchführungen des Typs Glas/Metall gegenüber mechanischen und thermischen Spannungen empfindlich sind, welche auf sie im Verlauf verschiedener Schritte ihres Montageverfahrens oder auch während der Schritte des Montierens (Klemmen, Schweißen, ...) der Zünder in eine pyrotechnische Vorrichtung (Vorspanneinrichtungen, aufblasbare Kissen für die Sicherheit in Kraftfahrzeugen) für zivile, militärische oder Raumfahrtanwendungen aufgebracht werden können.
Wenn ferner die Verwendung eines Sockels mit "Glas/Metall-Durchführung" a priori die Sicherheit einer hermetischen Sperre des Sockels entlang der Stromzuleitungskontakte garantiert, ist dies nicht zwangsläufig für die Verbindung zwischen dem Sockel und dem pyrotechnischen Inhalt zutreffend.
Die Zünder mit Kunststoffdurchführung leiden ihrerseits unter einem Dichtigkeitsproblem, das auf den für ihre Herstellung verwendeten Kunststoff (beispielsweise für Feuchtigkeit empfindliches Polyamid) oder ihre (durch Clipsen, Kleben, ..., gebildeten) nicht dichten inneren Verbindungsstellen zurückzuführen ist.
Schließlich weisen existierende Zünder, egal zu welcher der zuvor genannten Kategorien sie gehören, im allgemeinen mehrere zusammenzusetzende Unter einheiten auf, wodurch die Gesamtkosten einer derartigen Vorrichtung kostspielig werden. Die Zünder der ersten Kategorie sind aufgrund der erforderlichen Vorbereitung (Planschleifen, ...) der genannten "Glas/Metall"-Durchführungen deutlich die teuersten.
Es ist ferner das Patent US-5,423,261 (Bernardy, Jean-Claude et al.) vom 13. Juni 1995 sowie das Patent US-5,648,634 (Avery Marks Lucas et al.) vom 15. Juli 1997 bekannt, die einen elektrischen pyrotechnischen Zünder betreffen, welcher aus zwei Untereinheiten aus Kunststoff gebildet ist, die zur Bildung einer dichten Einheit ultraschallverschweißt sind.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektrischen pyrotechnischen Zünder vom Kunststofftyp zu schaffen, der einfach im Aufbau und in der Funktionsweise, kompakt und wirtschaftlich ist sowie ausgezeichnete Dichtigkeitseigenschaften aufweist.
Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung einen elektrischen pyrotechnischen Zünder mit einem Gehäuse aus Kunststoff und einer pyrotechnischen Ladung, wobei die Ladung mindestens eine Zusammensetzung beinhaltet.
Erfindungsgemäß umfasst das Gehäuse zwei Untereinheiten:

– eine einstückig ausgebildete erste Untereinheit mit einer Wand aus Kunststoff, die fest mit einem ebenfalls aus Kunststoff bestehenden Boden verbunden ist, eine Fläche aufweist und einen Behälter bildet,
– eine eine Hauptachse aufweisende zweite Untereinheit aus Kunststoff, durch die zwei Kontaktstifte in Richtung der Achse hindurchgehen, wobei die Kontaktstifte miteinander durch eine elektrische Brücke auf einer Fläche der Untereinheit verbunden sind, wobei die Fläche eine symmetrische Abstufung der Höhe H und der Breite L aufweist, wobei die Untereinheit einen Sockel bildet,
– wobei die hermetisch dichte Montage der ersten und der zweiten Untereinheit durch Ultraschallschweißen erfolgt, und der Innendurchmesser D₁ der ersten Untereinheit kleiner als der Außendurchmesser D₂ der Abstufung der zweiten Untereinheit ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft gleichermaßen die Merkmale, die sich aus der nachfolgenden Beschreibung ergeben und die für sich oder in sämtlichen technisch möglichen Kombinationen zu sehen sind:

– die Ultraschallschweißnaht ist eine Schernaht,
– die Ultraschallschweißnaht ist eine Halb-Schernaht,
– die abgestufte Fläche der zweiten Untereinheit weist eine symmetrische Abstufung der Höhe h und der Breite l auf, um einen erhabenen Block für die elektrische Brücke zu bilden,
– der zur Herstellung der ersten und der zweiten Untereinheit verwendete Kunststoff ist ein Material mit geringer Wasseraufnahme,
– der Kunststoff ist ein Polyketon,
– der Kunststoff ist ein Polybutylenterephthalat (PBT),
– der Kunststoff ist ein Polyamid,
– der Kunststoff ist das Polyamid PA 6.12,
– die lichte Höhe h' ist geringer als die Höhe h + H, wobei H die Höhe der Schweißkante, h die Höhe der Erhebung und h' die Höhendifferenz zwischen der äußersten Schicht der pyrotechnischen Ladung nach dem Vorkomprimieren der Zusammensetzung und der Fläche des Behälters angibt,
– die zweite Untereinheit ist um die Kontaktstifte gegossen,
– die Kontaktstifte weisen Elektroden auf,
– die Elektroden sind geriffelt.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, welche zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Zünders vom Kunststofftyp;
2 einen erfindungsgemäßen Behälter als erste Untereinheit des elektrischen pyrotechnischen Zünders;
3 einen erfindungsgemäßen Sockel als zweite Untereinheit des elektrischen pyrotechnischen Zünders;
4 eine schematische Darstellung eines anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels der Ultraschallschweißnaht.
Der erfindungsgemäße elektrische pyrotechnische Zünder weist ein Gehäuse auf. Dieses Gehäuse hat eine erste 2 und eine zweite Untereinheit 3. Die erste Untereinheit 2 umfasst eine Wand 4 aus Kunststoff, die fest mit einem ebenfalls aus Kunststoff bestehenden Boden 5 verbunden ist, wobei die erste Untereinheit 2 einstückig ausgebildet ist. Diese erste Untereinheit 2 wird als Behälter bezeichnet. Der Behälter 2 wird durch ein Trockenfüllverfahren mit einer pyrotechnischen Ladung 6 versehen. Die Ladung 6 umfasst mindestens eine Zusammensetzung. In einem Ausführungsbeispiel nimmt der Behälter 2 eine erste Zusammensetzung 7, die als sekundäre Zusammensetzung bezeichnet wird, und eine zweite Zusammensetzung 8 auf, die als primäre Zusammensetzung bezeichnet wird. Jede der Zusammensetzungen der pyrotechnischen Ladung 6 wird in Masse eingefüllt und anschließend vorkomprimiert. Vorteilhaft erweise erfolgt das Vorkomprimieren mit einem Druck unter 120 bar für die primäre Zusammensetzung 8 und mit einem Druck über 120 bar für die sekundäre Zusammensetzung 7. Die endgültige Kompression erfolgt bei der hermetisch dichten Montage der ersten Untereinheit 2 mit einer zweiten Untereinheit 3, welche den elektrischen Teil des Zünders umfasst, wobei die Untereinheit 3 auch als Sockel bezeichnet wird. Die Montage erfolgt durch Ultraschallschweißen, das eine extreme Dichtigkeit gewährleistet. Als lichte Höhe h' wird hier der Höhenunterschied zwischen der äußersten Schicht der pyrotechnischen Ladung 6 nach dem Vorkomprimieren der Zusammensetzungen und der Fläche 15 des Behälters 2 bezeichnet. Vorteilhafterweise sind die erste 7 und die zweite Zusammensetzung 8 unter Umweltschutzaspekten frei von Schwermetallen. Die Zusammensetzungen sind ebenfalls gegenüber der durch das Ultraschallschweißen bewirkten Erwärmung, die in der Größenordnung von 260° liegt, beständig.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Innendurchmesser D₁ der ersten Untereinheit 2 kleiner als 5,6 mm. Die Anpassung des Innenvolumens des Behälters 2, die erforderlich ist, um das Befüllen mit pyrotechnischen Zusammensetzungen verschiedener Art und Korngröße zu ermöglichen, ist somit durch die Variation der Höhe des Behälters 2 gewährleistet. Der geringe Innendurchmesser der ersten Untereinheit 2 ermöglicht vorteilhafterweise nicht auf einen pyrotechnischen Zwischenbehälter zurückgreifen zu müssen, wie beispielsweise eine an den Sockel 3 angesetzte Hülse, um die pyrotechnische Ladung 6 einzuschließen. Dieses Einschließen der pyrotechnischen Ladung 6 bietet ferner eine gesteigerte Sicherheit ohne Risiken für die pyrotechnische Funktionszuverlässigkeit sofern die Dicke der eingefüllten Zusammensetzung ausreichend ist.
Die aus Kunststoff bestehende zweite Untereinheit 3, der Sockel, hat eine Hauptachse 10 und wird von mindestens zwei Kontaktstiften 11, 12 in Richtung der Achse 10 durchquert. Die Kontaktstifte 11, 12 sind untereinander durch eine elektrische Brücke 13 auf einer Fläche 14 der Untereinheit 3 verbunden. In einem Ausführungsbeispiel ist die elektrische Brücke 13 vom Wi derstandstyp. Vorteilhafterweise handelt es sich entweder um einen Draht oder um eine Metallschicht. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist die elektrische Brücke 13 vom Halbleitertyp. Die Fläche 14 ist symmetrisch über eine Höhe H und eine Tiefe L derart abgestuft, dass der Außendurchmesser des abgestuften äußeren Teils der zweiten Untereinheit 3 D₂ ist. Vorteilhafterweise beträgt die Höhe H zwischen 2 und 3 mm. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Innendurchmesser D₁ der ersten Untereinheit 2 geringer als der Außendurchmesser D₂. Wenn diese Teile der ersten 2 und der zweiten Untereinheit 3 während des Ultraschweißens einander gegenüberliegend angeordnet sind, gewährleistet dieser Durchmesserunterschied zwischen D₁ und D₂ eine maximale Dichtigkeit und eine ausreichende dielektrische Beständigkeit, um die inneren leitenden Teile 11, 12 des Zünders zu isolieren. Vorteilhafterweise ist die Schweißnaht eine Schernaht. Die abgestufte Fläche 14 der zweiten Untereinheit 3 weist ebenfalls eine symmetrische Abstufung 17 mit der Höhe h und der Breite l auf, um einen erhabenen Block für die elektrische Brücke zu bilden, wodurch eine gute enge Verbindung zwischen der elektrischen Brücke 13 und der primären Zusammensetzung 8 gewährleistet ist. Vorteilhafterweise beträgt h zwischen 0,5 und 1,0 mm und die Breite l beträgt zwischen 0,2 und 0,8 mm.
Die zweite Untereinheit 3 ist um die Kontaktstifte 11, 12 gegossen. Als Kontaktstifte werden hier Einrichtungen zum Zuführen von Strom zu dem Zünder bezeichnet. In einem ersten Ausführungsbeispiel umfassen die Kontaktstifte Elektroden. Vorteilhafterweise sind die Elektroden geriffelt. Die Riffelungen 18 gewährleisten nicht nur eine hermetisch dichte Absperrung des Zünders entlang der Kontaktstifte 11, 12, sondern sie erleichtern ferner das Fixieren des Kunststoffs beim Umspritzen. In einem zweiten Ausführungsbeispiel sind die Kontaktstifte 11, 12 Drähte.
Die erste 2 und die zweite Untereinheit 3 bestehen aus dem gleichen Kunststoff, um ihr Zusammenfügen durch Ultraschallschweißen zu ermöglichen. Der zur Herstellung der ersten 2 und der zweiten Untereinheit 3 verwendete Kunststoff ist ein Material mit geringer Wasseraufnahme. In einem ersten Aus führungsbeispiel ist der Kunststoff ein Polyketon. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist der Kunststoff ein Polybutylenterephthalat (PBT). In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Kunststoff ein Polyamid. Als im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendbares Polyamid seien Polyamide mit geringer Wasseraufnahme genannt, insbesondere das Polyamid mit der Formel: -(-NH-(CH₂)₆-NH-CO-(CH₂)₁₀-CO-)_n- das in der vorliegenden Anmeldung mit PA 6.12 bezeichnet ist.
Die Untereinheiten 2, 3 des erfindungsgemäßen Zünders sind nicht auf die vorhergehende Beschreibung beschränkt und können mit fortschreitender Technik Modifikationen erfahren. So zeigt 4 eine Ultraschallschweißnaht 16, die keine Schernaht, sondern eine Halbschernaht ist.
Der erfindungsgemäße pyrotechnische Zünder kann vorteilhafterweise zur Herstellung von pyrotechnischen Vorrichtungen für zivile, militärische und Raumfahrtanwendungen dienen. Besteht der Zünder aus Polyketon, kann er vorteilhafterweise in Kontakt mit oder in der Nähe von Dämpfen von oder Flüssigkeiten aus chemischen Produkten angeordnet sein.

Claims

Elektrischer pyrotechnischer Zünder mit einem Gehäuse aus Kunststoff und einer pyrotechnischen Ladung (6), wobei die Ladung (6) mindestens eine Zusammensetzung beinhaltet, wobei das Gehäuse zwei Untereinheiten umfaßt: – eine einstückig ausgebildete erste Untereinheit (2) mit einer Wand (4) aus Kunststoff, die fest mit einem ebenfalls aus Kunststoff bestehenden Boden (5) verbunden ist, eine Fläche (15) aufweist und einen Behälter bildet, – eine eine Hauptachse (10) aufweisende zweite Untereinheit (3) aus Kunststoff, durch die zwei Kontaktstifte (11, 12) in Richtung der Achse (10) hindurchgehen, wobei die Kontaktstifte (11, 12) miteinander durch eine elektrische Brücke (13) auf einer Fläche (14) der Untereinheit (3) verbunden sind, wobei die Fläche (14) eine symmetrische Abstufung der Höhe H und der Breite L aufweist, wobei die Untereinheit (3) einen Sockel bildet, – wobei die hermetisch dichte Montage der ersten (2) und der zweiten Untereinheit (3) durch Ultraschallschweißen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser D₁ der ersten Untereinheit (2) kleiner als der Außendurchmesser D₂ der Abstufung der zweiten Untereinheit (3) ist.
Zünder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abgestufte Fläche (14) der zweiten Untereinheit (3) eine symmetrische Abstufung (17) der Höhe h und der Breite l aufweist, um einen erhabenen Block für die elektrische Brücke (13) zu bilden.
Zünder nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Herstellung der ersten und der zweiten Untereinheit verwendete Kunststoff ein Material mit geringer Wasseraufnahme ist.
Zünder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ein Polyketon ist.
Zünder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ein Polybutylenterephthalat (PBT) ist.
Zünder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ein Polyamid ist.
Zünder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff das Polyamid PA 6.12 ist.
Zünder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Untereinheit (3) um die Kontaktstifte (11, 12) gegossen ist.
Zünder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstifte (11, 12) Elektroden aufweisen.
Zünder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden geriffelt sind.
Zünder nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die lichte Höhe h' geringer als die Höhe h + H ist, wobei H die Höhe der Schweißkante, h die Höhe der Erhebung und h' die Höhendifferenz zwischen der äußersten Schicht (9) der pyrotechnischen Ladung (6) nach dem Vorkomprimieren der Zusammensetzung und der Fläche (15) des Behälters (2) angibt.
Zünder nach einem der Ansprüche 1 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallschweißnaht (16) eine Schernaht ist.
Zünder nach einem der Ansprüche 1 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallschweißnaht (16) eine Halb-Schernaht ist.
Verfahren zur Montage eines elektrischen pyrotechnischen Zünders, dadurch gekennzeichnet, daß es umfaßt: – die Herstellung einer ersten Untereinheit (2) und einer zweiten Untereinheit (3) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, – das Anordnen der pyrotechnischen Charge (6) in der ersten Untereinheit (2) durch ein Trockenbestückungsverfahren; – das Zusammenfügen der ersten und der zweiten Untereinheit durch Ultraschallschweißen.
Verfahren zur Montage eines elektrischen pyrotechnischen Zünders nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß es eine primäre Zusammensetzung (8) und eine sekundäre Zusammensetzung (7) umfaßt, wobei jede der Zusammensetzungen (7, 8) der pyrotechnischen Ladung (6) vorkomprimiert wird.
Verfahren zur Montage eines elektrischen pyrotechnischen Zünders nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die primäre Zusammensetzung (8) mit einem Druck von weniger als 120 bar und die sekundäre Zusammensetzung (7) mit einem Druck über 150 bar komprimiert wird.