WO2001023827A1 - Mikroprozessor gesteuerte auslöseeinheit zur initiierung pyrotechnischer elemente - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a trigger unit for initiating pyrotechnic elements according to the preamble of the first claim and a method for operating this trigger unit.
- Pyrotechnic elements are understood to mean all elements which, by applying an electrical voltage - preferably in conjunction with coded signals - trigger a pyrotechnic effect which has a desired effect, for example the ignition of an explosive charge, the triggering of a gas generator, an airbag, the Ignition of large fireworks or sprinkler systems and fire extinguishers.
- detonators in particular detonators for civil and high-security areas (automotive, military and oilfield), ignition elements, belt tensioners and gas generators belong to the pyrotechnic elements.
- control unit customer-specific chip,
- rectifier energy store
- voltage regulator voltage regulator
- data coupler current limit and protective circuit in the trigger unit.
- the logic or the sequence control is implemented by a control module, which was specially developed for an application and thus specifies its function-specific properties through its control logic, implemented in the chip structure. Any change in logic or function requires a redesign of the chip. Such a redesign is associated with high costs and time expenditure, since in most cases it requires the complete mask set to be changed.
- the other peripherals (rectifiers, energy storage devices, voltage regulators, data couplers, current limiting, etc.) remain mostly unaffected by the redesign.
- the invention has for its object to provide an electronic release unit according to the preamble of claim 1, which enables a previously unknown variety of properties and functionality without changes to the hardware or the chip design are required.
- This problem is solved by using a standard microprocessor with an integrated program memory as a control component, which is loaded with a program that meets the current requirements during production or at least before the trigger unit is used.
- any electronic trip units can be realized without having to make changes to the hardware (structure and structure of the trip / control electronics).
- a processor-based electronic trip unit can thus emulate all systems known on the market.
- the microprocessor used according to the invention has an internal oscillator, which can preferably be calibrated by software, a writable program memory, a data memory, data inputs and outputs and a switching output.
- a peripheral device, a data coupler, a rectifier, a voltage regulator and an energy store are required. These peripheral components can also be fully or partially integrated in the microprocessor.
- Microprocessor technology has progressed so far that Internet-compatible single-chip microprocessors, which have all interfaces and protocols for use on the Internet, are now available on the market.
- this can be switched directly to the Internet and addressed with the appropriate security codes.
- this technology e.g. an explosion in Germany is conceivable, which is monitored, checked and triggered via the Internet from Australia.
- Additional security features such as B. Automatic deactivation or ignitions only possible with a specific, personal identification (ID).
- ID personal identification
- Time-related trigger units (assignment of fixed addresses) and freely programmable in time or interval
- microprocessors are mainly manufactured for automotive areas, there is an extended temperature range that is normally not realized with customer-specific chips. This property can be used without additional effort.
- Tripping units known to us e.g. Detonators are preferably made using chip-on-board technology. This requires a great deal of know-how in the manufacture of safety-relevant electronics, so that manufacture can only be carried out by specially trained personnel. This makes the product more expensive. If a microprocessor is used, which is housed in a housing as standard, the assembly can be carried out using SMD technology. This reduces the manufacturing costs because it is a widely used manufacturing technology that can be mastered worldwide.
- microprocessors By using microprocessors, a quick reaction to new legal requirements is possible without hardware modifications. The requirement is implemented in software and, once the company has been qualified, can flow into production immediately.
- microprocessors enables a quick reaction to new security requirements without hardware modifications.
- the requirement is implemented in software and, once the company has been qualified, can flow into production immediately.
- FIG. 1 An exemplary embodiment of a trip unit according to the invention is described below with the aid of a block diagram in FIG. 1:
- protective circuit e.g. B. in the form of series or parallel resistors or voltage and / or current-limiting semiconductor elements
- Data coupler is used for the level-adapted reading of the information transmitted via 6/7 and for the transmission (via 6/7) of the information generated in the microprocessor 20.
- Rectifier is used for unipolar operation of the electronics (no position-oriented installation of the trip units by the user required), and serves to rectify the signals in the event that information is being transmitted via AC signals.
- energy store usually a capacitor, serves to supply power to the microprocessor 20 and to ignite the ignition element 17.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Auslöseeinheit zur Initiierung pyrotechnischer Elemente mit einem Steuerbauteil, einem Gleichrichter (12), einem Energiespeicher (15), einem Spannungsregler (13), einem Datenkoppler (11), einer Strombegrenzug und einer Schutzbeschaltung (10). Zur Ermöglichung einer bisher unbekannten Variantenvielfalt an Eigenschaften und Funktionalität, ohne dass Änderungen an der Hardware oder des Chipdesigns erforderlich sind, wird vorgeschlagen, dass das Steuerbauteil ein programmierbarer Mikroprozessor (20) mit integriertem Programmspeicher ist.
Description
Mikroprozessor gesteuerte Auslöseeinheit zur Initiierung pyrotechnischer
Elemente
Die Erfindung betrifft eine Auslöseeinheit zur Initiierung pyrotechnischer Elemente entsprechend dem Oberbegriff des ersten Anspruchs und ein Verfahren zum Betreiben dieser Auslöseeinheit.
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, die Auslösung eines Gasgenerators, eines Airbags, die Zündung von Großfeuerwerken oder Sprinkleranlagen und Feuerlöscher. Somit gehören unter anderem Zünder, insbesondere Sprengzünder für zivile und Hochsicherheitsbereiche (Automotiv, Militär und Ölfeld), Zündelemente, Gurtstraffer und Gasgeneratoren zu den pyrotechnischen Elementen.
Alle am Markt bekannten elektronischen Zünder bestehen in der Auslöseeinheit aus den Komponenten Steuerbaustein (kundenspezifischer Chip,), Gleichrichter, Energiespeicher, Spannungsregler, Datenkoppler, Strombegrenzung und Schutzbeschaltung.
Die Logik bzw. die Ablaufsteuerung wird durch einen Steuerbaustein realisiert, der speziell für eine Anwendung entwickelt wurde und somit seine funktionsspezifischen Eigenschaften durch seine Steuerlogik, umgesetzt in der Chipstruktur, vorgibt. Jede Änderung der Logik oder der Funktion erfordert ein Redesign des Chips. Ein solches Redesign ist mit hohen Kosten und Zeitaufwand verbunden, da es in den meisten Fällen die Änderung des kompletten Maskensatzes erfordert. Die weitere Peripherie (Gleichrichter, Energiespeicher, Spannungsregler, Datenkoppler, Strombegrenzung etc.) bleibt beim Redesign meist unberührt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Auslöseeinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vorzustellen, die eine bisher unbekannte Variantenvielfalt an Eigenschaften und Funktionalität ermöglicht, ohne daß Änderungen an der Hardware oder des Chipdesigns erforderlich sind.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch den Einsatz eines Standard-Mikroprozessors mit integriertem Programmspeicher als Steuerbauteil, welcher bei der Produktion oder zumindest vor der Anwendung der Auslöseeinheit mit einem, den aktuellen Anforderungen entsprechenden Programm geladen wird.
Mit diesem Prinzip können beliebige elektronische Auslöseinheiten realisiert werden, ohne Änderungen an der Hardware (Aufbau und Struktur der Auslöse- /Steuerungselektronik) durchführen zu müssen.
Es besteht die Möglichkeit, auf einer Fertigungsanlage alle denkbaren elektronischen Auslöseeinheiten wie für Sprengzünder, Airbags, usw. zu produzieren, ohne einen Eingriff in den Produktionsablauf vornehmen zu müssen, da die jeweilige Auslösecharakteristik ausschließlich durch die, in die Auslöseeinheit geladene, Software (Programm) festgelegt wird.
Eine elektronische Auslöseinheit auf Prozessorbasis kann somit alle auf dem Markt bekannten Systeme emulieren.
Je nach Programmspeicherkapazität können sogar mehrere Systeme in einem Programm zusammengefaßt werden. Diese Auslöseeinheit kann dann anhand der Steuersignale eigenständig erkennen, welche Eigenschaften sie annehmen soll. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß beliebige, programmierbare Mikroprozessoren verwendet werden können. Damit wird eine Abhängigkeit von einem einzelnen Zulieferer oder Chiphersteller aufgehoben.
Der erfindungsgemäß eingesetzte Mikroprozessor verfügt neben vielen anderen Merkmalen über einen internen Oszillator, der vorzugsweise softwaremäßig kalibrierbar ist, einen beschreibbaren Programmspeicher, einen Datenspeicher, Datenein- und -ausgänge sowie einen Schaltausgang. Als periphere Komponenten werden ein Datenkoppler, ein Gleichrichter, eine Spannungsregelung und ein Energiespeicher benötigt. Diese peripheren Komponenten sind auch ganz oder teilweise in den Mikroprozessor integriert denkbar.
Der Einsatz dieser Erfindung ermöglicht zudem eine Vielzahl von Möglichkeiten, die mit den herkömmlichen Chiptechnologien nicht realisierbar sind. Diese sind z. B.:
Implementierung kundenspezifischer Wünsche wie z.B. eigene Entsicherungssequenzen usw.
Die Mikroprozessortechnologie ist so weit fortgeschritten, daß mittlerweile internetfähige Einchipmikroprozessoren, die alle Schnittstellen und Protokolle zum Einsatz im Internet aufweisen, auf dem Markt erhältlich sind. Bei Verwendung eines solchen Mikroprozessors, mit der entsprechenden Software in der Auslöseelektronik, kann diese direkt an das Internet geschaltet werden und mit den entsprechenden Sicherheitscodes angesprochen werden. Mit dieser Technologie ist so z.B. eine Sprengung in Deutschland denkbar, die über das Internet von Australien aus, überwacht, geprüft und ausgelöst wird.
Ergänzende Sicherheitsfeatures wie z. B. automatische Deaktivierung oder Zündungen nur mit bestimmter, personenbezogener Identifikation (ID) möglich.
Zeitstufengebundene (Vergabe fester Adressen) und in Zeit oder Intervall frei programmierbare Auslöseeinheiten
Emulation markteingeführter Systeme mit den Vorteilen:
- Keine Umschulung von Personal
- Bestehende Zündsysteme können übernommen werden
Weitere Vorteile:
Nur eine gesetzlich vorgeschriebene Zulassung für ein System. Diese Zulassung ist übertragbar auf alle weiteren Systeme (mehrere Systeme).
Flexible Spannungsniveaus und Signalcodes.
Herstellung und Auslieferung von unprogrammierten Auslöseeinheiten (Rohlingen). Der Kunde hat die Möglichkeit, sein eigenes System nach Bedarf zu erstellen.
Da Mikroprozessoren vorwiegend für Automotivbereiche hergestellt werden, ist ein erweiterter Temperaturbereich vorhanden, der normalerweise bei kundenspezifischen Chips nicht realisiert wird. Diese Eigenschaft kann ohne Mehraufwand genutzt werden.
Uns bekannte Auslöseeinheiten, wie z.B. Sprengzünder, werden vorzugshalber mit einer Chip-On-Board Technologie hergestellt. Dieses erfordert bei der Herstellung der sicherheitsrelevanten Elektronik sehr viel know how, so daß eine Fertigung nur von besonders geschultem Personal erfolgen kann. Hierdurch wird das Produkt verteuert. Verwendet man einen Mikroprozessor, der standardmäßig in einem Gehäuse untergebracht ist, kann die Montage in SMD-Technologie erfolgen. Dieses reduziert die Herstellkosten, da es sich um eine weit verbreitete Fertigungstechnologie handelt, die weltweit beherrschbar ist.
Durch die Verwendung von Mikroprozessoren ist ohne Hardwaremodifikationen eine schnelle Reaktion auf Marktanforderungen möglich. Die Forderung des Marktes wird
softwaremäßig umgesetzt und kann, nach erfolgter Firmenqualifikation, umgehend in die Produktion einfließen.
Durch die Verwendung von Mikroprozessoren ist ohne Hardwaremodifikationen eine schnelle Reaktion auf neue gesetzliche Forderungen möglich. Die Forderung wird softwaremäßig umgesetzt und kann, nach erfolgter Firmenqualifikation, umgehend in die Produktion einfließen.
Durch die Verwendung von Mikroprozessoren ist ohne Hardwaremodifikationen eine schnelle Reaktion auf neue Sicherheitsvorgaben möglich. Die Forderung wird softwaremäßig umgesetzt und kann, nach erfolgter Firmenqualifikation, umgehend in die Produktion einfließen.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Auslöseeinheit anhand eines Blockdiagramms in Fig. 1 beschrieben:
6/7: Eingangsleitungen, in der Praxis vorwiegend die elektrische Verbindung zu einem Steuergerät.
10: Schutzbeschaltung, z. B. in Form von Vor- oder Parallelwiderständen oder spannungs- und/oder strombegrenzenden Halbleiterelementen,
Funkenüberschlagsstrecken, u.s.w.
1 1 : Datenkoppler, dient zum pegelangepaßten Einlesen der über 6/7 übermittelten Informationen und zum Aussenden (über 6/7) der im Mikroprozessor 20 generierten Informationen.
12: Gleichrichter, dient zum unipolaren Betreiben der Elektronik (keine lageorientierte Montage der Auslöseeinheiten durch den Anwender
erforderlich), und dient zum Gleichrichten der Signale für den Fall, daß gerade über Wechselspannungssignale Informationen übermittelt werden.
/9: Hauptstromversorgungszweig
3: Spannungsregler, stellt eine in der Regel konstante Spannung für den Mikroprozessor 20 zur Verfügung.
0: Mikroprozessor.
/5: Stromversorgungszweig Mikroprozessor.
1 : Pegelangepaßter Dateneingang zum Mikroprozessor 20.
2: Datenausgang zum Datenkoppler 11.
4: Auslösesignal zur Einleitung der Zündung.
5: Energiespeicher, meistens ein Kondensator, dient zur Stromversorgung des Mikroprozessors 20 und zur Zündung des Anzündelements 17.
6: Schaltelement zum Auslösen des Anzündelements 17.
7: Anzündelement; EED (Electrical Explosive Device).
Claims
Patentansprüche
1 ) Auslöseeinheit zur Initiierung pyrotechnischer Elemente mit einem Steuerbauteil, einem Gleichrichter (12), einem Energiespeicher (15), einem Spannungsregler (13), einem Datenkoppler (11 ), einer Strombegrenzung und einer Schutzbeschaltung (10), dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerbauteil ein programmierbarer Mikroprozessor (20) mit integriertem Programmspeicher ist.
2) Auslöseeinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor (20) zumindest
- Dateneingänge (21) und Datenausgänge (22) und einen Schaltausgang (24),
- einen Datenspeicher und
- einen Oszillator aufweist.
3) Auslöseeinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator softwaremäßig kalibrierbar ist.
4) Verfahren zum Betreiben einer Auslöseeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Produktion der Auslöseeinheit oder zumindest vor deren Anwendung, der Mikroprozessor (20) mit einem den aktuellen Anforderungen entsprechenden Programm geladen wird.
5) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch das zu ladende Programm die Auslösecharakteristik der Auslöseeinheit festgelegt wird.
6) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß je nach Art der Ansteuerung die Auslösecharakteristik der Auslöseeinheit festgelegt wird.
7) Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor (20) auch Internetprotokolle verarbeiten kann.
8) Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an einer unprogrammierten Auslöseeinheit oder übergeordneten Baugruppe (wie z. B. Sprengzünder), die Betriebssoftware zu beliebigen Zeitpunkten implementiert wird.
9) Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Programmierleitungen des Mikroprozessors als Dateneingänge und -ausgänge verwendet werden.
10) Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltausgang (24) durch diskrete Bauelemente verstärkt werden kann.
11 ) Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommunikation zwischen der Auslöseeinheit und der Zündeinrichtung anforderungsabhängig uni- oder bidirektional erfolgen kann.
12) Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Kommunikation zwischen der Auslöseeinheit und der Zündeinrichtung mit unterschiedlichen Medien wie beispielsweise metallischer Leiter (Kabel), Lichtwellenleiter, Ultraschall, oder Hochfrequenz erfolgen kann.
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