DE19814589A1 - Verfahren zur Prüfung der Zündfähigkeit eines pyrotechnischen Anzünders - Google Patents

Abstract

Zur Prüfung der Zündfähigkeit des elektrisch auslösbaren pyrotechnischen Anzünders (10) wird der zweiadrige Eingang (11) des Anzünders (10) mit einem Prüfgerät (29) verbunden. Das Prüfgerät (29) erzeugt ein elektrisches Prüfsignal, das dem Auslösesignal entspricht, jedoch von so geringer Amplitude ist, daß sich eine zum Zünden ausreichende Spannung im Anzünder (10) nicht aufbauen kann. Das Antwortsignal, das im Zünder erzeugt und an eine Zündpille (17) geliefert wird, wird vom Ausgang der Steuereinheit (14) über eine Rückkopplungseinrichtung (20) auf den Eingang (11) rückgekoppelt. Dieses Ausgangssignal wird erst dann auf den Eingang (11) rückgekoppelt, wenn nach Beendigung des Prüfsignals eine vorgegebene Zeit verstrichen ist. Anhand der Größe und Verzögerung des Antwortsignals kann das Prüfgerät (29) feststellen, ob die Zündfähigkeit des Anzünders gegeben ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung der Zündfähigkeit eines elektrisch auslösbaren pyrotechni­ schen Anzünders.

Pyrotechnische Anzünder werden u. a. in Sicherheitssy­ stemen des Automotivbereichs, z. B. in Gurtstraffern und Airbags, sowie im Bergbau und im Ölfeldbereich als Sprengzeitzünder eingesetzt. Pyrotechnische Anzünder enthalten ein elektrisch zündbares Anzündelement in Form einer Zündpille und ggf. eine elektronische Steu­ ereinheit. Der Anzünder hat zwei Anschlußdrähte, über die ihm u. a. das elektrische Auslösesignal und auch die zum Zünden erforderliche elektrische Energie zugeführt wird.

Insbesondere bei sicherheitstechnischen Anwendungen muß der aus Anzünder und Verkabelung bestehende Zündkreis regelmäßig auf Unterbrechung und Kurzschluß geprüft werden, um sicher zu sein, daß die Anlage im Notfall funktionsbereit ist. Im sprengtechnischen Einsatz wird zusätzlich die Anzahl der an einer Zünderkette hängen­ den Anzünder mittels einer ohmschen Messung der Ein­ gangswiderstände ermittelt. Hierzu werden Meßgeräte und Prüfeinrichtungen verwendet, die mit einer Leistung messen, die unterhalb der Nofire-Schwelle der Anzünder liegt.

Mit den bekannten Prüfmethoden ist lediglich eine Mes­ sung des Zündkreises auf Unterbrechung und Kurzschluß möglich. Es kann jedoch keine Aussage über die Zündfä­ higkeit des einzelnen Anzünders erhalten werden. Ferner ist es nicht möglich, den komplett verschalteten Ver­ bund aus Zündgerät, Verkabelung und Anzünder als Ganzes auf Funktionsfähigkeit zu prüfen.

Bei elektronischen Sprengzeitzündern, die im Bergbau Verwendung finden, ist jeder Anzünder mit einer Steuer­ einheit versehen, die u. a. einen informativen Entsiche­ rungsmechanismus enthält. Die einzelnen Anzünder haben jeweils eine eigene Adresse und können zeitverzögert gezündet werden. Darüber hinaus ist es bekannt, die Adressen der Anzünder erst beim Anschließen des Zünders in den Zündkreis zu vergeben. In allen Fällen kann le­ diglich festgestellt werden, ob ein Anzünder im Zünd­ kreis vorhanden ist. Es gibt auch hier keine Aussage über die Zündfähigkeit des einzelnen Anzünders.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Prüfung der Zündfähigkeit eines elektrisch auslös­ baren pyrotechnischen Anzünders zu schaffen, das es ermöglicht, die Zündfähigkeit des Anzünders zu testen, um eine Aussage mit hoher Wahrheitswahrscheinlichkeit über die Zündfähigkeit zu erhalten.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit dem im Patentanspruch 1 angegebenen Verfahren.

Um eine exakte Aussage über die Zündfähigkeit eines Anzünders zu geben, müßte die Zündpille gezündet wer­ den, wobei sie zerstört würde. Bei Verzögerungszündern muß außerdem festgestellt werden, ob die Verzögerungs­ zeit eingehalten wird. Die Erfindung ermöglicht dies durch Anlegen eines Prüfsignals, das dem Auslösesignal entspricht, jedoch von so geringer Amplitude ist, daß sich eine zum Zünden ausreichende Spannung nicht auf­ bauen kann. Das Antwortsignal, das auf das Prüfsignal hin an der Zündpille erzeugt wird, wird auf den Eingang rückgekoppelt und ausgewertet. Dieses rückgekoppelte Signal enthält Angaben über das elektrische Verhalten des Anzünders unterhalb der Zündschwelle. Aus diesem Verhalten wird dann auf das tatsächliche Zündverhalten geschlossen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Prüfung der Zündfähigkeit bei einem zweiadrigen Anzünder, wobei die die Eingangsleitungen des Anzünders bildenden Adern einerseits für die Eingabe des Prüfsignals und anderer­ seits für die Ausgabe des Antwortsignals benutzt wer­ den. Dies setzt voraus, daß das Antwortsignal gegenüber dem Prüfsignal verzögert ist. Eine solche Verzögerung ergibt sich bei Sprengzeitzündern durch die darin ent­ haltene Steuereinheit. Bei anderen Anzündern, die un­ verzögert ansprechen sollen und die zwischen Eingang und Zündpille kein Verzögerungselement enthalten, kann die Verzögerung durch eine im Rückkopplungskreis lie­ gende Verzögerungseinrichtung bewirkt werden.

Die Erfindung betrifft ferner einen elektrisch auslös­ baren pyrotechnischen Anzünder, der für das Prüfverfah­ ren geeignet ist. Dieser Anzünder enthält einerseits im Zündweg zwischen Eingang und Zündpille eine Steuerein­ heit und andererseits eine Rückkopplungseinrichtung zum Rückkoppeln der Ausgangssignale der Steuereinheit auf den Eingang.

Die Rückkopplungseinrichtung reagiert auf den die Zünd­ pille durchfließenden Strom. Sie kann mit dem Ausgangs­ kreis der Steuereinheit durch einen elektromagnetischen Übertrager induktiv gekoppelt sein. Andererseits ent­ steht bei induktiver Kopplung die Gefahr, daß durch Fremdeinwirkung Störsignale eingefangen werden, die zu einer unbeabsichtigten Auslösung der Zündpille führen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Rückkopplungseinrichtung durch einen Optokopp­ ler mit dem Ausgang gekoppelt. Der Optokoppler wirkt rückwirkungsfrei nur in Richtung vom Ausgang der Steu­ ereinheit zu dem Rückkopplungszweig, so daß jede Beein­ flussung der Zündpille durch Spannungen, die im Rück­ kopplungszweig entstehen, ausgeschlossen ist.

Die Erfindung eignet sich für alle Fälle, in denen die Zündfähigkeit eines elektrisch auslösbaren pyrotechni­ schen Anzünders getestet werden muß, insbesondere für Anzünder in Sicherheitssystemen (Gurtstraffer und Air­ bags) sowie für Sprengzeitzünder für Bergbau und Ölge­ winnung. Es wird nicht nur die bloße Zündfähigkeit des Anzünders getestet, sondern das gesamte Ansprechverhal­ ten, einschließlich der Verzögerungszeit.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnun­ gen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Schaltung eines an ein Prüfgerät angeschlossenen Anzün­ ders,

Fig. 2 den Signalverlauf bei einem Sprengzeitzünder und

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines an ein Zündgerät anschließbaren Anzünders.

Der in Fig. 1 dargestellte Anzünder 10 weist einen elektrischen Eingang 11 auf, der aus den beiden Adern 12 und 13 besteht. Diese Adern sind an eine elektroni­ sche Steuereinheit 14 angeschlossen. Die Ausgangslei­ tungen 15, 16 der Steuereinheit 14 sind mit einem pyro­ technischen Element 17 verbunden, bei dem es sich um eine Zündpille handelt, die einen Zünderdraht 18 und eine pyrotechnische Anzündladung 19 enthält.

Der Anzünder, soweit er bisher beschrieben wurde, ist bekannt. Seine Komponenten sind in einem langgestreck­ ten dünnen Röhrchen enthalten.

Erfindungsgemäß ist eine Rückkopplungseinrichtung 20 vorgesehen, um Signale vom Ausgang 15, 16 der Steuerein­ heit 14 auf den Eingang 11 rückzukoppeln. Diese Rück­ kopplungseinrichtung 20 enthält einen induktiven Über­ trager 21, dessen Primärspule 22 im Ausgangskreis der Steuereinheit enthalten ist und dessen Sekundärspule 23 an Leitungen 24, 25 angeschlossen ist. Die Rückkopp­ lungseinrichtung enthält ferner einen induktiven Über­ trager 26, dessen Primärspule 27 an die Leitungen 24, 25 angeschlossen ist und dessen Sekundärspule 28 im Ein­ gangskreis der Steuereinheit 14 (hier: in der Leitung 13) enthalten ist.

Anhand von Fig. 2 wird nun zunächst die übliche Auslö­ sung des Zünders ohne Rückkopplungseinrichtung 20 er­ läutert. Es handelt sich um einen Sprengzeitzünder, dessen Verzögerungszeit entsprechend einer elektronisch hinterlegten Zeitnummer programmiert wird.

Der Eingang 11 wird an eine (nicht dargestellte) Zünd­ maschine angeschlossen, die dem Eingang das in Fig. 2a) dargestellte Eingangssignal zuführt. Dieses Eingangs­ signal besteht aus einem Ladebereich 30, in dem die in Fig. 2b) dargestellte Kondensatorspannung eines in der Steuereinheit enthaltenen Kondensators auf ein Niveau L1 gebracht wird, das zur Versorgung der in der Steuer­ einheit enthaltenen Elektroden ausreicht. Dieses Niveau L1 liegt unterhalb des Nofire-Level LN des pyrotechni­ schen Elements 17. Im Anschluß an den Ladebereich 30 erfolgt eine Entsicherung des Anzünders durch einen Im­ pulsbereich 31, in dem die Zündmaschine eine kodierte Impulsfolge aussendet, die von der Steuereinheit des Zünders identifiziert wird. Es folgt der Aufladebereich 32, in dem die Kondensatorspannung über den Allfire- Level LA hinaus bis auf ein Niveau L2 erhöht wird. Nach Erreichen dieses Niveaus L2 erzeugt die Zündmaschine einen Impulsbereich 33 aus einer vorgegebenen Anzahl von Impulsen (hier: 64 Impulse). Diese Impulse werden von einem in der Steuereinheit enthaltenen Zähler ge­ zählt. Der Zähler hört jedoch bei einem unterhalb von 64 liegenden Zählwert auf, der als individuelle Zeit­ nummer in der Steuereinheit gespeichert ist. Nach dem letzten Impuls des Impulsbereichs 33 folgt ein Verzöge­ rungsbereich 34, in dem der Zählerstand des in der Steuereinheit enthaltenen Zählers rückgezählt wird. Erreicht der Zählerstand den Wert 0, so erfolgt die Zündung 35. Die Dauer des Verzögerungsbereichs 34 hängt also von der Größe der gespeicherten Zeitnummer und der Länge der Programmierimpulse ab.

Bei dem Prüfverfahren wird gemäß Fig. 1 an den Eingang 11 nicht eine Zündmaschine angeschlossen, sondern ein Prüfgerät 29. Dieses erzeugt ebenfalls die in Fig. 2a) dargestellte Signalfolge, jedoch mit einem Pegel, der den Nofire-Pegel LN nicht übersteigt. Somit entsteht in dem Kondensator die in Fig. 2b) durchgezogen darge­ stellte Kurve L3, welche den Nofire-Level LN nicht übersteigt.

In Fig. 2a) ist der zeitliche Verlauf des Auslösesig­ nals der Zündmaschine dargestellt. Das Prüfsignal, das von dem Prüfgerät 29 erzeugt wird, hat einen entspre­ chenden Verlauf, jedoch mit geringerer Amplitude. Die­ ses Prüfsignal ist mit Beendigung des Impulsbereichs 33 beendet. Der Zündimpuls 35, der im Anschluß an den Ver­ zögerungsbereich 34 am Ausgang der Steuereinheit 14 erzeugt wird, bildet das Antwortsignal.

Dieses Antwortsignal wird von der Rückkopplungseinrich­ tung 20 auf den Eingang 11 rückgekoppelt und von dem Prüfgerät 29 empfangen. Das Prüfgerät prüft Dauer und Impulsform des Antwortsignals und mißt die Verzöge­ rungszeit, die nach Beendigung des Impulsbereichs 33 bis zum Auftreten des Antwortsignals verstrichen ist. Wenn diese Werte den im Prüfgerät gespeicherten Soll­ werten des Anzünders entsprechen, wird der Anzünder für intakt befunden.

Wenn der Anzünder derart ausgebildet ist, daß seine Steuereinheit das Zündsignal unmittelbar nach Beendi­ gung des Eingangssignals liefert, also ohne wesentliche Verzögerung, kann eine Verzögerungseinrichtung in die Rückkopplungseinrichtung 20 integriert werden. Auf die­ se Weise wird sichergestellt, daß im Prüfgerät 29 das Antwortsignal des Anzünders von dem Eingangssignal zeitlich getrennt wird.

Fig. 3 zeigt einen Zünder 10, bei dem anstelle des in­ duktiven Übertragers 21 am Ausgang der Steuereinheit ein Optokoppler 41 vorgesehen ist, dessen LED 42 im Ausgangskreis der Steuereinheit liegt, während der Emp­ fangstransistor 43 im Stromkreis der Rückkopplungsein­ richtung 20 liegt. Die Verwendung eines Optokopplers 41 hat den Vorteil, daß keine Störspannungen von der Rück­ kopplungseinrichtung 20 auf den Ausgangskreis der Steu­ ereinheit 14 einwirken können.

Die Versorgungsspannung für den Optokoppler 41 wird von einer Versorgungsschaltung 44 erzeugt. Diese besteht aus einer Gleichrichterschaltung 45, die mit den Ein­ gangsleitungen 12, 13 verbunden ist und einen Kondensa­ tor 46 speist, welcher mit den Leitungen der Rückkopp­ lungseinrichtung 20 verbunden ist. Auf diese Weise wird während der Erzeugung des Prüfsignals der Kondensator 46 aufgeladen, so daß die Versorgungsspannung für den Optokoppler 41 am Ende des Prüfsignals zur Verfügung steht.

Claims (9)

1. Verfahren zur Prüfung der Zündfähigkeit eines elektrisch auslösbaren pyrotechnischen Anzünders (10), bei welchen dem Eingang (11) des Anzünders (10) ein elektrisches Prüfsignal zugeführt wird, das dem Auslösesignal entspricht, jedoch von so geringer Amplitude ist, daß sich eine zum Zünden ausreichende Zündspannung nicht aufbauen kann, und bei dem das Antwortsignal, das auf das Prüfsignal hin erzeugt wird, gegenüber dem Prüfsignal verzö­ gert auf den Eingang (11) rückgekoppelt und ausge­ wertet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antwortsignal verzögert erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Antwortsignal im Rückkopplungs­ zweig verzögert wird.

4. Elektrisch auslösbarer pyrotechnischer Anzünder mit einer Steuereinheit (14), an deren Ausgang ein pyrotechnisches Element (17) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine von dem Ausgang auf den Eingang (11) füh­ rende Rückkopplungseinrichtung (20) vorgesehen ist.

5. Anzünder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (24) derart ausgebildet ist, daß sie nach Empfang eines Prüfsignals das Ant­ wortsignal mit einer Zeitverzögerung dann erzeugt, wenn das Prüfsignal beendet wurde.

6. Anzünder nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Rückkopplungseinrichtung (20) eine Verzögerungseinrichtung enthält, die das Ant­ wortsignal erst auf den Eingang (11) leitet, wenn das Prüfsignal beendet wurde.

7. Anzünder nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungseinrichtung (20) induktiv mit dem Eingang (11) und/oder dem Ausgang gekoppelt ist.

8. Anzünder nach einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungseinrichtung (20) durch einen Optokoppler (41) mit dem Ausgang gekoppelt ist.

9. Anzünder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungseinrichtung (20) an eine mit dem Eingang (11) verbundene Versorgungsschaltung (44) für den Optokoppler (41) angeschlossen ist.