DE19836278C2 - Extern ansteuerbare Anzündeinheit mit integrierter Elektronik zum Auslösen eines Rückhaltesystems - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Anzündeinheit zum Auslösen eines Wirksystems, insbesondere eines Rückhaltesystems, wie beispielsweise eines Gurt­ straffers oder Airbags.

Derartige Anzündeinheiten enthalten eine Zündbrücke in Form z. B. eines Drahtwiderstandes oder Schichtelements und eine zumeist aus einem Feststoff bestehende Anzünd­ ladung, welche mit der Zündbrücke in Verbindung steht. Bei einer Auslösung der Anzündeinheit fließt ein Strom durch die Zündbrücke. Die entstehende Wärme zündet die Anzündladung an, welche stark expandierend in den gas­ förmigen Zustand übergeht, wodurch ein Druck, der bis zu einigen 100 bar betragen kann, entsteht. Durch eine Sollbruchstelle in dem Gehäuse der Anzündeinheit kann das Gas dann in ein Rückhaltesystem bzw. den Gasgenera­ tor eines Airbags oder Gurtstraffers eintreten.

Eine derartige Anzündeinheit ist in der DE 37 17 149, von der der Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ausgeht, beschrieben. Die Anzündeinheit hat ein festes Gehäuse, durch das auf einer Kontaktseite Kontaktstifte zum An­ schluß an eine Steuerleitung herausgeführt sind. An der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses ist ein Hohlraum ausgebildet, in dem sich die Anzündladung sowie die mit den Kontaktstiften verbundene Anzündelektronik befin­ det. Die Elektronik befindet sich auf einem Träger, der fest auf dem Boden des Hohlraums angeordnet ist, wäh­ rend die Anzündladung oberhalb der Elektronik angeord­ net ist, so daß die nach der Anzündung entstehenden Gase nach oben aus dem Gehäuse austreten können. Die Gase üben dabei eine Kraft auf das Trägerelement aus, was dieses und damit auch die Anzündelektronik zer­ stören kann.

Häufig werden Anzündeinheiten an einem Bussystem be­ trieben, an das mehrere Anzündeinheiten angeschlossen sind und auf dem die Teilnehmer des Busses bidirektio­ nal kommunizieren. Wenn beim Anzünden einer einzelnen Anzündeinheit deren Anzündelektronik zerstört wird, kann die Kommunikation auf dem Bus unterbrochen werden, so daß auch die anderen Teilnehmer nicht mehr angesteu­ ert werden können.

Aus DE 34 01 513 C2 ist es bekannt, die elektronische Zünd­ schaltung eines Geschosses in einen Kunststoff-Hartschaumblock einzuschäumen und diesen an Dämpfungskörpern abzustützen. Diese Maßnahme hängt damit zusammen, dass die elektronische Zünd­ schaltung von Geschossen gewöhnlich Tantalkondensatoren ent­ hält, die infolge der auftretenden Schockbelastungen einen Teil ihrer Ladung verlieren können. Durch die Dämpfung wird er­ reicht, dass bei Einwirkung eines starken Stoßes, beispielswei­ se beim Aufschlagen auf einen harten Erdboden, dieser Stoß nur gedämpft auf den Hartschaumblock übertragen wird. Die Schockbe­ lastung ist dadurch so herabgesetzt, dass Tantalkondensatoren sich nicht entladen und auch nicht die Gefahr besteht, dass sich Bauteile von der Schaltungsplatine der Zündschaltung lö­ sen. Hierbei handelt es sich um eine Maßnahme, die speziell für Geschosse mit schockempfindlichen Kondensatoren bestimmt ist.

Ein Gefechtskopf, bei dem die Sprengladung in einer Innenhülle angeordnet ist, die gedämpft oder federnd in einer Außenhülle gelagert ist, ist beschrieben in DE 35 32 850 C2. Die gedämpfte oder federnde Lagerung der Außenhülle hat den Zweck, die innere Sprengladung und eventuelle Splitteranordnungen unter der Au­ ßenhülle allseitig gegen eine zu hohe Belastung beim Zieldurch­ gang zu schützen. Dies steht in keinem Zusammenhang mit der Zündung.

Aus DE 40 38 460 C2 ist ein Geschoß bekannt, welches eine Lei­ terplatte mit einer elektronischen Schaltung enthält, welche aus oberflächenmontierten Bauteilen besteht. Zwischen der Lei­ terplatte und dem jeweiligen Bauteil ist ein elastischer Kleben angeordnet, so dass das Bauteil auf der Leiterplatte schwimmend gehalten wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anzündeinheit zu schaffen, bei der die Funktionsfähigkeit der Anzündelektronik auch noch nach der Auslösung des An­ zündelements gegeben ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Anzündeinheit weist ein Gehäuse auf, in dem sich eine Anzündladung befindet, die teilweise von einem Ge­ häuseeinsatz umgeben ist. Die Anzündladung wird von ei­ ner Zündbrücke, welche auf einem Trägerelement angeord­ net ist, angezündet. Auf dem Trägerelement befindet sich ferner eine Anzündelektronik, die mit der Zünd­ brücke in elektrischer Verbindung steht und diese ak­ tiviert. Mit der Anzündelektronik steht mindestens ein Kontaktstift in elektrischer Verbindung, der aus dem Gehäuse herausgeführt ist, um die Anzündeinheit an eine Zündleitung (Bus) anzuschließen. Alternativ kann die Anzündeinheit auch Buchsen oder andere Anschlußelemente aufweisen.

Der Erfindung liegt das Prinzip zugrunde, das Träger­ element und die darauf angeordnete Anzündelektronik mindestens teilweise mit stoßdämpfendem Material zu belegen. Die bei dem Anzünden der Anzündladung entste­ hende Stoßenergie wird von dem stoßdämpfenden Material verzehrt, bevor der Druckstoß die empfindliche Anzünd­ elektronik erreicht. Somit ist sichergestellt, daß die Anzündelektronik auch nach der Auslösung der Anzündla­ dung funktioniert.

Das stoßdämpfende Material kann oberhalb des Trägerele­ ments, d. h. zwischen dem Trägerelement und der Anzünd­ ladung, angeordnet sein. Dabei absorbiert das umhüllen­ de Material die von der Anzündladung erzeugte Stoßener­ gie. Das Trägerelement kann derart gelagert sein, daß es durch Verbiegen dem beim Anzünden entstehenden Druck nachgibt.

Das stoßdämpfende Material kann auch unter dem Träger­ element, d. h. an der der Anzündladung abgewandten Sei­ te, angeordnet sein. Der bei dem Anzünden entstehende Druck drückt das Trägerelement dann nach unten, wobei das darunterliegende stoßdämpfende Material die Energie aufzehrt. Die beiden Varianten können miteinander kom­ biniert werden.

Vorzugsweise sind das Trägerelement und die Anzündelek­ tronik von einer Umhüllung aus stoßdämpfendem Material umgeben, die im wesentlichen nur die Zündbrücke frei­ läßt. In diesem Fall wird die Dämpfung an der Oberseite des Trägerelements sowohl von dem Gehäuseeinsatz als auch von der Umhüllung erzielt. An der Unterseite des Trägerelements übernimmt die Umhüllung ebenfalls die Dämpfung. Die Härte des Materials der Umhüllung bzw. des Gehäuseeinsatzes hängen dabei von dem zu erwarten­ den Druck sowie von der Empfindlichkeit des Trägerele­ ments bzw. der darauf angeordneten Anzündelektronik ab. Die Zündbrücke wird nicht von der Umhüllung bedeckt, sondern hat direkten Kontakt mit der Anzündladung. Der im Bereich der Zündbrücke auf das Trägerelement wirken­ de Druck hat keine negativen Auswirkungen auf die elek­ trischen Leitungen oder elektronischen Komponenten, denn diese sind vollständig innerhalb der Umhüllung angeordnet. Der beim Anzünden entstehende Druck wird durch die Verformung der Umhüllung bzw. des Gehäuseein­ satzes abgebaut, so daß der auf die Anzündelektronik wirkende abgeschwächte Druck diese nicht beschädigt. Die auf dem Trägerelement befindlichen elektronischen Baugruppen oder Leitungen sind daher auch nach dem An­ zünden betriebsbereit, so daß eindeutig definierte elektrische Zustände zwischen den Kontaktstiften herr­ schen. Zudem kann eine Anzündelektronik auch nach dem Auslösen Informationen, beispielsweise über den Zustand der Anzündeinheit, an einen Steuerrechner ausgeben. Dies kann beispielsweise eine Rückmeldung sein, daß die Anzündeinheit angezündet worden ist. Auf jeden Fall bleibt die Busleitung unversehrt, so daß weitere An­ zündelemente angezündet werden können.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Dämpfungseigenschaften des Materials des Ge­ häuseeinsatzes verschieden von denen der Umhüllung. Dieser zweistufige Aufbau erlaubt eine verbesserte ab­ gestufte Druckentlastung, wobei es außerdem möglich ist, durch die Gestaltung der Grenzfläche zwischen Um­ hüllung und Gehäuseeinsatz spezielle Druckverläufe zu dämpfen.

Bevorzugterweise ist die Härte des Materials der Umhül­ lung größer als die des Gehäuseeinsatzes. Dieser Aufbau erlaubt eine gute Dämpfung des bei dem Anzündvorgang entstehenden Stoßes. Der Gehäuseeinsatz übernimmt dabei gewissermaßen die Funktion einer Vordämpfung, bei der bereits ein Teil der Druckkräfte aufgezehrt wird, wäh­ rend die restlichen Kräfte von der steiferen Umhüllung abgebaut werden. Es ist auch möglich, daß der Gehäuse­ einsatz aus einem härteren Material besteht.

Das Trägerelement kann eine Sollbruchstelle aufweisen, wobei keine Bauteile oder elektrische Leitungen der Anzündelektronik in dem Bereich der Sollbruchstelle vorhanden sind. So kann überschüssige Energie abgebaut werden, ohne daß die Anzündelektronik einem gefährlich erhöhten Druck ausgesetzt ist.

Die elektrische Verbindung zwischen den Kontaktstiften und der auf dem Trägerelement angeordneten Anzündelek­ tronik kann mechanisch beweglich ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, daß das Trägerelement sich bei dem Anzündvorgang unabhängig von den Kontaktstiften bewegen kann, was kleine Bewegungen des Trägerelementes zuläßt und zudem verhindert, daß die Kontaktstifte bewegt wer­ den, was zu einer Beschädigung eines mit den Kontakt­ stiften verbundenen Steckers der Zündleitung führen kann. Die Verbindung zwischen Trägerelement bzw. der darauf angeordneten Zündbrücke, und den Kontaktstiften kann derart ausgestaltet sein, daß das Trägerelement mit der Zündbrücke verbundene Kontaktelemente aufweist, die an den Kontaktstiften anliegen, wobei das Träger­ element entlang der Kontaktstifte verschiebbar ist. Bei einer derartigen Bewegung bleiben die Kontaktelemente ständig in Anlage mit den Kontaktstiften. Die Anzünd­ elektronik des Trägerelements kann auch mit flexiblen elektrischen Leitungen (Bonddraht) mit den Kontaktstif­ ten verbunden sein.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer Anzündeinheit und

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Trägerelement mit an­ liegenden Kontaktstiften.

Die in Fig. 1 gezeigte Anzündeinheit 1 hat ein topfförmiges Gehäuse 2, dessen untere Stirnseite offen ist. Das Gehäuse 2 besteht aus Metallblech, um ein Aus­ gasen der Anzündladung zu verhindern und um in der An­ zündeinheit 1 befindliche Elektronik gegen Einstrahlung abzuschirmen. Im oberen Bereich des Gehäuses 2 ist ein Gehäuseeinsatz 3 eingepaßt, der eine zentrale, im we­ sentlichen trichterförmige Ladebohrung 4 aufweist. Die größere Öffnung der Ladebohrung 4 liegt an der oberen Stirnseite des Gehäuses 2 an, wobei das Gehäuse 2 im Bereich der größeren Öffnung der Ladebohrung 4 eine sternförmige Sollbruchstelle 2a aufweist.

Unterhalb des Gehäuseeinsatzes 3 befindet sich ein Trä­ gerelement 5, auf dem sich eine Zündbrücke 6 in Form eines Schichtwiderstandes befindet. Das Trägerelement 5 besteht aus einem festen Werkstoff, wie beispielsweise dem Keramikmaterial Al₂O₃. Das Trägerelement 5 kann auch eine Platine sein. Die Zündbrücke 6 befindet sich in der kleineren Öffnung der Ladebohrung 4. Die von dem Trägerelement 5 unten dicht verschlossene Ladebohrung 4 des Gehäuseeinsatzes 3 ist mit einer Anzündladung 7 ge­ füllt. Hier besteht die Anzündladung 7 aus einer Kompo­ nente; es ist jedoch möglich, auch zwei- oder mehrstu­ fige Anzündladungen zu verwenden. Die in der Ladeboh­ rung 4 verdichtete Anzündladung 7 ist oben mit einer Abdeckung 8 abgeschlossen, so daß eine dichte Packungs­ lage garantiert wird. Auf der Ober- und Unterseite des Trägerelementes 5 sind beispielhaft einige Komponenten einer Anzündelektronik 9 dargestellt.

Das Trägerelement 5 und die Anzündelektronik 9 sind von einer Umhüllung 10 aus stoßdämpfendem Material umgeben, wobei jedoch die Zündbrücke 6 sowie ein darumliegender Bereich des Trägerelementes 5 nicht von der Umhüllung 10 bedeckt sind. Die Umhüllung 10 hat dort eine zentra­ le trichterförmige Öffnung, deren größere Öff­ nungsfläche nach oben zeigt. Der Gehäuseeinsatz 3 und die Umhüllung 10 greifen derart ineinander ein, daß ein die Ladebohrung 4 begrenzender, kreisförmig umlaufender Rand 3a auf der Wandung der Öffnung der Umhüllung 10 aufliegt. Die in der Ladebohrung 4 befindliche Anzünd­ ladung 7 kommt also nicht mit der Umhüllung 10 in Kon­ takt.

Der Gehäuseeinsatz 3 und die Umhüllung 10 bestehen aus einem Kunststoffmaterial, wie beispielsweise einem Thermoplast, Harz, Gummi oder Faserwerkstoff, wobei die Härte des Materials der Umhüllung 10 größer ist als diejenige des Gehäuseeinsatzes 3. Der Gehäuseeinsatz 3 besteht aus einem relativ weichen Material. Die Umhül­ lung 10 hingegen besteht aus einem relativ harten Ma­ terial, das jedoch noch ein Schwingen oder eine kleine Bewegung des in der Umhüllung 10 aufgehängten Träger­ elements 5 ermöglicht. Daher kann das Trägerelement 5 der bei dem Anzünden entstehenden Druckspitze auswei­ chen und so die auf das Trägerelement 5 wirkende, durch die Verformung des Gehäuseeinsatzes 3 und der Umhüllung 10 bereits reduzierte Kraft weiter verringern. Die Aus­ wahl des Materials, nämlich einerseits eines relativ weichen Materials für den Gehäuseeinsatz 3 und anderer­ seits eines relativ harten Materials für die Umhüllung 10, wird von dem Druck, der innerhalb der Ladebohrung 4 aufgebaut wird und damit auf das Trägerelement 5 wirkt sowie von der Empfindlichkeit des Trägerelements 5 bzw. der darauf angeordneten Anzündelektronik 9, bestimmt. Je höher der zu erwartende Druck ist, desto härter wer­ den die beiden Materialien gewählt. Das Material des Gehäuseeinsatzes 3 ist von einer derartigen Härte, daß es sich nicht allzu stark unter dem Einfluß des Gas­ drucks, der in der Ladebohrung 4 aufgebaut wird, ver­ formt, jedoch noch eine Vordämpfung erlaubt. Die Haupt­ dämpfung übernimmt dann die aus einem härteren Material bestehende Umhüllung 10.

Unterhalb der Umhüllung 10 ist ein metallischer Durch­ führungssockel 11 in Form einer sogenannten Glas-Me­ tall-Durchführung angeordnet, der das Gehäuse 2 dicht verschließt. Mittels einer umlaufenden Schweißnaht 12 sind das Gehäuse 2 und der Durchführungssockel 11 mit­ einander verbunden. Durch den Durchführungssockel 11 sind drei Kontaktstifte 13a, 13b, 13c aus Metall nach außen geführt. In dem Durchführungssockel 11 ist um je­ den der Kontaktstifte 13a, 13b, 13c eine Glaseinschmel­ zung 14 ausgebildet, welche den jeweiligen Kontaktstift 13 und den Durchführungssockel 11 voneinander elek­ trisch isoliert. An der Oberseite weist der Durchfüh­ rungssockel 11 einen Absatz 11a mit einem Hinterschnitt auf, in den ein ringförmiger Wulst der Umhüllung 10 eingreift, so daß die Umhüllung 10 fest in dem Gehäuse gehalten ist.

An ihrer Oberseite greifen die Kontaktstifte 13a, 13b, 13c mit Kontaktelementen 15 (Fig. 2) zusammen. Die Kon­ taktelemente 15 sind beispielsweise auf das nichtlei­ tende Trägerelement 5 aufgedruckt. An der Außenkante der Kontaktelemente 15, d. h. denjenigen Kanten, welche mit der Begrenzungskante des Trägerelements 5 zusammen­ fallen, ist jeweils eine etwa halbkreisförmige Ladeboh­ rung 16 ausgebildet. In jeweils eine Ladebohrung 16 greift jeweils ein Kontaktstift 13 ein. Um einen bes­ seren elektrischen Übergang zwischen Kontaktstift 13 und Kontaktelement 15 zu erzielen, ist auch die Wan­ dungsfläche der Ladebohrung 16, d. h. diejenige Fläche, die in Richtung der Längsachse der Kontaktstifte 13 verläuft und an der die Kontaktstifte 13 anliegen, mit einer elektrisch leitenden Schicht, welche Bestandteil des Kontaktelements 15 ist, versehen. Zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen bzw. um Bewegungen des Trägerele­ ments 5 zwischen den recht starren Kontaktstiften 13 zu ermöglichen, ist der Radius der Ladebohrung 16 größer als der Radius des Kontaktstiftes 13.

Die Kontaktelemente 15 sind mit Leiterbahnen oder Lei­ tungen verbunden, welche an Komponenten der Anzündelek­ tronik 9 angeschlossen sind. Die Anzündelektronik 9 wiederum ist über Leiterbahnen mit der Zündbrücke 6 verbunden.

Bei einer Auslösung erhält die Anzündeinheit 1 ein ent­ sprechendes Signal über das Bussystem. Das Signal wird über die Kontaktstifte 13a, 13b, 13c an die Kontaktele­ mente 15 weitergegeben und von dort an die Anzündelek­ tronik 9 geleitet. Ist die Adresse richtig und ist das Signal ein Anzündsignal, legt die Anzündelektronik 9 einen Anzündstrom an die Zündbrücke 6 an, z. B. mit Hil­ fe eines zuvor aufgeladenen Kondensators. Diese erwärmt sich und die dabei entstehende Wärme zündet die Anzünd­ ladung 7 an, welche stark expandierend in den gasförmi­ gen Zustand übergeht und dabei die Abdeckung 8 zerstört sowie das Gehäuse 2 an der Sollbruchstelle 2a öffnet. Das Gas kann dann beispielsweise für ein Gurtstraffer­ system oder zum Anzünden eines Gasgenerators für einen Airbag genutzt werden. Bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Sollbruchstelle 2a aufbricht, wirkt der Gasdruck auch auf das Trägerelement 5. Der Gehäuseeinsatz 3 übernimmt die Funktion einer Vordämpfung, während die Hauptdämp­ fung durch die Umhüllung 10 erfolgt. Zusätzlich kann das Trägerelement 5 nach unten ausweichen, so daß der auf das Trägerelement 5 und die Anzündelektronik 9 wir­ kende Druck weiter reduziert wird. Dabei dämpft der zwischen dem Trägerelement 5 und dem Durchführungssoc­ kel 11 liegende Teil der Umhüllung 10 den Stoß ab. Auch die auf der Oberseite des Trägerelements 5 angeordneten elektronischen Komponenten der Anzündelektronik 9 sind von der Umhüllung 10 umschlossen, so daß diejenigen Druckkomponenten, die von dem Trichterbereich der Lade­ bohrung 4 nach unten oder seitlich gerichtet ausgehen, ebenfalls soweit gedämpft werden, daß diese die Elek­ tronik nicht schädigen. Das Material und die Geometrie, d. h. insbesondere die die maximale Bewegung des Träger­ elements 5 bestimmende Höhe der Umhüllung 10, sind der­ art ausgelegt, daß das Trägerelement 5 sich mindestens bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Sollbruchstelle 2a aufbricht, bewegen kann.

Claims (8)

1. Anzündeinheit zum Auslösen eines Wirksystems, insbesondere eines Rückhaltesystems, mit
einer in einem Gehäuse (2) angeordneten Anzündladung (7), die teilweise von einem Gehäuseeinsatz (3) umgeben ist,
einem in dem Gehäuse (2) angeordneten Trägerelement (5), auf dem eine Zündbrücke (6) zum Anzünden der Anzündladung (7) und eine mit der Zündbrücke (6) verbundene Anzündelek­ tronik (9) angeordnet sind, und
mindestens einem mit der Anzündelektronik (9) in elektri­ scher Verbindung stehenden, aus dem Gehäuse (2) herausge­ führten Kontaktstift (13a, 13b, 13c),
dadurch gekennzeichnet,
daß das Trägerelement (5) und die Anzündelektronik (9) mindestens teilweise mit stoßdämpfendem Material (3; 10) belegt sind, welches den beim Anzünden auf die Anzündelek­ tronik (9) einwirkenden Stoß mindert und die Funktionsfä­ higkeit der Anzündelektronik auch nach der Auslösung auf­ rechterhält, wobei das stoßdämpfende Material (3; 10) die Zündbrücke (6) freiläßt.

2. Anzündeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (5) und die Anzündelektronik (9) von ei­ ner Umhüllung (10) aus stoßdämpfendem Material umgeben sind, die im wesentlichen nur die Zündbrücke (6) freiläßt.

3. Anzündeinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseigenschaften des Gehäuseeinsatzes (3) von denen der Umhüllung (10) verschieden sind.

4. Anzündeinheit nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Umhüllung (10) aus einem härteren Material besteht als der Gehäuseeinsatz (3).

5. Anzündeinheit nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Trägerelement (5) eine Sollbruch­ stelle aufweist, wobei keine Komponenten der Anzündelek­ tronik (9) im Bereich der Sollbruchstelle angeordnet sind.

6. Anzündeinheit nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Trägerelement (5) Kontaktelemente (15) aufweist und mit den Kontaktelementen (15) entlang der Kontaktstifte (13a, 13b, 13c) verschiebbar ist.

7. Anzündeinheit nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Trägerelement (5) bzw. die Anzünde­ lektronik über flexible elektrische Leitungen mit den Kon­ taktstiften (13a, 13b, 13c) verbunden ist.

8. Anzündeinheit nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Anzündelektronik (9) einen Kom­ munikationsteil zum Betreiben der Anzündeinheit (1) an ei­ nem Bussystem enthält.