DE60023818T2

DE60023818T2 - Gegen elektostatische Entladungen geschützter, pyrotechnischer Zünder mit durch Photoätzung hergestellter Zündbrücke

Info

Publication number: DE60023818T2
Application number: DE60023818T
Authority: DE
Inventors: Jean-Rene Duguet
Original assignee: Livbag SAS
Current assignee: Livbag SAS
Priority date: 1999-11-05
Filing date: 2000-10-12
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2020-10-13
Also published as: FR2800865B1; EP1098162B1; US6408758B1; JP2001194094A; BR0005239A; DE60023818D1; EP1098162A1; FR2800865A1; ATE309518T1; JP3710373B2; KR20010076223A; KR100390109B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich der elektro-pyrotechnischen Zünder, die dafür vorgesehen sind, pyrotechnische Ladungen von Gasgeneratoren zu zünden, die Schutzvorrichtungen für Kraftfahrzeuginsassen auslösen sollen. Genauer betrifft die Erfindung einen Zünder, dessen Zündkopf eine Schaltung in metallischen Lagen in Dickschichttechnik umfaßt und der gegen elektrostatische Entladungen gut geschützt ist.
Herkömmlicherweise bestehen für die Fahrzeugsicherheit bestimmte elektro-pyrotechnische Zünder aus einem isolierenden Körper, der von einer zerbrechlichen metallischen Kappe verlängert und von zwei Elektroden durchzogen wird. Die Elektroden sind miteinander durch einen heizenden Widerstandsfaden verbunden, der von einer explosiven Zündmischung umgeben ist, beispielsweise eine Mischung auf der Basis von Bleitriresorzin. Solche Zünder, die beispielsweise in den amerikanischen Patenten US 4,517,895 oder US 4,959,011 beschrieben sind, haben jedoch den Nachteil empfindlich gegenüber den Vibrationen des Kraftfahrzeugs im Bereich der Lötverbindungen des Widerstandsfadens auf den Elektroden zu sein. Diese Lötverbindungen können brechen, wenn wiederholt die Fahrzeugvibrationen auf sie einwirken, und den Zünder funktionsuntüchtig machen.
Um diesem Nachteil zu begegnen, wurden Zünder entwickelt, bei denen die Elektroden im Kontakt mit zwei getrennten leitenden metallischen Auflagen sind, die sich auf der Oberfläche des isolierenden Körpers erstrecken, der sich im Inneren der metallischen Kappe befindet. Diese beiden Auflagen sind miteinander durch ein flaches Widerstandsband geringer Breite verbunden, das auf der Oberfläche des isolierenden Körpers aufgetragen ist. Die leitenden Auflagen und das Widerstandsband sind mit einer explosiven Zündmischung bedeckt.
Diese Zünder unterteilen sich in zwei große Familien. Einerseits die Zünder, deren leitende Auflagen durch gedruckte Schaltungen gebildet werden, wie diejenigen, die beispielsweise im europäischen Patent EP 0 802 092 beschrieben werden; andererseits die Zünder, deren leitende Auflagen und das Widerstandsband durch einen Stapel fotogeätzter metallischer Lagen gebildet werden, wie beispielsweise die im Patent US 5,544,585 beschriebenen. Die Zünder aus dieser letzteren Familie werden oftmals "Zünder in Dickschichtlagen" genannt, wobei die Dicke jeder metallischen Lage zwischen im allgemeinen 2 × 10^–6 m und 7 × 10^–6 m oder auch 2 und 7 Mikrometer liegt.
Die Zünder, deren leitende Auflagen durch gedruckte Schaltungen gebildet werden, gestatten das einfache Löten in Oberflächenmontage von elektronischen Komponenten, wie etwa Varistoren oder Kondensatoren, die für den Zünder einen sehr guten elektrostatischen Schutz bereitstellen.
Dagegen ist bei den Zündern in Dickschichtlagen, die jedoch einfach und wirtschaftlich sind, diese Verlötung weniger leicht und diese Zünder waren bis jetzt weniger gut gegen elektrostatische Entladungen geschützt.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es gerade Zünder in Dickschichtlagen vorzuschlagen, die gut gegen elektrostatische Entladungen geschützt sind und gleichzeitig kein Auflöten von elektronischen Bauelementen im Verlauf der Montage benötigen.
Die Erfindung betrifft daher einen elektro-pyrotechnischen Zünder, der im Inneren eines von einem Formteil verschlossenen und von diesem getragenen zerbrechlichen Behälters einen Zündkopf umfaßt, der durch eine dichte Wand gebildet wird, die durch einen massiven Körper der Höhe h gebildet wird, der eine ebene obere Fläche hat und der über seine ganze Höhe h eine glasartige Struktur eng umschließt, die von zwei Elektroden in Stiftform durchzogen wird, wobei jede der Elektroden ein Ende hat, das über die ebene obere Fläche hinausragt, wobei dieser Überstand es gestattet, sie elektrisch mit einer elektrischen Schaltung in Dickschichtlagen zu verbinden, die von einem isolierenden Träger getragen wird, der auf der ebenen oberen Fläche sitzt und der selbst von den Elektroden durchzogen wird, wobei die Schaltung ein heizendes flaches Widerstandselement umfaßt, das über zwei getrennte leitende metallische Auflagen, die sich auf dem Träger erstrecken, mit den Elektroden verbunden ist, wobei jede Auflage mit einer der Elektroden in Kontakt ist und das flache Element und die metallischen Auflagen mit einer pyrotechnischen Zündmischung bedeckt sind, dadurch gekennzeichnet, daß:

– die Schaltung in Dickschichtlagen eine erste Schicht umfaßt, die aus einer ersten Lage aus einer metallischen Widerstandslegierung gebildet ist, mit einer Dicke zwischen 2 × 10^–6 m und 7 × 10^–6 m, die auf den Träger geklebt und von den Elektroden durchzogen ist, wobei die erste Lage eine Form hat, die zwischen den Elektroden einen Mittelabschnitt hat, der das flache Widerstandselement bildet, und ihre äußere Kontur, mit Ausnahme des Mittelabschnitts, durch gekrümmte Linien gebildet wird, deren Krümmungsradien größer als 7 × 10^–4 m sind, wobei die erste Lage, mit Ausnahme des Mittelabschnitts, von einer zweiten leitenden metallischen Schicht bedeckt ist, die dazu dient, die metallischen Auflagen zu bilden, die von den Elektroden durchzogen sind und deren Form und Dicke vergleichbar zu denen der Abschnitte der ersten Lage, die sie bedecken, sind.

Gemäß einer ersten bevorzugten Variante der Erfindung beträgt der kleinste Abstand zwischen dem Rand des isolierenden Trägers und der äußeren Kontur der Schaltung in Dickschichtlagen wenigstens 35 × 10^–5 m.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Variante der Erfindung hat der Mittelabschnitt konstante Breite.
Die Zünder gemäß der Erfindung sind sehr einfach und robust, sie umfassen kein zusätzliches durch Löten befestigtes Bauelement und sind leicht herzustellen wenn die Schaltung in Dickschichtlagen durch Fotoätzung ausgeführt wird, wie dies beispielsweise im Patent US 5,544,585 beschrieben ist. Es wurde festgestellt, daß diese Zünder eine ausgezeichnete Widerstandsfähigkeit gegenüber elektrostatischen Entladungen haben, insbesondere, wenn die Form der Schaltung in Dickschichtlagen derart ist, daß die Ebene, die die zwei Elektroden verbindet, im Bereich des Trägers eine Wechselfolge von leitenden Zonen und isolierenden Zonen durchläuft, wie dies noch genauer weiter unten in der Beschreibung beschrieben wird.
Die erste Lage wird vorteilhafterweise durch eine Widerstandslegierung auf der Basis von Nickel und Chrom gebildet, wohingegen die zweite Schicht vorteilhafterweise durch eine Kupferlage gebildet wird.
Die zweite Lage kann vorteilhafterweise mit einer dritten Schicht überdeckt sein, die eine Verzinnungsauftragung auf Zinnbasis ist mit einer Form und Dicke vergleichbar mit den Teilen der zweiten Lage die sie bedeckt.
Schließlich ist die allgemeine Form der elektrischen Schaltung in Dickschichtlagen vorteilhafterweise die eines "S".
Die Zünder gemäß der Erfindung können somit leicht zu geringen Kosten in Serie hergestellt werden und ihre bevorzugte Anwendung in pyrotechnischen Gasgeneratoren finden, die dafür vorgesehen sind, Schutzvorrichtungen für die Insassen eines Kraftfahrzeugs auszulösen.
Es wird nun mit Bezug auf die 1 bis 5 eine detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gegeben.
1 ist eine Ansicht im Axialschnitt eines Zünders gemäß der Erfindung, dessen Schaltung zwei Schichten umfaßt.
2 ist eine Draufsicht des Trägers und der Schaltung in Dickschichtlagen des in 1 dargestellten Zünders.
3 ist ein Schnitt entlang A-A der 2.
4 stellt denselben Schnitt für den Fall dar, daß die Schaltung außerdem eine Verzinnungsschicht umfaßt.
5 stellt das elektrische Schema einer Vorrichtung dar, die es gestattet die Widerstandsfähigkeit gegenüber elektrostatischen Entladungen der Zünder gemäß der Erfindung zu testen.
Ein elektro-pyrotechnischer Zünder 1 gemäß der Erfindung ist in 1 dargestellt. Dieser Zünder 1 wird durch einen zerbrechlichen zylindrischen Behälter 2 gebildet, der an einem seiner Enden offen ist. Ein massiver zylindrischer Körper 3 verschließt das offene Ende des Behälters 2. Die Seitenwand 4 des Körpers 3 hat einen äußeren Absatz 5, auf dem sich das offene Ende des Behälters 2 abstützt. Der Behälter 2 und der Körper 3 sind in einem Formteil 6 eng eingefaßt, das sie fest miteinander verbunden hält. Der Behälter 2 hat damit die Form einer zylindrischen Kappe, die eine Seitenwand 7 und ein vollwandiges verschlossenes Ende 8 hat. Der Behälter 2 besteht vorteilhafterweise aus einem dünnen Leichtmetall wie Aluminium und seine ebene Seite ist vorteilhafterweise geschwächt, damit sie sich unter der Wirkung einer Erhöhung des im Behälterinneren herrschenden Drucks leicht öffnen kann. Das Formteil 6 ist vorzugsweise mit einem thermoplastischen Harz wie beispielsweise Polyethylen-Terephthalat ausgeführt.
Der Körper 3 muß bei einer Explosion und für die aus dieser Explosion stammenden Verbrennungsgase eine dichte Wand bilden. Dieser Körper 3 ist vorzugsweise mit einem dichten Metall wie Stahl ausgeführt. Der Körper 3 hat eine eben obere Seite 9 und eine ebenfalls ebene untere Seite 15 und er umschließt über seine ganze Höhe h eng zwei hohle Röhrchen aus Glas 10 und 11. Jedes dieser Röhrchen enthält eine Elektrode 12, 13 in Form eines Stifts.
Jede Elektrode hat ein Ende, das über die ebene obere Fläche 9 des Körpers 3 hinausragt, und ein Ende, das über die untere Fläche 14 des Formteils 6 hinausragt. Auf der ebenen oberen Fläche 9 des Körpers 3 ist, beispielsweise durch Verkleben, ein isolierender Träger 16 befestigt, der durch eine Platte gebildet wird, die auf der Basis einer Glas/Harz-Mischung realisiert ist, wie beispielsweise ein Polyepoxidharz. Die Elektroden 12 und 13 durchziehen den isolierenden Träger 16 und ragen über ihn hinaus.
Der isolierende Träger 16 trägt eine elektrische Schaltung 18 in Dickschichtlagen, die ein heizendes flaches Widerstandselement 17 umfaßt. Diese Schaltung, die etwas weiter unten detaillierter beschrieben wird, ist von den Elektroden 12 und 13 durchzogen und elektrisch mit diesen verbunden. Die Schaltung 18, die das Widerstandselement 17 umfaßt, ist von einer pyrotechnischen Zündmischung 19 bedeckt, beispielsweise auf der Basis von Bleitrinitroresorzin. Der Behälter 2 enthält ebenfalls ein metallisches Röhrchen 20, das die Seitenwand 7 verstärkt. Im Inneren des Röhrchens 20 befindet sich ein Zündpulver 21, das als ein Beispiel aus einem Pulver auf Nitrozellulosebasis oder aus einer Mischung von Bor und Kaliumnitrat besteht.
Es wird nun insbesondere mit Bezug auf die 2, 3 und 4 die Schaltung 18 beschrieben. Die Schaltung 18 wird vom isolierenden Träger 16 getragen, der die Form einer Platte hat, die zwei zylindrische Kanäle 22 und 23 umfaßt, die dafür bestimmt sind, die Elektroden 12 und 13 durchlaufen zu lassen.
Die Schaltung 18 besteht wesentlich aus einer ersten Lage 24 aus einer metallischen Widerstandslegierung, beispielsweise einer Legierung auf der Basis von Nickel und Chrom.
Diese Lage, deren Dicke zwischen 2 und 7 Mikrometer, das heißt zwischen 2 × 10^–6 m und 7 × 10^–6 m, liegt, bedeckt nicht die Kanäle 22 und 23 und besitzt eine Form, die zwischen den Kanälen 22 und 23, in denen die Elektroden 12 und 13 laufen, einen Mittelteil konstanter Breite hat, der das Widerstandselement 17 bildet. Mit Ausnahme dieses Mittelteils wird die Außenkontur 25 dieser Lage 24 durch gekrümmte Linien gebildet, deren Krümmungsradien über 0,7 mm, das heißt 7 × 10^–4 m liegen. Außerdem muß der kleinste Abstand zwischen den Rändern 26 des isolierenden Trägers 16 und der Außenkontur 25 der Lage 24 wenigstens 0,35 mm, das heißt 35 × 10^–5 m betragen. Die erste Lage 24 ist mit Ausnahme des Mittelteils, der das flache Widerstandselement 17 bildet, von einer leitenden metallischen Schicht 27, beispielsweise aus Kupfer, bedeckt. Diese zweite Schicht 27 dient dazu, zwei leitende metallische Auflagen 28 und 29 zu bilden, die von den Elektroden 12 und 13 durchzogen werden und die mit letzteren elektrisch verbunden sind. Diese Auflagen haben eine Form, die identisch ist mit der Form der Teile der Lage 24, die sie bedecken. Die Dicke der zweiten Schicht 27 entspricht derjenigen der Lage 24.
Wie in 4 dargestellt, kann die zweite Schicht 27 vorteilhafterweise von einer dritten Schicht 30 bedeckt sein, die durch eine Verzinnungsauftragung gebildet wird, deren Form und Dicke denen der zweiten Schicht 27 entspricht und die damit das zur ersten Lage 24 gehörende flache Widerstandselement 17 frei läßt.
An dieser Stelle der Beschreibung sei gesagt, daß in den 3 und 4 die Dicken der Schichten 24, 27 und 30 nicht proportional zur Dicke des isolierenden Trägers 16 sind.
Die Auftragung einer Schaltung in Dickschichtlagen, so wie sie gerade beschrieben wurde, auf dem Träger 16, kann leicht durch dem Fachmann bekannte Fotoätzungstechniken realisiert werden. Es wurde beobachtet, daß die Zünder, die eine Schaltung 18 gemäß der Erfindung umfassen, eine Widerstandsfähigkeit gegenüber elektrostatischen Entladungen haben, die weit oberhalb derjenigen der Zünder liegt, die eine herkömmliche Schaltung in Dickschichtlagen umfassen, bei der die leitenden Auflagen spitze Winkel haben und/oder den isolierenden Träger bis zu seinem Rand bedecken. Dies gilt insbesondere, wenn die allgemeine Form der Schaltung 18 diejenige eines „S" ist, wie in den 2, 3 und 4 dargestellt. Diese Form stellt in der Ebene, die die beiden Elektroden verbindet, im Bereich des Trägers 16 eine Wechselfolge von leitenden und isolierenden Zonen sicher, die besonders die Widerstandsfähigkeit des Zünders gegenüber elektrostatischen Entladungen verstärkt.
Ein Zünder gemäß der Erfindung ist außerdem besonders einfach und wirtschaftlich in Serie herzustellen. Man beginnt damit, durch Fotoätzung die Schaltung 18 auf den isolierenden Träger 16 aufzutragen. Danach wird der Zündkopf angefertigt, indem der so ausgestattete Träger durch das Einführen und Befestigen der Elektroden 12 und 13 auf den Körper 3 gesetzt wird. Der Zündkopf wird durch die Zündmischung 19 bedeckt und der so bedeckte Kopf wird in die Kappe 2 eingeführt, die schon die verstärkenden Röhrchen 20 und das Zündpulver 21 enthält. Es genügt dann, die Einheit durch das Formteil 6 zu verschließen und fest zu verbinden. Die Zünder in Dickschichtlagen sind außerdem besonders widerstandsfähig gegenüber Vibrationen, wobei diese Zünder eine bevorzugte Anwendung im Bereich des Schutzes durch pyrotechnische Vorrichtungen von Kraftfahrzeuginsassen haben.
Beispiel
Es wurden zwei Gruppen von Zündern hergestellt, die eine Schaltung in Dickschichtlagen umfassen.
Gruppe A: herkömmliche Schaltung gemäß dem Patent US 5,544,585 .
Gruppe B: Schaltung gemäß der Erfindung.
Die Widerstandsfähigkeit gegenüber elektrostatischen Entladungen dieser zwei Gruppen von Zündern wurde in der in 5 dargestellten Experimentiervorrichtung getestet.
Diese Vorrichtung wird durch zwei leitende Klemmen 31 und 32 realisiert, die über einen Schalter 33 mit einem Widerstand 34 und mit einem in Reihe geschalteten Kondensator 35 verbunden sind. Der Widerstand 34 hat einen Wert R und der Kondensator 35 hat eine Kapazität C und ist unter einer Spannung U geladen. Die Klemme 31 ist an der Elektrode 37 des zu testenden Zünders 39 befestigt, wohingegen die Klemme 32 wahlweise an der Elektrode 36 oder auf der Kappe 38 des Zünders 39 befestigt ist. Damit ist es möglich durch das Schließen des Schalters 33 die Widerstandsfähigkeit des Zünders gegenüber elektrostatischen Entladungen in üblicherweise getesteten und durch ihre angelsächsische Bezeichnung „Pin to Pin" oder „Pin to Case" bekannten Konfigurationen zu testen.
Die untenstehende Tabelle gibt für jede Gruppe von Zündern den minimalen Wert des Widerstands R und der Kapazität C an, damit keine Zündung des Zünders auftritt, wenn der Kondensator 35 auf eine Spannung von 25 000 Volt geladen ist.

Claims

Elektro-pyrotechnischer Zünder (1), der gegen elektrostatische Entladungen geschützt ist und der im Inneren eines von einem Formteil (6) verschlossenen und von diesem getragenen zerbrechlichen Behälters (2) einen Zündkopf umfaßt, der durch eine dichte Wand gebildet wird, die durch einen massiven Körper (3) der Höhe h gebildet wird, der eine ebene obere Fläche (9) hat und der über seine ganze Höhe h eine glasartige Struktur (10, 11) eng umschließt, die von zwei Elektroden (12, 13) in Stiftform durchzogen wird, wobei jede der Elektroden ein Ende hat, das über die ebene obere Fläche hinausragt, wobei dieser Überstand es gestattet, sie elektrisch mit einer elektrischen Schaltung (18) in Dickschichtlagen zu verbinden, die von einem isolierenden Träger (16) getragen wird, der auf der ebenen oberen Fläche sitzt und der selbst von den Elektroden durchzogen wird, wobei die Schaltung ein heizendes flaches Widerstandselement (17) umfaßt, das über zwei getrennte leitende metallische Auflagen (28, 29), die sich auf dem Träger erstrecken, mit den Elektroden verbunden ist, wobei jede Auflage mit einer der Elektroden in Kontakt ist und das flache Element und die metallischen Auflagen mit einer pyrotechnischen Zündmischung (19) bedeckt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung in Dickschichtlagen eine erste Schicht umfaßt, die aus einer ersten Lage (24) aus einer metallischen Widerstandslegierung gebildet ist, mit einer Dicke zwischen 2 × 10^–6 m und 7 × 10^–6 m, die auf den Träger geklebt und von den Elektroden durchzogen ist, wobei die erste Lage eine Form hat, die zwischen den Elektroden einen Mittelabschnitt hat, der das flache Widerstandselement (17) bildet, und ihre äußere Kontur (25), mit Ausnahme des Mittelabschnitts, durch gekrümmte Linien gebildet wird, deren Krümmungsradien größer als 7 × 10^–4 m sind, wobei die erste Lage, mit Ausnahme des Mittelabschnitts, von einer zweiten leitenden metallischen Schicht (27) bedeckt ist, die dazu dient, die metallischen Auflagen (28, 29) zu bilden, die von den Elektroden durchzogen sind und deren Form und Dicke vergleichbar zu denen der Abschnitte der ersten Lage, die sie bedecken, sind.
Zünder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kleinste Abstand zwischen dem Rand (26) des isolierenden Trägers und der äußeren Kontur (25) der Schaltung in Dickschichtlagen wenigstens 35 × 10^–5 m beträgt.
Zünder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelabschnitt konstante Breite hat.
Zünder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene, die die zwei Elektroden verbindet, im Bereich des Trägers eine Wechselfolge von leitenden Zonen und isolierenden Zonen durchläuft.
Zünder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lage aus einer Legierung von Nickel und Chrom gebildet ist.
Zünder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Lage eine Kupferlage ist.
Zünder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht mit einer dritten Schicht überdeckt ist, die eine Verzinnungsauftragung mit einer Form und Dicke vergleichbar mit denen der zweiten Lage ist.
Zünder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die allgemeine Form der elektrischen Schaltung (18) in Dickschichtlagen die eines "S" ist.