Die Erfindung betrifft ein Zünd-/ Anzündelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 38 83 266 T2 ist eine Zündeinheit für die Auslösung von Detonatoren bekannt. Die Zündeinheit besteht aus einem elektrisch betätigbaren Zünd- bzw. Schmelzkopf, einer Stromquelle, die mit dem Zündkopf über eine Schalteinrichtung verbunden ist und einer Elektronikeinheit. Die Elektronikeinheit weist zumindest einen Chip, hergestellt aus einem Halbleitermaterial und mit einer Mikroschaltung versehen, auf. Der Chip trägt einen Zündkopf bzw. eine Zündbrücke auf seiner Oberfläche. Der Anzündsatz ist direkt auf die Zündbrücke aufgebracht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zünd-/ Anzündelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, welches aufgrund seiner kompakten Bauweise universell eingesetzt werden kann und bei dem bei der Zündung des Zünd-/ Anzündelements ein unkontrolliertes Abblasen vermieden ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Die Wirkungsweise des Zünd- /Anzündelements ist wie folgt: beim Anlegen einer elektrischen Spannung an den beiden Pins erfolgt ein Stromfluß durch das Zünd-/ Anzündelement und die elektrische Energie wird in der Zündbrücke in thermische Energie umgewandelt; die Zündbrücke erhitzt sich. Der auf der Zündbrücke aufgebrachte Anzündsatz wird dadurch initiiert und durch den bei der Umsetzung des Anzündsatzes bzw. der Anzündsätze entstehenden Gasdruck wird ein abgepreßter Boden des Gehäuses aufgebrochen. Durch diese Öffnung können dann die heißen Gase und Partikel entweichen, um eine nachgeschaltete Ladung anzuzünden.
Zur dauerhaft haltbaren Ankopplung des Kunststoffkörpers an den Metallkörper weist der Metallkörper an seinem zum Anzündsatz gerichteten Ende einen verringerten Durchmesser mit einer umlaufenden Nut auf. In dieser Nut sind zumindest zwei Durchbrüche zu den Bohrungen oberhalb der Glasdurchführungen eingebracht. Beim Anspritzen bzw. Anformen des Kunststoffkörpers umgreift dieser den Bereich des geringeren Durchmessers des Metallkörpers und dringt über die Nut und die Durchbrüche in die Bohrungen ein und füllt diese oberhalb der Glasdurchführungen vollständig aus. Hierdurch ist eine optimale Verbindung erreicht.
Das Gehäuse ist zweckmäßigerweise hülsenförmig ausgebildet, wobei der Metallkörper die untere Bodenplatte bildet. Das Gehäuse umfaßt dabei vorteilhafterweise den Kunststoffkörper und den Metallkörper und ist am unteren Ende des Metallkörpers mit diesem über eine Bördelung und eine Vergußmasse verbunden.
In vorteilhafter Ausgestaltung liegt der Chip auf dem Metallkörper auf.
Erfindungsgemäß weist der Chip auf seiner Vorderseite eine leitende Oberfläche auf, auf die zumindest eine Widerstandsbahn aufgebracht ist, die durch Laserschnitte in der leitenden Oberfläche so von dieser abgetrennt ist, daß sich zumindest eine Zündbrücke mit den erforderlichen Widerstandswerten ergibt. Laserschnitte bewirken, daß bestimmte Bereiche der leitenden Oberfläche abgetragen werden.
Zur Unterstützung des Zünd- und Anzündvorgangs ist es vorteilhaft, ein Zündbrükkenmaterial zu verwenden, das beim Zünden eine exotherme Reaktion einleitet. Hierfür ist z.B. Magnesium oder Zirkonium oder eine Legierung hiervon geeignet. Dies hat den Vorteil, daß der Anzündsatz nicht mehr mechanisch fest auf der Zündbrücke aufgepreßt sein muß, da die Zündbrücke nach Initiierung selbst eine exotherme Reaktion ausführt.
Eine Möglichkeit zur Vermeidung der ungewollten Auslösung durch Störimpulse, Hochfrequenz-Einstrahlung etc. besteht darin, einen Kondensator parallel zum Zündkreis zu schalten. Vorteilhafterweise ist daher die Rückseite des Chips metallisiert, so daß der Chip in Verbindung mit der leitenden Oberfläche auf der Vorderseite einen Kondensator bildet und dieser Kondensator parallel zum Zündkreis geschaltet ist. Natürlich können auch andere elektronische Bauteile, wie Widerstände, Spulen, Kondensatoren etc. zusätzlich auf dem Chip angeordnet werden.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Figuren, die nachfolgend beschrieben sind. Es zeigt:
Fig. 1 zeigt das komplette Zünd-/ Anzündelement im Schnitt. In einem hülsenförmigen Gehäuse 1 ist als Bodenplatte ein Metallkörper 7 angeordnet, durch welchen Stifte oder Pins 5 als elektrische Zuführleitungen geführt sind. Hierzu weist der Metallkörper 7 Bohrungen 8 auf, in denen jeweils eine Glasdurchführung 6 eingelassen ist, durch die die Stifte 5 geführt sind. Die Glasdurchführung 6 isoliert die Stifte 5 gegenüber dem Metallkörper 7. Die Zündbrücke des Zünd-/ Anzündelements ist auf einem Chip 2 angeordnet, der auf dem Metallkörper 7 aufliegt. Der Chip 2 wird später noch eingehend beschrieben. Die Stifte bzw. Pins 5 sind bis zum Chip 2 geführt und überragen den Chip 2 sogar etwas. Über eine Lötung oder Bondung sind die Stifte 5 mit dem Chip 2 elektrisch verbunden. Ein Kunststoffkörper 9 ist formschlüssig mit dem Metallkörper 7 verbunden und füllt die Umfangswand des Gehäuses 1 vollständig aus. Im Inneren des Kunststoffkörpers 9 ist eine flaschenhalsförmige Einbuchtung 16 angeordnet, wobei sich am unteren Ende der Chip 2 befindet. Auf dem Chip 2 bzw. der Zündbrücke ist ein Anzündsatz 4a und darüber ein zweiter Anzündsatz 4b aufgebracht. Auf der Oberseite des Gehäuses 1 weist dieses eine Abplattung 17 als Sollbruchstelle auf. Über eine Bördelung 21 und eine Vergußmasse 12 an der unteren Bodenplatte ist das Gehäuse 1 mit dem Metallkörper 7 verbunden.
Das Zünd-/ Anzündelement bzw. das Anzündhütchen ist eine kompakte Einheit, die resistent ist gegen mechanische, thermische und klimatische Einflüsse. Damit ist das Zünd-/ Anzündelement extrem zuverlässig. Durch die metallische Ummantelung mittels des hülsenförmigen Gehäuses 1 und der nachträglichen Aufbringung der Vergußmasse 12, sowie durch die dichte Glasdurchführung 6, ist das Zünd-/ Anzündelement absolut dicht!
Zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit gegen Satzausbrechung kann der Satzspiegel bzw. der Anzündsatz 4 durch eine Abdeckung 18 zusätzlich geschützt werden, wenn erforderlich.
Das Einbringen der Anzündsätze 4a, 4b kann sowohl im trockenen als auch im feuchten Zustand - mit nachfolgender Trocknung - erfolgen. Welche Art gewählt wird, ist von den Satztypen und der damit verbundenen wirtschaftlich sinnvollen Einbringung abhängig.
Satztypen und Satzmengen sind vom jeweiligen Einsatzfall abhängig und können entsprechend variiert werden. Auch ist es durchaus möglich, das Zünd-/ Anzündelement nur mit einer Satztype zu befüllen. Dies hat den Vorteil, daß die Handlingkosten geringer sind als beim Einbringen von zwei Satztypen 4a, 4b.
Ein wesentliches Merkmal ist die formschlüssige Verbindung des Kunststoffkörpers 9 mit dem Metallteil 7. Dies zeigt besonders gut Fig. 2a, b, die den Metallkörper 7 mit eingesetzten Stiften 5 in der Glasdurchführung 6 zeigt. Die Stifte 5 sind vom Metallkörper 7 durch die Glasdurchführung 6 bzw. die Glaseinsätze elektrisch isoliert und sind so dicht gegen Feuchtigkeit bei der Lagerung und verhindern ein Entweichen des Gases bei Zündung des Zünd-/ Anzündelements.
Zur formschlüssigen Ankopplung hat der Metallkörper 7 an seinem zum Anzündsatz (in Fig 2 nicht gezeigt) gerichteten Ende einen verringerten Durchmesser mit einer umlaufenden Nut 10. In dieser Nut 10 sind zumindest zwei Durchbrüche 11 zu den Bohrungen 8 oberhalb der Glasdurchführungen 6 eingebracht. Hierdurch kann der Kunststoff des Kunststoffkörpers entlang der eingezogenen Wand 19 in die Nut 10 und von dort über die Durchbrüche 11 in die Bohrungen 8 eindringen und diese ausfüllen. Fig. 1 zeigt das Ergebnis, nämlich eine extrem feste und dauerhafte und damit dichte Ankopplung des Kunststoffkörpers 9 an den Metallkörper 7.
Die Oberseite des Metallteils 7 und der Stifte 5 sollte so ausgelegt werden, daß der Chip 2 elektrisch dauerhaft angeschlossen werden kann. Dies ist z.B. eine Zinnschicht auf den Stiften 5, wenn der Chip 2 mittels Lötung kontaktiert wird, oder eine Goldschicht auf den Stiften 5, wenn die Chipverbindung mittels Bondung hergestellt wird.
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf den Chip 2. Der Chip 2 hat als Oberfläche eine Goldschicht 13. Die halbkreisförmigen Ausbuchtungen 20 dienen zur Aufnahme der Stifte 5, die mit der Goldschicht 13 verbunden werden. Quer auf der Oberfläche ist eine Widerstandsbahn 14 aufgebracht. Durch Laserschnitte 15 ist diese Widerstandsbahn 14 so von der Goldschicht 13 abgetrennt, daß nur eine Zündbrücke 3 übrig bleibt.
Mit dem Laserschnitt 15 kann die Zündbrückengeometrie variabel geschnitten werden und somit eine breites Spektrum kostengünstig gefertigt werden. In der Praxis ist dies notwendig, da damit die Realisierung der geforderten unterschiedlichen elektrischen Funktionsdaten möglich ist. Weitere Parameter zur Sicherstellung der Funktionsfähigkeit bei den geforderten Leistungsdaten sind die Schichtdicke und die Materialien, die vorzugsweise mit dem Sputterverfahren aufgebracht werden.
Die Widerstandsbahn 14 und damit die Zündbrücke 3 besteht in besonderer Ausführungsform aus einem exotherm reagierenden Material, wie z.B. Magnesium oder Zirkonium oder einer Legierung dieser Stoffe.
Eine Möglichkeit zur Vermeidung der ungewollten Auslösung mittels Störimpulsen, Hochfrequenz-Einstrahlungen etc. besteht darin, den Chip 2 als Kondensator auszubilden, der parallel zum Zündkreis geschaltet wird. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die Rückseite des Chips 2 entsprechend metallisiert wird.
Fig. 4 zeigt die Baueinheit Metallkörper 7 mit eingesetzten Stiften 5 und angeschlossenem Chip 2 im Schnitt (Fig. 4a) und in Draufsicht von oben (Fig. 4b).
In dieser Anordnung ist der Chip 2 mittels Lötung 21 mit den Stiften 5 elektrisch verbunden. Wie aus der Figur ersichtlich ist, liegt der Chip 2 plan auf der Oberfläche des Metallkörpers 7 auf und hat 2 Halbbohrungen 20, die von den Stiften 5 ausgefüllt werden. Damit kann sowohl eine Fixierung der beiden Komponenten während der Montage als auch eine nachfolgende sichere elektrische Verbindung erreicht werden. Die Verbindung kann mittels Lötung, einer Bondverbindung oder auf eine andere geeignete Art und Weise erfolgen.