Pyrotechnische Zündeinrichtung mit integrierter Elektronikbaugruppe

Abstract

 Es wird eine pyrotechnische Zündeinrichtung mit integrierter Elektronikbaugruppe, insbesondere für Insassenschutzeinrichtungen in Kraftfahrzeugen, vorgestellt, die einen Pyrotechnikbereich mit einer pyrotechnischen Wirkmasse und einer elektrisch zündbaren Zündbrücke sowie einen davon getrennten und so vor den Auswirkungen der Zündung geschützten Elektronikbereich mit einer Elektronikbaugruppe aufweist, wobei die Zündbrücke als auch die Elektronikbaugruppe auf einer gemeinsamen Trägeranordnung angeordnet sind, die jedoch Entkopplungsstellen, beispielsweise Sollbruchstellen oder Biegestellen aufweist, so daß bei der Zündung der pyrotechnischen Wirkmasse auftretende Kräfte nicht über die Trägeranordnung in den Elektronikbereich weitergegeben bzw. auf vorgegebene Grenzbelastungen begrenzt werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine pyrotechnische Zündeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit integrierter Elektronikbaugruppe, insbesondere zum Auslösen einer Insassenschutzeinrichtung, welche einen Pyrotechnikbereich für eine pyrotechnische Wirkmasse und eine elektrisch zündbare Zündbrücke sowie einen üblicherweise durch eine Schutzwand davon getrennten Elektronikbereich für eine Elektronikbaugruppe, insbesondere die Zündelektronik aufweist.

[0002] Eine derartige Zündeinrichtung ist beispielsweise der DE 198 36 280 C1 zu entnehmen. Um die Elektronikbaugruppe im Elektronikbereich mit der Zündbrücke im Pyrotechnikbereich zu verbinden, sind separate Kontaktelemente in der Schutzwand vorgesehen, die beidseitig der Schutzwand kontaktiert werden müssen. Insebsondere kann keine einstückige Trägeranordnung für den Zünd- wie auch Elektronikbereich verwendet werden.

[0003] Die DE 198 36 278 C2 lehrt eine Zündeinrichtung mit einer Trägeranordnung für die Zündbrücke als auch die Elektronikbaugruppe, bei der die gesamte Trägeranordnung in der Zündkapsel mit der pyrotechnischen Wirkmasse angeordnet, jedoch durch eine Dämpfungsschicht aus stoßabsorbierendem Material teilweise, vorzugsweise zumindest im Bereich der Elektronikbaugruppe belegt ist.

[0004] Derart einfache Trägeranordnungen, bspw. Leiterplatten, als Träger für die gesamte Zündeinrichtung einschließlich Zündbrücke und Elektronikbaugruppe, wie sie bspw. auch in der EP 0 555 651 B1 zu entnehmen sind, sind preiswerter, bieten jedoch nicht einen vergleichbar guten Schutz für die Elektronikbaugruppe gegen Einwirkungen von Druck, Temperatur oder Kräften während der Auslösung der Zündeinrichtung Die Zündeinrichtung ist jedoch mit der Elektronikbaugruppe üblicherweise über einen Datenbus mit einer Zentraleinheit und anderen Zündeinrichtungen verbunden, beispielsweise in einem Zündbus für Insassenschutzeinrichtungen und sollen auch nach der Zündung noch begrenzt funktionsfähig bleiben, zumindest aber den Datenaustausch auf dem Bus nicht stören.

[0005] Pyrotechnische Zündeinrichtung mit integrierter Elektronikbaugruppe sind beispielsweise auch aus der DE 199 40 201 C1, DE 196 10 799 C1, WO 97/21067, DE 198 36 278 und DE 196 53 115 A1 bekannt.

[0006] Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine einfach herstellbare Zündeinrichtung anzugeben, bei welcher sichergestellt ist, dass die Elektronikbaugruppe auch nach der Auslösung der Zündeinrichtung noch weitgehend funktionsfähig bleibt, zumindest eine Datenübertragung auf dem angeschlossenen Bussystem nicht behindert. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

[0007] Grundgedanke ist dabei, die Trägeranordnung mit zumindest einer Entkopplungsstelle zur mechanischen Entkopplung des im Pyrotechnikbereich befindlichen Teils der Trägeranordnung von der restlichen Trägeranordnung zu versehen. Dies erfolgt, indem die Steifigkeit der Trägeranordnung zwischen dem im Pyrotechnikbereich befindlichen Teil und der restlichen Trägeranordnung in der Entkopplungsstelle soweit herabgesetzt ist, dass diese Entkopplungsstelle zumindest bei Überschreitung einer vorgegebenen Grenzbelastung nachgiebig ist. Die Entkopplungsstelle kann dazu beispielsweise als Biege- oder Sollburchstelle ausgestaltet sein.

[0008] So muß auf die bauliche Trennung von Elektronikbereich und Pyrotechnikbereich, bspw. durch eine Schutzwand, nicht verzichtet werden und entsteht dennoch eine einfache Trägeranordnung sowohl für die Elektronikbaugruppe im Elektronikbereich als auch die Zündbrücke im Pyrotechnikbereich, die ggfs. durch die Schutzwand hindurchzuführen ist, jedoch mit Entkopplungsstellen versehen wird, die nach der Zündung der pyrotechnischen Wirkmasse, also nach dem eigentlichen Zündimpuls an die Zündbrücke, jedoch vorzugsweise noch während dem Abbrand der pyrotechnischen Wirkmasse den inm Elektronikbereich befindlichen Teil der Trägeranordnung mechanisch vom Pyrotechnikbereich entkoppeln, also eine Weiterleitung von mechanischen Belastungen zumindest oberhalb einer zugelassenen Grenzbelastung verhindern.

[0009] Die Trägeranordnung weist vorzugsweise im Pyrotechnikbereich zumindest teilweise eine Umhüllung aus druckabsorbierendem Material und darüber hinaus im Elektronikbereich zumindest teilweise, vorzugsweise vollständige Umhüllung mit einem zweiten Material auf, welches härter ist als das weichere druckabsorbierende Material im Pyrotechnikbereich. Vorzugsweise werden die Schutzwand und die Umhüllung der Trägeranordnung im Elektronikbereich einstückig aus diesem härteren Material ausgebildet.

[0010] In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Trennstellen und/oder die Umhüllung der Trägeranordnung im Pyrotechnikbereich das so dimensioniert, dass sie nur bei Überschreitung einer vorgegebenen thermischen und/oder mechanischen Grenzbelastung im Pyrotechnikbereich oder an der Trägeranordnung während des Abbrands der pyrotechnischen Wirkmasse die Trägeranordnung trennen.

[0011] Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert werden. Kurze Beschreibung der Figuren:

Figur 1

Schnitt durch eine Zündeinrichtung mit einer Trägeranordnung mit einer Trennstelle zwischen Pyrotechnikbereich und Elektronikbereich

Figur 2

Draufsicht auf die Trägeranordnung mit den Sollbruchstellen

Figur 3

mögliche Position der Sollbruchstelle bzw. Biegestelle an der Trägeranordnung

[0012] Die Figur 1 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Zündeinrichtung, wie sie als Zünder für einen Gasgenerator einer Insassenschutzeinrichtung, bspw. eines Airbags, in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden soll.

[0013] Die Zündeinrichtung besteht aus einer Zündbrücke 1, einer pyrotechnischen Wirkmasse 3, einer Trägeranordnung 2 für die Zündbrücke 1 einerseits und die Elektronikbaugruppe 6a-6c andererseits sowie Gehäuseteilen 7a und 7b.

[0014] Die Zündeinrichtung ist in einen Pyrotechnikbereich A und einen Elektronikbereich B unterteilt, wobei im Pyrotechnikbereich A die pyrotechnische Wirkmasse 3, die Zündbrücke 1 sowie ein Teil 2a der Trägeranordnung 2 angeordnet sind.

[0015] Die Zündbrücke 1 ist hierbei vorzugsweise nicht unmittelbar auf der Trägeranordnung 2, sondern einem gesonderten Trägerkörper 11 angeordnet, der Gegenstand einer zeitgleich eingereichten Parallelanmeldung der Anmelderin ist und auf dessen Vorteile und Aufbau verwiesen wird. Für die besondere Ausgestaltung der Trägeranordnung 2 mit Trennstellen 23 ist dies jedoch unerheblich.

[0016] Der Pyrotechnikbereich A ist vom Elektronikbereich B abgetrennt, wobei die Abtrennung entweder durch eine Schutzwand 7c (vgl. Fig. 3) oder als besonders bevorzugte Ausgestaltung direkt aus einer Umhüllung 5 des Elektronikbereichs B mit einem entsprechend druck- und hitzebeständigen Material ausgebildet wird.

[0017] Die Trägeranordnung 2 weist jedoch als Besonderheit zumindest eine Trennstelle 23 zur Abtrennung des im Pyrotechnikbereich befindlichen Teils 2a der Trägeranordnung 2 von der restlichen Trägeranordnung 2b nach der Zündung der pyrotechnischen Wirkmasse 3 auf, wobei die Trennstellen 23 vorzugsweise so dimensioniert sind, dass sie nur bei Überschreitung einer vorgegebenen thermischen und/oder mechanischen Grenzbelastung während des Abbrands der pyrotechnischen Wirkmasse 3 die Trägeranordnung 2 trennen. Die erfolgte Abtrennung kann auch die verbleibenden und unterbrochenen Leitungsenden auf der Trägeranordnung 2 erfasst werden. Die Abtrennung sorgt dafür, dass keine bzw. zumindest keine die Grenzbelastung übersteigenden Kräfte über die Trägeranordnung 2 auf die Elektronikbaugruppe 6a - 6c weitergeleitet werden.

[0018] Die Trägeranordnung 2 kann beispielsweise aus keramischem Material mit entsprechenden metallischen Abscheidungen von Leitbahnstrukturen und Kontaktzonen ausgestaltet sein und die Trennstelle 23 dort als Sollbruchstelle ausgebildet werden, wie dies in der Draufsicht in Figur 2 dargestellt ist.

[0019] Die Elektronikbaugruppe 6a bis 6c besteht aus elektronischen Bauelementen zur Ansteuerung 6a der Zündeinrichtung über einen Energie- und Datenbus, mit dem die Zündeinrichtung über die Kontakte 8 verbunden ist, einer Schutzschaltung 6c gegen Störungen auf dem Datenbus sowie einem Zündenergiespeicher, insbesondere einem Zündkondensator 6b sowie gegebenenfalls weiteren Bauelementen. Entscheidend ist dabei, daß die Elektronikbaugruppe auch nach der Abtrennung des pyrotechnischen Teils 2a der Trägeranordnung mit der Zündbrücke 1 noch weiterhin seine sonstigen Funktionen, also insbesondere die Eigendiagnose und Datenbuskommunikation weiter ausführen kann, zumindest aber den Datenaustausch auf dem Bussystem nicht behindert.

[0020] Die Trägeranordnung 2 kann auch aus zwei getrennten Teilen 2a und 2b bestehen, die beispielweise durch eine Lotverbindung vor der Zündung der pyrotechnischen Wirkmasse 3 verbunden sind und die aufgrund der Wärmeentwicklung während des Abbrands aufschmilzt. Die Lotstelle(n) als alternative Ausgestaltung der Trennstelle(n) 23 ist/(sind) dabei so zu dimensionieren, dass sie sowohl mechanischen als auch thermischen Anforderungen im Kfz-Betrieb genügt und auch den Zündstrom zur Zündbrücke 1 leiten kann, ohne zu schmelzen. Da jedoch die beim Abbrand der pyrotechnischen Wirkmasse 3 freiwerdende Wärmemenge deutlich über diesen Belastungen liegt, kann die Lotstelle mit entsprechender Sicherheit dimensioniert werden zumal bereits ein Anschmelzen der Lotstelle ausreicht, um die Weiterleitung von Kräften vom Pyrotechnikbereich A in den Elektronikbereich B über die Trägeranordnung 2 zu verhindern.

[0021] Die Trägeranordnung 2 ist zudem vorzugsweise im Pyrotechnikbereich A zumindest teilweise von einem druckabsorbierenden Material 4 umhüllt, welches weicher ist als das Material der Schutzwand 7c bzw. der Umhüllung 5 im Elektronikbereich B. Dieses druckabsorbierenden Material 4, bspw. ein Softglobtop, schützt durch seine gewisse plastische oder elastische Verformbarkeit sowohl den im Pyrotechnikbereich A befindlichen Teil 2a der Trägeranordnung 2 als auch die Schutzwand 7c bzw. die Umhüllung 5, deren Druckbeständigkeit daher geringer dimensioniert bzw. die Gesamtsicherheit weiter erhöht werden kann. Dieses druckabsorbierende Material 4 ist soweit elastisch, dass zumindest bei Überschreitung der Grenzbelastung an dem pyrotechnischen Teil 2a der Trägeranordnung 2 die Trennstellen durchtrennt werden.

[0022] Die Länge des Teils 2a der Trägeranordnung 2 im Pyrotechnikbereich A ist kürzer als die Länge desjenigen Teils 2b der Trägeranordnung 2 im Elektronikbereich B, wodurch sich die Hebelwirkung verbessert.

[0023] Die Trennstellen 23 sind auf der Trägeranordnung 2 vorzugsweise im Übergangsbereich zwischen Pyrotechnikbereich A und dem von der Schutzwand 7c oder der Umhüllung 5 umschlossenen Bereich der Trägeranordnung 2 angeordnet. Fig. 3 skizziert eine bevorzugte Positionierung an einem Ausführungsbeispiel mit einer separaten Schutzwand 7c zwischen Elektronikbereich B und Pyrotechnikbereich A mit einer Trägeranordnung 2 (bestehend aus den Teilen 2a und 2b) durch beide Bereiche A und B sowie durch die Schutzwand 7c.

[0024] Die Figur 3 skizziert zugleich die zweite Alternative einer Entkopplungsstelle in Form einer Biegestelle 23, insbesondere einer biegeelastischen Verjüngung, die zumindest in einigen Anwendungsfällen anstelle der vollständigen Abtrennung bereits einen ausreichenden Schutz der Elektronikbaugruppe 6a - 6c vor mechanischen Belastungen aus dem Pyrotechnikbereich A schützt, da über die Trägeranordnung 2 dank der Entkopplungsstelle(n) 23 keine bzw. keine kritischen mechanischen Belastungen vom Pyrotechnikbereich A in den Elektronikbereich übertragen werden.

Ansprüche

1. Pyrotechnische Zündeinrichtung mit integrierter Elektronikbaugruppe, bestehend aus:

a) einem Pyrotechnikbereich (A), im dem eine pyrotechnische Wirkmasse (3) und eine elektrisch zündbare Zündbrücke (1) angeordnet sind,

b) einem davon getrennten und so vor den Auswirkungen der Zündung geschützten Elektronikbereich (B), in dem die Elektronikbaugruppe (6a-6c) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß

c) eine in den Pyrotechnikbereich (A) als auch in den Elektronikbereich (B) ragende Trägeranordnung (2) vorgesehen ist, auf der einerseits die Elektronikbaugruppe (6a - 6c) und andererseits die Zündbrücke (1) angeordnet und elektrisch verbunden sind, und

d) die Trägeranordnung (2) zumindest eine Entkopplungsstelle (23) zur mechanischen Entkopplung des im Pyrotechnikbereich befindlichen Teils (2a) der Trägeranordnung (2) von der restlichen Trägeranordnung (2b) aufweist.

2. Pyrotechnische Zündeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steifigkeit der Trägeranordnung (2) zwischen dem im Pyrotechnikbereich befindlichen Teil (2a) und der restlichen Trägeranordnung (2b) in der Entkopplungsstelle (23) soweit herabgesetzt ist, dass diese Entkopplungsstelle (23) zumindest bei Überschreitung einer vorgegebenen Grenzbelastung nachgiebig ist.

3. Pyrotechnische Zündeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkopplungsstellen als Trennstellen (23), insbesondere als Sollbruchstellen ausgeführt sind, die den im Pyrotechnikbereich befindlichen Teils (2a) der Trägeranordnung (2) von der restlichen Trägeranordnung (2b) nach der Zündung der pyrotechnischen Wirkmasse (3) abtrennen.

4. Pyrotechnische Zündeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkopplungsstellen (23) als Biegestellen, insbesondere als biegeelastische Verjüngungen der Trägeranordnung 2 ausgeführt sind.

5. Pyrotechnische Zündeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schutzwand (7c) aus einem druck- und hitzebeständigen Material zwischen Pyrotechnikbereich (A) und Elektronikbereich (B) vorgesehen ist.

6. Pyrotechnische Zündeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägeranordnung (2) im Elektronikbereich (B) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, mit einem druck- und hitzebeständigen Material (5) umhüllt ist, welches die Trennung zwischen Pyrotechnikbereich (A) und Elektronikbereich (B) bildet.

7. Pyrotechnische Zündeinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, und die Trägeranordnung (2) im Pyrotechnikbereich (A) zumindest teilweise von einem druckabsorbierenden Material (4) umhüllt ist, welches weicher ist als das Material der Schutzwand (7c) bzw. der Umhüllung (5) im Elektronikbereich (B).

8. Pyrotechnische Zündeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Teils (2a) der Trägeranordnung im Pyrotechnikbereich (A) kürzer ist als die Länge desjenigen Teils (2b) der Trägeranordnung im Elektronikbereich (B).

9. Pyrotechnische Zündeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennstellen (23) auf der Trägeranordnung im Übergangsbereich zwischen Pyrotechnikbereich (A) und dem von der Schutzwand (7c) umschlossenen Bereich angeordnet sind.

10. Pyrotechnische Zündeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennstellen (23) und/oder die Umhüllung (4) der Trägeranordnung (2) im Pyrotechnikbereich (A) so dimensioniert sind, dass sie nur bei Überschreitung einer vorgegebenen thermischen und/oder mechanischen Grenzbelastung während des Abbrands der pyrotechnischen Wirkmasse (3) die Trägeranordnung (2) trennen.

11. Verwendung einer pyrotechnischen Zündeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche für das Zünden von Insassenschutzeinrichtungen in einem Insassenschutzsystem, wobei die Insassenschutzeinrichtungen über einen Datenbus untereinander bzw. mit einer Zentraleinheit zum Datenaustausch verbunden sind und eine in die Elektronikbaumgruppe integrierte Kommunikationsschaltung zum Datenaustausch aufweisen, welche auch nach dem Zünden der Zündeinrichtung noch kommunikationsfähig ist.

Zeichnung