DE10123285A1 - Zündelement für pyrotechnische Wirkmassen auf einer Schaltungsträgeranordnung mit einer Zündelektronikbaugruppe - Google Patents

Abstract

Es wird ein Zündelement für pyrotechnische Wirkmassen vorgestellt. Das Zündelement ist auf einer Schaltungsträgeranordnung und über die Schaltungsträgeranordnung mit einer Zündelektronikbaugruppe verbunden. DOLLAR A Das Zündelement selbst weist jedoch zusätzlich einen separaten Trägerkörper auf, welcher Kontaktmittel zur elektrischen Kontaktierung des Zündelements mit der Schaltungsträgeranordnung aufweist. Der Trägerkörper weist dabei vorzugsweise standardisierte Abmaße und Kontaktmittel auf, so dass das Zündelement wie ein normales elektrisches Bauelement auf der Schaltungsträgeranordnung montiert werden kann. Insbesondere kann auf dem separaten Trägerkörper eine elektrisch zündfähige Schicht abgeschieden werden, welche durch das hitzebeständige und schlecht wärmeleitende Material des Trägerkörpers den Wirkungsgrad erhöht und die Schaltungsträgeranordnung deutlich besser vor den Einflüssen des Abbrands der pyrotechnischen Wirkmasse schützt. Die zündfähige Schicht kann bezüglich der Kontaktmittel auf der Unterseite des Trägerkörpers auf einer Seitenfläche des Trägerkörpers und die Schaltungsträgeranordnung in Längsrichtung von der pyrotechnischen Wirkmasse weg ausgerichtet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zündelement für pyrotechnische Wirkmassen auf einer Schaltungsträgeranordnung mit einer Zündelektronikbaugruppe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie insbesondere für die Auslösung von Gasgeneratoren von Insassenschutzeinrichtungen in Kraftfahrzeugen eingesetzt erden.

Zündelemente für pyrotechnische Wirkmassen weisen einen durch das Anlegen einer elektrischen Spannung zündfähigen Draht auf, der auf einer Schaltungs­ trägeranordnung angeordnet ist, die ihrerseits auch eine Zündelektronikbaugruppe zur Bereitstellung der Zündenergie und zur Kommunikation mit einem Datenbus aufweist, wie bspw. der DE 44 35 319 A1, DE 196 10 799 C1 oder WO 97/21067 zu entnehmen ist. Anstelle des Drahtes wird zunehmend eine zündfähige Schicht verwendet, die bisher immer auf der Schaltungsträgeranordnung abgeschieden wurde, wie aus der EP 0 555 651 B1 oder DE 196 29 104 C1 zu entnehmen ist.

Die DE 199 40 201 C1 schlägt zur weiteren Integration vor, die Oberfläche eines Bauelements, vorzugsweise des Zündkondensators, als Schaltungsträger zu verwenden und auf dieser Oberfläche durch Abscheiden von Leiterbahnen und Aufbringen der weiteren Bauelemente einschließlich einer Zündschicht eine äußerst kompakte Bauform zu erreichen.

Alle diese Zündeinrichtungen weisen jedoch das Problem auf, dass ein Hersteller einer solchen Zündeinrichtung sowohl die Bestückung der Schaltungsträger­ anordnung als auch die Zündbrückenschicht, oft sogar die gesamte Pyrotechnik montieren und entsprechende Sicherheitsanforderungen erfüllen muß. Gerade jedoch der Pyrotechnikbereich erfordert dabei besonders hohe Sicherheits­ anforderungen und spezielle Vorrichtungen zur Bestückung und Montage.

Darüber hinaus sind Zündeinrichtungen mit einer baulichen Trennung von Pyrotechnikbereich und Elektronikbereich beispielsweise aus der DE 40 02 088 C1 oder DE 198 36 280 C1 zu entnehmen, bei denen zwischen Pyrotechnikbereich und Zündbereich eine Schutzwand vorgesehen ist, die über elektrische Verbindungen zwischen beiden Bereichen verfügt. Dadurch kann die Elektronikbaugruppe zwar gut geschützt werden und gegebenenfalls auch unabhängig von dem Pyrotechnikbereich hergestellt werden, nicht jedoch die Funktionsweise vollständig beim Hersteller der Elektronikbaugruppe geprüft werden, da die Zündbrücke ja im Pyrotechnikbereich angeordnet werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Zündelement vorzustellen, welches einfach herstellbar und montierbar ist und fertigungstechnische Trennung von Pyrotechnik und Elektronik ermöglicht, ohne dass auf eine vollständige Funktionsüberprüfung verzichtet werden müßte. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Grundgedanke ist dabei, einen separaten Trägerkörper für das Zündelement zu verwenden und das Zündelement gerade nicht direkt auf der Schaltungsträger­ anordnung anzuordnen. Dies widerspricht zwar dem allgemeinen Bestrebungen nach Verkleinerung und komplexerer Bauweise, bringt jedoch erhebliche Vorteile bei der Herstellung und in der Funktionssicherheit.

So kann dieser Trägerkörper von seinen Abmaßen und seinen elektrischen Kontakten an die Bestückungs- und elektrischen Kontaktierautomaten in der Produktion der Zündelektronikbaugruppe auf der Schaltungsträgeranordnung aus­ gerichtet und einbezogen, also wie ein ganz normales Bauelement mit auf der Schaltungsträgeranordnung montiert werden. Die pyrotechnisch wirksame elektrische Zündschicht selbst ist dabei noch sicherheitsunbedenklich, solange sie nicht mit der pyrotechnischen Wirkmasse zusammenkommt. Die Schaltungs­ trägeranordnung kann so aber vollständig einschließlich des Zündelements in normalen Elektromontagehallen bestückt, als fertige Baugruppe ohne besondere Sicherheitsmaßnahmen transportiert und gelagert und so auch jederzeit bereits vollständig auf elektrische Funktionsfähigkeit geprüft werden. Der Hersteller der fertigen Schaltungsträgeranordnung kann seinerseits das Zündelement als Zulieferteil von einem Pyrotechnikspezialisten erwerben und braucht keine speziellen Vorrichtungen zu deren Aufbringung bzw. Montage bereitzuhalten. Das Zündelement wird eigenständig handel- und austauschbare Einheit, was zu entsprechenden Rationalisierungs- und Spezialisierungseffekten führt.

Der Trägerkörper ist vorzugsweise aus hitzebeständigem und kaum wärmeleitendem Material, insbesondere Keramik, und schützt seinerseits so die Schaltungsträger­ anordnung vor den Einflüssen des Abbrandes der pyrotechnischen Wirkmasse.

Der Trägerkörper ermöglicht zudem eine variable Montageausrichtung der Schaltungsträgeranordnung bezüglich der pyrotechnischen Wirkmasse, da die Zündbrücke auf dem Trägerkörper nicht nur auf dessen Oberseite, sondern auch auf der Seitenfläche angeordnet werden kann und so eine senkrecht von der pyrotechnischen Wirkmasse weg verlaufende Anordnung der Schaltungs­ trägeranordnung möglich ist, ohne dass es aufwendige Aufnehmer oder Kontakte für das Zündelement erforderlich wären.

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

Fig. 1 Zündeinrichtung mit einem Zündelement auf einem separaten Trägerkörper und Längsausrichtung der Schaltungsträgeranordnung

Fig. 2 Zündelement mit Zündschicht als SMD-Bauform

Fig. 3 Zündelement in Ausrichtung der Zündschicht auf der Seitenfläche

Fig. 4 Zündeinrichtung mit einem Zündelement in Querausrichtung

Fig. 5 Draufsicht auf die Schaltungsträgeranordnung gemäß Fig. 4

Die Fig. 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.

Die Zündeinrichtung besteht aus einem Zündelement 10 mit einer Zündbrückenschicht 1, die auf einem separaten Trägerkörper 11 angeordnet und über Kontakte 12 mit einer Schaltungsträgeranordnung 2 verbunden ist, die ihrerseits auch die Zündelektronikbaugruppe 6 aufnimmt.

Der Trägerkörper 11 kann dabei im Gegensatz zu einer Direktanordnung der Zünd­ brückenschicht 1 auf der Schaltungsträgeranordnung 2 weitgehend frei von den sonst bei Schaltungsträgeranordnungen prozeßbedingt erforderlichen Beschrän­ kungen aus einem druck- sowie hitzebeständigen als auch kaum wärmeleitenden Material gewählt werden, bspw. aus Keramik. Zudem kann der Trägerkörper 11 ohne nennenswerte Kostenerhöhungen in seinen Abmaßen an die für die sonstigen Bauelemente auf der Schaltungsträgeranordnung verwendeten Bauelemente, insbesondere die Zündelektronikbaugruppe 6 angepaßt und so in einem Arbeitsgang bzw. von einem Bestückungsautomaten verarbeitet werden.

Fig. 2 zeigt als ein Beispiel ein solches Zündelement 10 mit einem der SMD- Standardbauform 1206 entsprechenden Trägerkörper 1 l, Metallisierungen 13 und seitlich umlaufenden Kontakten 12.

Der Trägerkörper 11 weist grundsätzlich Metallisierungen 13 auf, die einerseits die Kontaktflächen für die Zündbrückenschicht 1 bilden und andererseits zu den Kontakten 12 zur Schaltungsträgeranordnung 2 führen bzw. diese Kontakte selbst bilden, d. h. die Kontakte 12 spezielle Ausformungen der Metallisierungen 13, ggfs. mit zusätzlicher Reflow-Lotbeschichtung sind. Die Kontakte 12 des Zündelements 10 sind dabei so gestaltet, dass sie auch zusammen mit den Kontakten der Zünd­ elektronikbaugruppe 6 in einem Arbeitsgang auf der Schaltungsträgeranordnung 2 kontaktiert, hier in diesem Beispiel SMD-reflowgelötet werden können.

Fig. 3 skizziert dabei, daß die Zündbrückenschicht 1 auf einer Seitenfläche 11s des Trägerkörpers bezüglich der Kontakte 12 auf der Unterseite 11u angeordnet bzw. das Zündelement 10 entsprechend ausgerichtet montiert werden kann. Dadurch wird die besonders bevorzugte Längsausrichtung möglich, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, bei welcher der Trägerkörper 11 des Zündelements 10 an einem, hier dem oberen Ende der Schaltungsträgeranordnung 2 angeordnet ist. Schaltungs­ trägeranordnung 2 und Zündelement 10 berühren nur an diesem Ende die pyrotechnische Wirkmasse 3 und sind ansonsten bereits durch eine druckelastische und stoßabsorbierende Umhüllung 4 umgeben. Die mit der zündfähigen Schicht 1 versehene Seitenfläche 11s entsprechend diesem Ende zur pyrotechnischen Wirk­ masse 3 hin ausgerichtet. Beabstandet von dem Zündelement 10 und der pyro­ technischen Wirkmasse 3 ist auf dem anderen Ende der Schaltungsträgeranordnung 2 die Zündelektronikbaugruppe 6 angeordnet und so allein schon aufgrund der Ausrichtung und Beabstandung weitgehend gegen Einflüsse des Abbrands der pyrotechnischen Wirkmasse 3 geschützt sind.

Der Pyrotechnikbereich A der Zündeinrichtung ist vom Elektronikbereich B abgetrennt, wobei die Abtrennung entweder durch eine Schutzwand 7c (vgl. Fig. 4) oder als besonders bevorzugte Ausgestaltung direkt aus einer Umhüllung 5 des Elektronikbereichs B mit einem entsprechend druck- und hitzebeständigen Material ausgebildet wird, wie in Fig. 1 gezeigt wird.

Die Trägeranordnung 2 ist zudem im Pyrotechnikbereich A zumindest teilweise von einem druckabsorbierenden Material 4 umhüllt. 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. Es sich ergibt also eine Unterteilung durch eine zweiteilige Umhüllung der Trägeranordnung unterteilt nach Pyrotechnikbereich A und Elektronikbereich B.

Die Trägeranordnung 2 in Fig. 1 weist zudem 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 ther­ mischen und/oder mechanischen Grenzbelastung während des Abbrands der pyro­ technischen Wirkmasse 3 die Trägeranordnung 2 trennen. Die erfolgte Abtrennung kann auch die verbleibenden und unterbrochenen Leitungsenden auf der Träger­ anordnung 2 erfasst werden. Die Abtrennung sorgt dafür, dass keine bzw. zumindest keine die Grenzbelastung übersteigenden Kräfte über die Trägeranordnung 2 auf die Elektronikbaugruppe 6 weitergeleitet werden.

Die Trägeranordnung 2 kann beispielsweise aus keramischem Material mit ent­ sprechenden metallischen Abscheidungen von Leitbahnstrukturen und Kontakt­ zonen ausgestaltet sein und die Trennstelle 23 dort als Sollbruchstelle ausgebildet werden, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist.

Die Elektronikbaugruppe 6 besteht aus elektronischen Bauelementen zur An­ steuerung der Zündeinrichtung über einen Energie- und Datenbus, mit dem die Zündeinrichtung über die Kontakte 8 verbunden ist, einer Schutzschaltung gegen Störungen auf dem Datenbus sowie einem Zündenergiespeicher, insbesondere einem Zündkondensator sowie gegebenenfalls weiteren Bauelementen. Ent­ scheidend ist dabei, daß die Elektronikbaugruppe auch nach der Abtrennung des pyrotechnischen Teils 2a der Trägeranordnung mit dem Zündelement 10 noch weiterhin seine sonstigen Funktionen, also insbesondere die Eigendiagnose und Datenbuskommunikation weiter ausführen kann, zumindest aber den Daten­ austausch auf dem Bussystem nicht behindert.

Die Schaltungsträgeranordnung 2 kann auch aus zwei getrennten Teilen 2a und 2b bestehen, die beispielweise durch eine Lotverbindung vor der Zündung der pyro­ technischen 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 mecha­ nischen 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 Schaltungsträgeranordnung 2 zu verhindern.

Die Schaltungsträgeranordnung 2 in Fig. 1 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 Schaltungsträgeranordnung 2 die Trennstellen durchtrennt werden.

Fig. 4 und 5 zeigen nun noch eine alternative Montageform der Zündeinrichtung mit einem Zündelement 10 mit separatem Trägerkörper 11, welches hier auf einer quer dazu verlaufenden Schaltungsträgeranordnung 2 angeordnet ist, wobei die Zündelektronikbaugruppe 6 auf der Schaltungsträgeranordnung 2 hierbei durch eine Schutzwand 7c zusätzlich geschützt wird. Das Zündelement 10 kann jedoch wieder­ um unter Aussparung des Bereichs der zündfähigen Schicht 1 mit einem druckabsorbierenden Material 4 umhüllt sein.

Claims (9)

1) Zündelement (10) für pyrotechnische Wirkmassen (3), wobei das Zündelement (10) auf einer Schaltungsträgeranordnung (2) angeordnet und über die Schaltungsträgeranordnung (2) mit einer Zündelektronikbaugruppe (6) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Zündelement (10) einen separaten Trägerkörper (11) aufweist, welcher Kontaktmittel (12) zur elektrischen Kontaktierung des Zündelements (10) mit der Schaltungsträgeranordnung (2) aufweist.

2) Zündelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zünd­ elektronikbaugruppe (6) aus Standardbauelementen mit für Bestückungs­ automaten standardisierten Abmaßen besteht und der Trägerkörper (11) des Zündelements (10) ebenfalls diese standardisierten Abmaße aufweist und von den gleichen Bestückungsautomaten auf die Schaltungsträgeranordnung (2) aufgebracht werden kann.

3) Zündelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktmittel (12) des Zündelements (10) so gestaltet sind, dass sie zusammen mit den Kontaktmitteln der Zündelektronikbaugruppe (6) in einem Arbeitsgang auf der Schaltungsträgeranordnung (2) kontaktiert werden können.

4) Zündelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Kontaktmittel (12) des Trägerkörpers (11) SMD-lötfähig sind.

5) Zündelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Zündelement (10) eine auf dem separaten Trägerkörper abgeschiedene elektrisch zündfähige Schicht (1) aufweist.

6) Zündelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Trägerkörper (11) des Zündelements hitzebeständig und schlecht wärmeleitend ist.

7) Zündelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (11) des Zündelements aus Keramikmaterial ist.

8) Zündelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die zündfähige Schicht (1) bezüglich der Kontaktmittel (12) auf der Unterseite des Trägerkörpers (11u) auf einer Seitenfläche (11s) des Trägerkörpers angeordnet ist.

9) Zündelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Trägerkörper (11) des Zündelements an einem Ende der Schaltungsträgeranordnung (2) angeordnet und die mit dem Zündelement versehene Seitenfläche (11s) entsprechend diesem Ende ausgerichtet ist, mit diesem Ende die pyrotechnische Wirkmasse (3) berührt und auf dem anderen Ende der Schaltungsträgeranordnung (2) beabstandet vom Zündelement (10) die Zündelektronikbaugruppe (6) angeordnet ist.