DE102007001640A1

DE102007001640A1 - Elektrische Zündeinheit zum Zünden eines Treibstoffes

Info

Publication number: DE102007001640A1
Application number: DE102007001640A
Authority: DE
Inventors: Thomas Fink
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2007-01-11
Filing date: 2007-01-11
Publication date: 2008-07-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Zündeinheit zum Zünden eines Treibstoffs mit wenigstens einem elektrisch leitenden Stift, ferner einem Stiftträger, umfassend einen Metallring mit einer Bohrung, die den Stift unter Belassen eines Ringraumes umschließt, sowie mit einem den Ringraum ausfüllenden Glasring, angeordnet auf der einen Seite des Metallringes, mit den folgenden Verfahrensschritten: - Es werden der Metallring und der Stift bereitgestellt; - zum Herstellen des Glasringes wird wie folgt vorgegangen: . Es wird Glas gemahlen; . das gemahlene Glas wird auf eine Teilchengröße von 10 bis 300 Mikron granuliert; . das Granulat wird zu der Ringform gepresst; . der Pressling wird gesintert; . der gesinterte Pressling wird in die Bohrung des Metallringes eingesetzt; . der Glasring wird in eingesetztem Zustand zusammen mit dem Metallring einer Wärmebehandlung unterworfen.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Zündeinheiten, sowie diese beispielsweise für Airbags oder für Gurtspanner bei Kraftfahrzeugen verwendet werden. Auf US 6 274 252 , US 5 621 183 oder US 5 504 263 wird verwiesen.
Eine solche Zündeinheit weist wenigstens einen elektrisch leitenden Stift auf, ferner einen Stiftträger, umfassend einen Metallring, der eine Bohrung zur Aufnahme des Stiftes aufweist. Die Bohrung hat relativ zum Stift Übermaß, so dass ein Ringraum zwischen dem Stift und der Leibung der Bohrung verbleibt. Der Ringraum ist mit einer isolierenden Füllung ausgefüllt, beispielsweise Glas, Kunststoff, Keramik oder Glaskeramik. Erfolgt die isolierende Füllung mit Glas, so ist diese mit dem Metall des Metallringes vakuumdicht zu verschmelzen. Das zum Einschmelzen verwendete Glas wird im Allgemeinen vorgefertigt und dabei gesintert.
Die Zündeinheit umfasst eine Zündbrücke. Die Zündbrücke stellt eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Stift beziehungsweise den Stiften einerseits und dem Metallring andererseits her.
Der Stiftträger trägt außer dem Stift im Allgemeinen auch eine Kappe, in deren Innenraum sich der Treibstoff befindet.
An Zündeinheiten der genannten Art werden zahlreiche Anforderungen gestellt. Wesentlich ist, dass die Zündeinheit ihre Funktion einwandfrei ausführt, nämlich zuverlässig und zeitgerecht zu zünden, das heißt im richtigen Augenblick, und keinesfalls zu spät. Auch ungewollte Zündungen können gravierende Folgen haben.
Es muss weiterhin dafür gesorgt werden, dass die elektrische Leitung nicht durch örtliche hohe Widerstände verschlechtert wird, beispielsweise zufolge Korrosion der beteiligten Bauteile. In diesem Zusammenhang ist eine hohe Lebensdauer anzustreben. Weiterhin muss die isolierende Füllung mit Glas dem Zünddruck widerstehen; sie darf durch die Zündung nicht aus ihrem Sitz herausgedrückt werden.
Bei Zündeinheiten handelt es sich um Massenartikel, die in größten Stückzahlen hergestellt werden. Dem gemäß muss die Fertigung, eingeschlossen die Montage, kostengünstig möglich sein.
Ein wichtiges Erfordernis ist die geschlossene Struktur des Glasrings. Die im Glas vorhandenen Blasen oder Hohlräume sollen sehr klein sein. Im Idealfall sollen sie unter 40 Mikron liegen. Siehe beispielsweise US 5 404 263 , dort Spalte 3, Zeilen 3 bis 5.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Zündeinheit der genannten Art derart zu gestalten, dass sie die genannten Anforderungen erfüllt. Insbesondere soll ein Verfahren angegeben werden, mit welchem sich die Größe der Blasen und Hohlräume im Glasring minimieren lässt, bei minimalem Fertigungsaufwand.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Die erste wesentliche Maßnahme der Erfindung besteht darin, den Glasring durch Zerkleinern, Malen, Granulieren Pressen und Sintern zu erzeugen, statt wie bisher durch die Ablängen eines Glasröhrchens.
Beim Sintern werden glasfremde organische Stoffe ausgebrannt. Hierdurch wird die Blasigkeit des Glases verringert. Gleichzeitig erhält der Pressling dabei die mechanische Festigkeit, die für den weiteren Prozessablauf notwendig ist.
Eine weitere vorteilhafte Maßnahme besteht darin, die Bohrung des Metallringes derart zu gestalten, dass sie sich zu der der Brücke abgewandten Seite hin verjüngt, sei es in Gestalt eines kontinuierlichen konischen Profils, oder eines stufenförmigen Profils.
Die erstgenannte Maßnahme führt zu einer wesentlichen Verbilligung des Herstellungsprozesses. Die Kosten lassen sich durch die erfindungsgemäße Maßnahme auf einen Bruchteil senken. Sie führt außerdem zu einem Absenken des Blasendurchmessers auf unter 40 Mikron.
Die zweite Maßnahme ist geeignet, die Wirkung der ersten Maßnahme noch zu verstärken. Hierbei wird der folgende Effekt erzielt:
Der Glasring hat in Richtung seiner Längsachse gesehen unterschiedliche Außendurchmesser. Er ist im Bereich der elektrisch leitenden Brücke relativ groß, womit auch die radiale Erstreckung oder die Länge der Brücke relativ groß ist. Dies bedeutet, dass der Weg, den eine elektrische Ladung durch den isolierenden Glasring nehmen müsste, gerade im Brückenbereich groß ist. Damit wird die Gefahr eines Überschlagens von Ladung vom Stift zu dem Metallring gerade im hochsensiblen Brückenbereich minimiert.
Die genannte Verjüngung des Glasringes zu dessen brückenfernem Ende hin bedeutet Folgendes: Beim Zünden wirkt auf die brückennahe Stirnseite des Glasringes ein erheblicher Druck, der 3000 bar erreichen kann. Dieser Druck hat die Tendenz, den Glasring aus der Bohrung des Metallringes hinauszudrücken. Dieser Tendenz wird durch die genante Verjüngung entgegengewirkt. Die Verjüngung kann eine konische sein. Sie kann auch stufenförmig sein, oder konisch und stufenförmig zugleich.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:
1 zeigt die wesentlichen Bauteile einer Zündeinheit in eingebautem Zustand.
2, 3 und 4 zeigen Metallringe mit verschiedenen Bohrungsprofilen.
Zunächst soll die Zündeinheit gemäß 1 beschrieben werden.
Wie man sieht, umfasst die Zündeinheit einen einzigen Metallstift 1. Es könnten auch zwei Metallstifte vorgesehen sein. Der Metallstift 1 ist von einem Stiftträger 2 getragen. Der Stiftträger besteht im Wesentlichen aus einem Metallring 2.1. Der Metallring weist eine Bohrung 2.4 auf. Diese hat gegenüber dem Stift 1 Übermaß, so dass ein ringförmiger Zwischenraum zwischen Stift 1 und Bohrung 2.3 verbleibt.
Der ringförmige Zwischenraum enthält eine Glasfüllung 2.2. Die Glasfüllung füllt den genannten Zwischenraum im Allgemeinen voll und ganz aus. Jedoch ist dies nicht unbedingt erforderlich. Die Füllung kann, wie oben erwähnt, auch aus anderen isolierenden Materialien bestehen, beispielsweise aus Kunststoff oder Keramik.
Der Stiftträger 2 ist, wie man sieht, im Wesentlichen von zylindrischer Gestalt.
Stift 1 und Metallring 2.1 sind durch eine elektrisch leitende Brücke 2.3 miteinander verbunden. Es kann auch eine Halbleiterbrücke (Semiconductor Bridge) verwendet werden.
An die eine Stirnseite des Stiftträgers 2 ist eine Verschlusskappe 3 angeschlossen. Diese enthält einen Treibstoff 4 (Zündmittel). Wie man sieht, weist der Metallring 2.1 einen Absatz auf, auf den das freie Ende der Verschlusskappe 3 aufgeschoben ist. Die Verbindung zwischen Metallring 2.1 und Verschlusskappe 3 ist als Schiebe- oder Klemmsitz ausgeführt, so dass die Verschlusskappe 3 ohne weitere Fixierung durch eine gewisse Spannung mit dem Metallring 2.1 fest verbunden ist. Die Verschlusskappe ist in der Regel mit dem Metallring verschweißt.
Ein weiteres wesentliches Bauteil ist ein Stecker 5. Dieser ist im vorliegenden Falle ebenfalls von annähernd zylindrischer Gestalt. Die Längsachsen von Stiftträger 2 und Stecker 5 fluchten miteinander.
Der Metallring 2.1 weist einen umlaufenden Bund 2.1.1 auf. Stecker 5 ist aufgebaut aus einem Grundkörper 5.1 und einer Hülse 5.2. Die Hülse 5.2 weist an ihrem freien Ende eine Einbuchtung auf, die ebenfalls umläuft, und deren Kontur wenigstens annähernd dem Bund 2.1.1 entspricht. Die beiden Elemente Metallring 2.1 und Stecker 5 sind aufgrund des umlaufenden Bundes 2.1.1 und der Einbuchtung nach Art eines Schnappverschlusses miteinander verbunden.
Statt der genannten Hülse, die als solche einen geschlossenen Kreisquerschnitt hat, könnten auch mehrere Schenkel an den Grundkörper 5.1 angeschlossen sein, beispielsweise über den Umfang des Grundsteckers 5 gleichmäßig verteilt.
Auch könnte statt der hier dargestellten Schnappverbindung eine Steckverbindung vorgesehen sein. Hierbei weist der Stecker wiederum einen Grundkörper sowie eine Hülse auf, und der Metallring 2.1 eine entsprechende Aussparung zum Einführen des freien Endes der Hülse. Dabei könnten die Abmessungen des freien Endes der Hülse und die Aussparung im Metallring derart bemessen sein, dass ein Verkeilen zwischen Metallring 2.1 und Stecker 5 zustande kommt.
Wie man sieht, ragt Metallstift 1 über diejenige Stirnseite des Stiftträgers 2 hinaus, die der Verschlusskappe 3 gegenüberliegt. Das freie Ende des Metallstiftes 1 ist in eine Bohrung oder in eine Steckerhülse im Grundkörper 5.1 des Steckers eingeführt. Die Mantelfläche des Steckers 1 liegt in der genannten Bohrung beziehungsweise in der Steckerhülse satt an und stellt eine gute elektrisch leitende Verbindung zwischen diesen beiden Teilen her.
Die Bohrung ist leicht konisch. Sie verjüngt sich von ihrem der Brücke 2.3 nahen Ende bis zu ihrem brückenfernen Ende. Weitere Möglichkeiten der Profilierung der Bohrung sind aus den 2, 3 und 4 erkennbar.
Durch die Konizität der Bohrung 2.4 ist natürlich auch die ringförmige Glasfüllung 2.2 konisch. Der Konus hat im Bereich der Brücke 2.3 seinen größten Durchmesser, und im brückenfernen Ende seinen kleinsten Durchmesser. Die Wegstrecke, die eine elektrische Ladung – ungewollt – im brückennahen Bereich zurücklegen müsste; ist somit relativ groß, was ein sicheres Arbeiten der Zündeinheit zufolge hat. Der kleine Durchmesser der Glasfüllung 2.2 führt dazu, dass einplötzlicher Druck, der auf die Glasfüllung beim Zünden von oben her ausgeführt wird, über die konische Leibung der Bohrung 2.4 auf den Metallring 2.1 übertragen und somit aufgefangen wird, so dass die Glasfüllung 2.2 nicht herausgeschlagen wird.
Bei den 2, 3 und 4 sind aus Gründen der größeren Klarheit der Metallstift 1 wie auch die Brücke 2.3 weggelassen. Die Konturen der Bohrungen 2.4 sind dafür gut erkennbar.
Bei der Ausführungsform gemäß 2 weist der Metallring 2.1 eine konische Bohrung 2.4 auf. Die hier nicht gezeigte Brücke befindet sich im Bereich des großen Durchmessers. Der Konuswinkel braucht nur wenige Grad zu betragen. Er wird im Allgemeinen zwischen 10 und 40 Grad liegen. Der große Durchmesser im Bereich der Brücke beträgt im Allgemeinen zwischen 2 und 5 mm.
Die Dicke d des Metallringes 2.1 liegt bei 2 bis 10 mm. Die Bohrung 2.4 ist durch Drehen hergestellt.
Bei der Ausführungsform gemäß 3 weist die Bohrung 2.4 einen stufenförmigen Verlauf auf. Hierbei sind zwei Stufen vorgesehen. Auch könnte eine einzige Stufe vorgesehen sein.
Bei der Ausführungsform gemäß 4 weist die Bohrung 2.4 eine Kontur einer Eieruhr auf. Dies bedeutet, dass der kleinste Durchmesser nicht unbedingt am brückenfernen Ende der Bohrung 2.4 liegen muss, sondern auch zwischen den beiden Enden liegen kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 6274252 [0001]
- US 5621183 [0001]
- US 5504263 [0001]
- US 5404263 [0008]

Claims

Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Zündeinheit zum Zünden eines Treibstoffs mit wenigstens einem elektrisch leitenden Stift (1), ferner mit einem Stiftträger (2), umfassend einen Metallring (2.1) mit einer Bohrung (2.4), die den Stift (1) unter Belassen eines Ringraumes umschließt, sowie mit einem den Ringraum ausfüllenden Glasring (2.2); angeordnet auf der einen Seite des Metallringes (2.1), mit den folgenden Verfahrensschritten: 1.1 es werden der Metallring (2.1) und der Stift (1) bereitgestellt; 1.2 zum Herstellen des Glasringes (2.2) wird wie folgt vorgegangen: 1.2.1 es wird Glas gemahlen; 1.2.2 das gemahlene Glas wird auf eine Teilchengröße von 10 bis 300 Mikron granuliert; 1.2.3 das Granulat wird zu der Ringform gepresst; 1.2.4 der Pressling wird gesintert; 1.2.5 der gesinterte Pressling wird in die Bohrung (2.4) des Metallringes (2.1) eingesetzt; 1.2.6 der Glasring (2.2) wird in eingesetztem Zustand zusammen mit dem Metallring (2.1) einer Wärmebehandlung unterworfen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallring (2.1) durch Drehen hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sintern bei einer Temperatur von zwischen 500 und 900°C durchgeführt wird.
Elektrische Zündeinheit zum Zünden eines Treibstoffes; 4.1 mit wenigstens einem elektrisch leitenden Stift (1); 4.2 mit einem Stiftträger (2), umfassend einen Metallring (2.1) mit einer Bohrung (2.4), die den Stift (1) unter Belassen eines Ringraumes umschließt; 4.3 mit einem den Ringraum ausfüllenden isolierenden Glasring (2.2); 4.4 der Glasring (2.1) ist durch Mahlen eines Glaspostens, Granulieren des Glaspostens auf eine Teilchengröße von 10 bis 300 Mikron, Pressen in die Ringform und Sintern des Glasringes (2.2) hergestellt.
Elektrische Zündeinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallring eine Dicke von 2 bis 10 mm aufweist.
Elektrische Zündeinheit nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Bohrung des Metallrings (2.1) zu ihrem brückenfernen Ende hin verjüngt.
Elektrische Zündeinheit nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (2.4) ein konisches Profil aufweist.
Elektrische Zündeinheit nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (2.4) ein stufenförmiges Profil aufweist.
Elektrische Zündeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Brücke (2.3) zwischen 2 und 5 mm beträgt.
Elektrische Zündeinheit nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallring (2.3) ein Drehteil ist.
Elektrische Zündeinheit nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Glasring aus zwei oder mehreren Einzelteilen aufgebaut ist.