DE19958925A1 - Optisch akitivierbare Zündkapsel für Insassen-Rückhaltesysteme - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zündkapsel für den Gasgenerator von Insassen-Rückhaltesystemen in Kraftfahrzeugen, insbesondere für den Gasgenerator eines aufblasbaren Aufprallschutzkissens (Airbag). Die Zündkapsel soll dabei optisch aktiviert werden können. Durch die Verwendung eines Lichtwellenleiters wird eine effektive Einkopplung der Strahlung einer Zündlichtquelle in die Zündkapsel und damit eine zuverlässige Zündung gewährleistet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündkapsel für den Gasgenerator eines Insassen-Rückhaltesystems in einem Kraftfahrzeug, deren Zündmittel durch Einstrahlung von Licht zur Explosion gebracht wird.

Zu den am häufigsten eingesetzten Insassen-Rückhaltesystemen in Kraftfahrzeugen gehören das aufblasbare Aufprall-Schutz­ kissen (Airbag) und der Gurtstraffer. Beide Rückhaltesysteme benötigen einen Gasgenerator, dessen Treibladung im Falle einer Fahrzeugkollision von einer Zündkapsel zur Explosion gebracht wird. Die hierdurch freigesetzte Gasmenge bläst den Airbag auf bzw. versetzt das Turbinenrad des Gurtstraffers in Rotation.

Ein Gasgenerator für einen Airbag ist beispielsweise in der US 5 803 494 A offenbart. Der bekannte Gasgenerator verfügt über mehrere elektrisch aktivierbare Zündkapseln, wie sie etwa in der DE 197 33 353 C1 beschrieben sind. Eine solche Zündkap­ sel weist ein zumindest teilweise mit einem Zündmittel gefüll­ tes, topfförmiges Gehäuse auf, welches von einem Isolierkörper verschlossen ist. Durch den Isolierkörper hindurch ragen zwei Kontaktstifte in das Innere der Zündkapsel. Die beiden Kon­ taktstifte sind durch einen Widerstandsdraht, der das Zünd­ mittel durchsetzt, elektrisch leitend miteinander verbunden. Bei einer Fahrzeugkollision wird ein Aufprallsensor aktiviert, der ein Signal an eine Auslöseschaltung sendet. Die Auslöse­ schaltung gibt daraufhin einen Stromimpuls an die Kontakt­ stifte der Zündkapsel ab, so daß der Widerstandsdraht zum Glühen oder Schmelzen gebracht wird. Die dabei freigesetzte Wärmeenergie bringt das Zündmittel zur Explosion. Die Zünd­ kapsel platzt an hierfür vorgesehenen Sollbruchstellen auf und läßt so das heiße Explosionsgas in das Innere des Gasgenera­ tors strömen. Infolge dessen wird die dort befindliche Treib­ ladung zur Detonation gebracht.

Ein gravierender Nachteil elektrisch aktivierbarer Zündkapseln ist darin zu sehen, daß ihr Widerstandsdraht im Laufe der Zeit korrodieren und brüchig werden kann, so daß mittels spezieller Prüfschaltungen, vgl. hierzu z. B. die DE 198 14 589 A1, in regelmäßigen Zeitabständen getestet werden muß, ob die Zünd­ kapsel noch funktionsfähig ist. Die von einer derartigen Prüf­ schaltung abgegebenen Testimpulse können unter ungünstigen Um­ ständen jedoch zu einer Fehlzündung mit fatalen Folgen führen, wenn beispielsweise nämlich dem Fahrer bei hoher Geschwindig­ keit durch den sich plötzlich aufblähenden Airbag sekundenlang die Sicht genommen wird. Zu einer Fehlzündung kann es aber auch durch elektrostatische Aufladungen im Kraftfahrzeug und durch Kriechströme kommen, wenn diese über die Kontaktstifte in das Innere der Zündkapsel geleitet werden.

Aus der DE 38 38 896 A1 ist eine Zündkapsel bekannt, durch die sich die soeben angesprochenen Probleme insofern vermeiden lassen, als das Zündmittel nicht über die Wärmeentwicklung eines elektrisch beheizten Widerstandsdrahtes zur Explosion gebracht wird, sondern durch die Einstrahlung von Laserlicht. Zu diesem Zwecke ist die Zündkapsel mit einem für das Laser­ licht durchlässigen Fenster verschlossen. Auf der Innenseite dieses Fensters ist eine Schicht aufgebracht, welche in ther­ mischem Kontakt zum Zündmittel steht und welche bei der Wel­ lenlänge des eingestrahlten Laserlichtes stark absorbiert. Somit wird die Schicht bei Lichteinstrahlung aufgeheizt und das Zündmittel zur Explosion gebracht. Im Hinblick auf eine bessere Lichteinkopplung ist bei der bekannten Zündkapsel vorgesehen, das transparente Fenster als Linse auszubilden.

Aus der DE 43 13 571 C1 ist ferner ein Gasgenerator für ein Insassen-Rückhaltesystem bekannt, bei dem auf Zündkapseln gänzlich verzichtet und die Treibladung unmittelbar durch Bestrahlung mit Laserlicht zur Detonation gebracht wird. Hierfür ist das Gehäuse des Gasgenerators mit Lichtleit­ bohrungen versehen, durch welche das Licht eines Halbleiter­ lasers über Umlenkspiegel und Linsen an verschiedenen Stellen auf die Treibladung fokussiert wird.

Aus der US 5 010 822 ist ferner bekannt, zum Zwecke der Strahlführung eines Lasers, durch den ein pyrotechnisches System gezündet werden soll, transmittierende, reflektierende und fokussierende optische Bauelemente zu verwenden. Dank dieser Bauelemente muß der Strahl des außerhalb des pyrotech­ nischen Systems angeordneten Lasers keine geradlinige Verbin­ dung mit der Zündkammer aufweisen. Hierdurch kann der Einbau in begrenzte Räumlichkeiten erleichtert werden.

Aus der DE 42 11 672 A1 schließlich ist ein Sicherheitsgurt bekannt, der im Falle eines Unfalls wie ein Schlauch aufge­ blasen wird. Das für das Aufblasen des Schlauches erforder­ liche Gasvolumen wird durch Abbrennen einer Treibladung er­ zeugt, die gleichmäßig über die Länge des Schlauches verteilt ist und die durch einen optischen Zündimpuls, der an mehreren Stellen des Schlauches gleichzeitig eingekoppelt wird, zur Explosion gebracht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündkapsel für den Gasgenerator eines Insassen-Rückhaltesystems anzugeben, die praktisch nicht altert, bei der Fehlzündungen infolge von elektrostatischen Aufladungen und Kriechströmen ausgeschlossen sind und die äußerst zuverlässig gezündet werden kann. Diese Zündkapsel soll zudem bisherige, elektrisch aktivierbare Zündkapseln ersetzen und demnach so beschaffen sein, daß sich herkömmliche Gasgeneratoren problemlos damit nachrüsten lassen.

Diese Aufgabenaspekte werden durch den im Anspruch 1 gekenn­ zeichneten Gegenstand gelöst; vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, das Zündmittel einer Zündkapsel auf optischem Wege zur Explosion zu bringen, wobei im Gegensatz zum Stand der Technik jedoch eine sehr effektive Lichteinkopplung mit Hilfe eines Lichtwellenleiters Verwendung findet.

Aufgrund der sehr geringen Übertragungsverluste, welche han­ delsübliche Lichtwellenleiter für die unterschiedlichsten Wel­ lenlängen aufweisen, kann die Zündlichtquelle mit der zugehö­ rigen Ansteuerschaltung nahezu beliebig weit von der Zündkap­ sel entfernt im Fahrzeug untergebracht werden. Da die erfin­ dungsgemäße Zündkapsel überdies vollständig aus isolierendem Material gefertigt werden kann, sind Fehlzündungen infolge von Aufladungen und Kriechströmen praktisch ausgeschlossen. Korro­ dierende, bruchgefährdete Komponenten, die, wie oben erläu­ tert, bei elektrisch aktivierbaren Zündkapseln Prüfschaltungen erforderlich machen und somit zu Fehlzündungen führen können, sind beim Erfindungsgegenstand nicht vorhanden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbei­ spiels näher erläutert:
In der Zeichnung ist stark schematisch ein Schnitt durch eine erfindungsgemäße Zündkapsel dargestellt und in Form eines Blockschaltbildes die zugehörige Ansteuerschaltung.

Die insgesamt mit 1 bezeichnete Zündkapsel verfügt über ein topfförmiges Gehäuse 2, das an seiner Unterseite mit einem Verschlußkörper 5 verschlossen ist. An der der Treibladung des hier nicht gezeigten Gasgenerators zugewandten Seite ist das Gehäuse 2 der Zündkapsel 1 mit Sollbruchstellen 3 versehen. Das Gehäuse 2 ist zumindest teilweise mit einem Zündmittel 4 gefüllt. Durch den Verschlußkörper 5 ragt ein erstes Ende 7 eines Lichtwellenleiters 6 in das Innere der Zündkapsel 1. In diesen Lichtwellenleiter 6 wird an seinem der Zündkapsel 1 abgewandten zweiten Ende 8 das Licht einer Zündlichtquelle 12 eingekoppelt. Hierbei kann es sich um eine Blitzlampe, einen Laser, eine Leuchtdiode oder jede andere Lichtquelle handeln. Entscheidend für das Funktionieren der erfindungsgemäßen Zünd­ kapsel 1 ist lediglich, daß das von der Zündlichtquelle 12 er­ zeugte Licht durch den Lichtwellenleiter 6 ohne nennenswerte Verluste in die Zündkapsel 1 übertragen wird, und daß die am ersten Ende 7 des Lichtwellenleiters 6 emittierte Strahlung das Zündmittel 4 so stark aufheizt, daß dieses explodiert. Zweckmäßigerweise ist zur Verringerung der Einkoppelverluste am zweiten Ende 8 des Lichtwellenleiters 6 eine schematisch als Linse dargestellte Einkoppeloptik 10 vorgesehen; dement­ sprechend befindet sich am ersten Ende 7 des Lichtwellenlei­ ters 6 vorzugsweise eine Auskoppeloptik 9, welche die dort austretende Strahlung direkt auf einen Teilbereich des Zün­ mittels oder auf einen zwischengeschalteten Absorberkörper 11 fokussiert. Dieser Absorberkörper 11 ist so beschaffen, daß er die verfügbare Strahlungsleistung möglichst vollständig in Wärmeenergie umwandelt und somit zur zuverlässigen Zündung des Zündmittels 4 beiträgt. In einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zündkapsel wird der Absorberkörper 11 durch ein elektronisches Bauelement gebildet, welches die ein­ gestrahlte Lichtenergie direkt in eine elektrische Spannung umwandelt. Diese Spannung wird über Zuleitungen an einen Widerstandsdraht angelegt, der das Zündmittel (4) durchsetzt und demzufolge bei einem Fahrzeugaufprall zur Explosion bringt. Der Vorteil dieser Ausführungsform gegenüber der z. B. aus der DE 197 33 353 C1 bekannten Zündkapsel ist darin zu sehen, daß keine galvanische Verbindung zwischen dem Wider­ standsdraht und der Umgebung der Zündkapsel besteht, so daß auch hier keine Fehlzündung infolge von elektrostatischen Aufladungen oder Kriechströmen erfolgen kann.

Der Lichtwellenleiter 6 ist bevorzugt flexibel ausgebildet, so daß sich die erfindungsgemäße Zündkapsel 1 problemlos auch an schwer zugänglichen Stellen des Gasgenerators montieren läßt. Selbstverständlich können auch mehrere Lichtwellenleiter 6 vorhanden sein, welche den Verschlußkörper 5 durchsetzen und gleichzeitig oder zeitversetzt Strahlung von einer oder mehre­ ren Zündlichtquellen in die Zündkapsel 1 leiten. Im Hinblick auf eine zuverlässige Zündung kann es von Vorteil sein, wenn Zündlichtquellen 12 mit unterschiedlichen spektralen Eigen­ schaften verwendet werden, wenn also beispielsweise eine UV- Strahlung emittierende Blitzlampe mit einer IR-Leuchtdiode kombiniert wird. Zweckmäßigerweise sollten dann auch verschie­ dene Absorberkörper 11 im Innern der Zündkapsel 1 angeordnet sein, welche die jeweilige Strahlung besonders gut in Wärme­ energie umwandeln.

Jede der Zündlichtquellen 12 ist über eine Auslöseschaltung 13 mit mindestens einem Aufprallsensor 14 verbunden, welcher im Falle einer Fahrzeugkollision in an sich bekannter Weise ein Signal an die Auslöseschaltung 13 sendet und somit die Explo­ sion der Zündkapsel veranlaßt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungs­ gemäßen Zündkapsel 1 ist vorgesehen, den mindestens einen Lichtwellenleiter 6 nicht nur für die Einkopplung der Strah­ lung der Zündlichtquellen 12 zu verwenden, sondern ihn auch dazu zu benutzen, um das Innere der Zündkapsel 1 zu inspi­ zieren, um also auf optischem Wege den Zustand des Zündmittels und/oder des Absorbers 11 zu überprüfen. Diese Ausgestaltung stellt sozusagen das optische Analogon zu den Prüfschaltungen dar, die bei elektrisch aktivierbaren Zündkapseln eingesetzt werden müssen. Allerdings kann es durch die optische Überprü­ fung der Zündkapsel nicht zu einer Fehlzündung wie beim Stand der Technik kommen. Um das Innere der Zündkapsel 1 über den Lichtwellenleiter 6 inspizieren zu können, bedarf es lediglich eines Strahlteilers am zweiten Ende 8 des Lichtwellenleiters 6, einer geeigneten Lichtquelle, die das Innere der Zündkapsel beleuchtet, sowie einer Abbildungsoptik.

Claims (13)

1. Optisch aktivierbare Zündkapsel für den Gasgenerator eines Insassen-Rückhaltesystems in einem Kraftfahrzeug, insbesondere für den Gasgenerator eines aufblasbaren Aufprallschutzkissens, mit einem topfförmigen Gehäuse (2), welches zumindest teilweise mit einem Zündmittel (4) gefüllt ist, und mit einem das Gehäuse (2) verschließenden Verschlußkörper (5), durch welchen das erste Ende (7) mindestens eines Lichtwellenleiters (6) in das Innere des Gehäuses (2) ragt, wobei an dem dem Gehäuse abgewandten zweiten Ende (8) des mindestens einen Lichtwellenleiters (6) mindestens eine Zündlichtquelle (12) vorgesehen ist, deren Strahlung in den mindestens einen Lichtwellenleiter (6) eingekoppelt wird.

2. Optisch aktivierbare Zündkapsel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Zündlichtquelle (12) eine Blitzlampe, ein Laser oder eine Leuchtdiode ist.

3. Optisch aktivierbare Zündkapsel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Zündlichtquellen (12) vorge­ sehen sind, deren Strahlung in einen gemeinsamen Licht­ wellenleiter (6) oder in verschiedene Lichtwellenleiter (6) eingekoppelt wird.

4. Optisch aktivierbare Zündkapsel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündlichtquellen (12) in unter­ schiedlichen Spektralbereichen emittieren.

5. Optisch aktivierbare Zündkapsel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem dem Gehäuse (2) abge­ wandten zweiten Enden (8) des mindestens einen Lichtwel­ lenleiters (6) und der mindestens einen Zündlichtquelle (12) eine Einkoppeloptik (10) vorgesehen ist.

6. Optisch aktivierbare Zündkapsel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem in das Gehäuse (2) ragenden ersten Endes (7) des mindestens einen Licht­ wellenleiters (6) und dem Zündmittel (4) eine Auskoppel­ optik (9) vorgesehen ist.

7. Optisch aktivierbare Zündkapsel nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskoppeloptik (9) und/oder die Einkoppeloptik (10) durch Linsen oder Linsensysteme gebildet sind.

8. Optisch aktivierbare Zündkapsel nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskoppeloptik (9) die Strahlung der mindestens einen Zündlichtquelle (12) auf das Zündmittel (4) fokussiert.

9. Optisch aktivierbare Zündkapsel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen dem in das Gehäuse (2) ragenden ersten Ende (7) des mindestens einen Lichtwellen­ leiters (6) und dem Zündmittel (4) mindestens ein Absorber­ körper (11) befindet.

10. Optisch aktivierbare Zündkapsel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Absorberkörper (11) durch ein elektronisches Bauelement gebildet wird, welches die Strahlung der mindestens einen Zündlichtquelle (12) in einen elektrischen Strom umwandelt, der durch einen das Zündmittel (4) durchsetzenden Widerstandsdraht geleitet wird.

11. Optisch aktivierbare Zündkapsel nach einem der vorherigen Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, daß die Auskoppeloptik (9) die Strahlung der mindestens einen Zündlichtquelle (12) auf den mindestens einen Absorberkörper (11) fokussiert.

12. Optisch aktivierbare Zündkapsel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) aus isolierendem Material besteht.

13. Optisch aktivierbare Zündkapsel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußkörper (5) aus isolierendem Material besteht.