DE102022131843A1

DE102022131843A1 - Anzündeinheit eines gasgenerators und verfahren zur herstellung einer anzündeinheit

Info

Publication number: DE102022131843A1
Application number: DE102022131843.5A
Authority: DE
Inventors: Simon Stummer; Tim Zimmermann
Original assignee: ZF Airbag Germany GmbH
Current assignee: ZF Airbag Germany GmbH
Priority date: 2022-12-01
Filing date: 2022-12-01
Publication date: 2024-06-06

Abstract

Eine Anzündeinheit (12) eines Gasgenerators hat einen Polkörper (16) aus einem Kunststoffmaterial, in den zwei Kontaktstifte (14) eingebettet sind, und eine Metallkappe (24), die eine pyrotechnische Anzündladung (26) enthält und die auf den Polkörper (16) aufgesetzt ist, sowie einen aus einem Metall bestehenden Anzünderträger (32), in den der Polkörper (16) eingesetzt und an dem die Metallkappe (24) verschweißt ist, wobei zwischen dem Polkörper (16) und dem Anzünderträger (32) eine Dichtung (42) angeordnet ist. Zur Herstellung der Anzündeinheit (12) wird die pyrotechnische Anzündladung (26) in die Metallkappe (24) eingefüllt, der Polkörpers (16) in die Metallkappe (24) eingesetzt, der Anzünderträger (32) auf den Polkörper (16) aufgesetzt und die Dichtung (42) zwischen Anzünderträger (32) und Polkörper (16) angeordnet, sowie die Metallkappe (24) mit dem Anzünderträger (32) verschweißt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anzündeinheit eines Gasgenerators, insbesondere für ein Fahrzeuginsassenrückhaltesystem, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Anzündeinheit.
Die Anzündeinheit eines Gasgenerators dient dazu, mittels eines elektrischen Impulses die Gasfreisetzung im Gasgenerator zu starten, um z.B. Füllgas für einen Gasgenerator oder Betriebsgas für einen Gurtstraffer bereitzustellen. Hierzu weist die Anzündeinheit zwei von außen elektrisch kontaktierbare Kontaktstifte auf, die mit einem dünnen Brückendraht verbunden sind, der sich bei Stromfluss durch die Kontaktstifte erhitzt. Der Brückendraht ist in Kontakt mit einer sogenannten Anzündladung, die durch den heißen Brückendraht entzündet wird und die wiederum heiße Gase und/oder Partikel erzeugt, die aus der Anzündeinheit in den restlichen Gasgenerator übertreten und dort die Gaserzeugung starten.
Die Anzündeinheit muss gegenüber Umwelteinflüssen, insbesondere dem Eindringen von Feuchtigkeit, geschützt sein.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine hermetisch dichtete, kostengünstige Anzündeinheit zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Anzündeinheit eines Gasgenerators gelöst, die einen Polkörper aus einem Kunststoffmaterial aufweist, in den zwei Kontaktstifte eingebettet sind, und eine Metallkappe, die eine pyrotechnische Anzündladung enthält und die auf den Polkörper aufgesetzt ist. Es ist ein aus einem Metall bestehender Anzünderträger vorgesehen, in den der Polkörper eingesetzt und an dem die Metallkappe verschweißt ist, wobei zwischen dem Polkörper und dem Anzünderträger eine Dichtung angeordnet ist.
Die Herstellung eines Polkörpers aus Kunststoff ist gegenüber einem Polkörper aus Metall mit einer Glasdichtung deutlich günstiger. Die Problematik, den Polkörper gegenüber dem metallischen Anzünderträger abzudichten, wird durch die Verwendung einer separaten Dichtung gelöst. Es hat sich herausgestellt, dass so auf einfache und kostengünstige Weise eine hermetische Abdichtung zwischen dem Polkörper und dem Anzünderträger möglich ist, die eine lange Lebensdauer aufweist.
Als Dichtung hat sich beispielsweise ein O-Ring als geeignet erwiesen. Der O-Ring kann insbesondere eine Kegelstumpfform haben, die an eine Innenoberfläche des Anzünderträgers und eine Außenoberfläche des Polkörpers angepasst ist. Auch kann der O-Ring in einem Ausgangszustand eine im Querschnitt runde oder ovale Form haben und erst nach seiner Verbauung in eine Kegelstumpfform verpresst werden.
Zur korrekten Positionierung lässt sich der O-Ring z.B. einfach in eine vorgefertigte Nut in einer Innenwand des Anzünderträgers einlegen.
Die Abdichtung zwischen der Metallkappe und dem Anzünderträger kann erreicht werden, indem die Metallkappe mit dem Anzünderträger hermetisch dicht verschweißt wird, beispielsweise durch eine umfangsmäßig vollständig umlaufende Schweißnaht.
Die Metallkappe besteht vorzugsweise aus einem Stahl.
Der Polkörper ist bevorzugt ein Spritzgussbauteil, das als vom Anzünderträger separates Bauteil gefertigt ist. Dies erleichtert die Fertigung und reduziert damit die Herstellungskosten. Bei der Fertigung des Polkörpers werden die Kontaktstifte mit einem geeigneten Kunststoffmaterial umspritzt, wobei der Polkörper gebildet wird. Der Polkörper kann im Längsschnitt in etwa trapezförmig sein, wie dies herkömmlich bekannt ist.
Ein Deckel der Metallkappe kann konkav in Richtung zum Polkörper gewölbt sein, um eine Kompression der Anzündladung zu verbessern.
Wie herkömmlich bekannt, weist die Metallkappe vorzugsweise an ihrem Deckel eine Schwächungszone auf, an der sie bei der Aktivierung der Anzündeinheit aufreißt, damit heißes Gas und/oder Partikel in den angrenzenden Bereich des Gasgenerators übertreten können.
Die oben genannte Aufgabe wird auch mit einem Verfahren zur Herstellung einer Anzündeinheit wie sie oben beschrieben wurde gelöst, wobei die pyrotechnische Anzündladung in die Metallkappe eingefüllt, der Polkörper in die Metallkappe eingesetzt, der Anzünderträger auf den Polkörper aufgesetzt und die Dichtung zwischen Anzünderträger und Polkörper angeordnet und die Metallkappe mit dem Anzünderträger verschweißt wird.
Um die Anzündladung zu komprimieren, wird sie vorzugsweise nach dem Einfüllen in die Metallkappe in der Metallkappe verpresst.
Damit die Anzündladung während der Fertigstellung der Anzündeinheit möglichst wenig beeinflusst wird, kann während der Fertigung der Polkörper so angeordnet werden, dass die Kontaktstifte vertikal nach oben ragen.
Die Anzündeinheit wird dann sozusagen auf dem Kopf stehend montiert, wobei die Kontaktstifte während der gesamten Fertigung, also während sämtlicher oben genannter Fertigungsschritte, vertikal nach oben abstehen können.
Alternativ kann die Einheit aus Polkörper und Metallkappe um die Anzündladung herum so stabil verpresst werden, dass der Polkörper mit der aufgesetzten Metallkappe umgedreht und auch mit nach unten ragenden Kontaktstiften weiterverarbeitet werden kann.
Der Polkörper wird jedoch vorzugsweise grundsätzlich mit nach oben gerichteten Kontaktstiften in die Metallkappe eingesetzt.
Das Verschweißen der Metallkappe mit dem Anzünderträger erfolgt beispielsweise durch Kondensatorentladungsschweißen. Es hat sich herausgestellt, dass sich so eine gute hermetische Abdichtung zwischen der Metallkappe und dem Anzünderträger erreichen lässt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Figuren näher beschrieben. In den Figuren zeigen:

- 1 eine schematische Schnittansicht eines Gasgenerators mit einer erfindungsgemäßen Anzündeinheit;
- 2 eine schematische Schnittansicht der Anzündeinheit aus 1;
- 3 bis 7 schematische Schritte eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens zur Herstellung einer Anzündeinheit nach 2, gemäß einer ersten Variante; und
- 8 bis 12 schematische Schritte eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens zur Herstellung einer Anzündeinheit nach 2, gemäß einer zweiten Variante.

1 zeigt einen Gasgenerator 10, hier zum Befüllen eines Lenkrad-Gassacks, mit einer Anzündeinheit 12 zum Aktivieren einer gaserzeugenden Treibladung im Inneren des Gasgenerators 10 (nicht näher dargestellt). Die Anzündeinheit 12 ist mittig in eine Unterseite des Gasgenerators 10 eingesetzt und ringförmig von der Treibladung umgeben.
Die Anzündeinheit 12 ist aber auch in anderen, beliebigen Gasgeneratoren einsetzbar.
Die Anzündeinheit 12 weist zwei elektrisch leitende Kontaktstifte 14 auf, die an einer Kontaktseite 15 von der Außenseite des Gasgenerators 10 zugänglich sind und an die zur Aktivierung der Anzündeinheit 12 auf bekannte Weise ein elektrischer Strom angelegt werden kann.
Die Kontaktstifte 14 sind in einen Polkörper 16 aus einem geeigneten Kunststoffmaterial eingebettet. Zur Herstellung des Polkörpers 16 werden die Kontaktstifte 14 mit dem Kunststoffmaterial umspritzt. Der Polkörper 16 wird in einem separaten Herstellungsschritt als eigenständiges Bauteil gefertigt.
Ein dünner Brückendraht 18 verbindet die beiden der Kontaktseite 15 gegenüberliegenden Enden 20 der Kontaktstifte 14. Die Enden 20 ragen dabei ein kleines Stück aus einer Oberseite 22 des Polkörpers 16 heraus.
Der Polkörper 16 ist von einer Metallkappe 24 überdeckt, die hier aus einem geeigneten Stahl besteht. Die Metallkappe 24 ist mit dem Polkörper 16 verpresst.
In einem Zwischenraum zwischen der Metallkappe 24 und dem Polkörper 16 ist eine pyrotechnische Anzündladung 26 aufgenommen, die in gutem Kontakt mit dem Brückendraht 18 ist.
Ein Deckel 28 der Metallkappe 24 ist hier konvex in Richtung zur Anzündladung 26 gewölbt, um eine Anpresskraft auf die Anzündladung 26 über die gesamte Lebensdauer des Gasgenerators 10 aufrechtzuerhalten.
Wie herkömmlich bekannt weist der Deckel 28 eine Schwächungszone 30 auf, an der die Metallkappe 24 aufreißt, wenn die Anzündeinheit 12 durch Anlegen eines elektrischen Stroms an die Kontaktstifte 14 aktiviert wird.
Der Polkörper 16 ist in einen aus Metall bestehenden Anzünderträger 32 eingesetzt, der an einem Ende eine Aufnahme 34 aufweist, in der sich die beiden Kontaktstifte 14 erstrecken, ohne den Anzünderträger 32 zu berühren. Somit sind die Kontaktstifte 14 gegenüber dem Anzünderträger 32 vollständig elektrisch isoliert.
Anschließend an die Aufnahme 34 weist der Anzünderträger 32 eine kegelstumpfförmige Innenseite 36 auf, in der eine umlaufende Nut 38 ausgebildet ist. Die Form der Innenseite 36 ist an die Form einer Außenseite 40 des Polkörpers 16 angepasst, sodass der Polkörper 16 möglichst passgenau an der Innenseite 36 des Anzünderträgers 32 anliegt.
In die Nut 38 ist eine Dichtung 42, hier ein O-Ring mit einer beispielsweise kegelstumpfförmigen Gestalt, eingelegt, sodass sie sich zwischen der Außenseite 40 des Polkörpers 16 und der Innenseite 36 des Anzünderträgers 32 befindet. Die Dichtung 42 dichtet somit den Anzünderträger 32 und insbesondere die Aufnahme 34 gegenüber dem Polkörper 16 ab.
Die Metallkappe 24 weist einen umlaufenden, radial nach außen abstehenden Rand 43 auf, an dem sie umlaufend mittels einer Schweißnaht 44 mit einer Schulter 46 des Anzünderträgers 32 verschweißt ist. In diesem Beispiel erfolgt das Schweißen durch Kondensatorentladungsschweißen. Die Schweißnaht 44 dichtet die Metallkappe 24 hermetisch gegenüber dem Anzünderträger 32 ab und verhindert so ein Eindringen von Feuchtigkeit in den Zwischenraum zwischen der Metallkappe 24 und dem Polkörper 16.
Durch die Schweißnaht 44 und die Dichtung 42 ist die Anzündladung 26 hermetisch gegenüber der Umgebung der Anzündeinheit 12 abgedichtet.
Die 3 bis 7 zeigen ein Herstellungsverfahren der Anzündeinheit 12 gemäß einer ersten Variante.
Zunächst wird die Anzündladung 26 in die Metallkappe 24 eingefüllt und dort verpresst. Hierzu liegt der Deckel 28 der Metallkappe 24 in Vertikalrichtung V unten.
In einem nächsten Schritt wird der Polkörper 16 von oben in die Metallkappe 24 eingepresst, sodass der Brückendraht 18 in Kontakt mit der Anzündladung 26 kommt (siehe 4). Die Kontaktstifte 14 ragen dabei in Vertikalrichtung V nach oben.
5 zeigt, wie die Dichtung 42 in die Nut 38 des Anzünderträgers 32 eingelegt wird.
In dieser Variante ist die Verpressung zwischen der Metallkappe 24 und dem Polkörper 16 so stabil ausgeführt, dass diese Baugruppe umgedreht werden kann, sodass die Kontaktstifte 14 in Vertikalrichtung V nun nach unten weisen (siehe 6).
Der Polkörper wird nun so in den Anzünderträger 32 eingesetzt, dass die Kontaktstifte 14 in die Aufnahme 34 ragen und die Dichtung 42 zwischen dem Anzünderträgers 32 und dem Polkörper 16 liegt.
In einer geeigneten Vorrichtung 48 wird nun durch Kondensatorentladungsschweißen der Rand 43 der Metallkappe 24 mit der Schulter 46 des Anzünderträgers 32 verschweißt, wobei die umlaufende Schweißnaht 44 entsteht.
Die 8 bis 12 zeigen eine zweite Variante des Herstellungsverfahrens der Anzündeinheit 12.
Die in den 8 bis 10 gezeigten Fertigungsschritte sind identisch zur oben beschriebenen Variante.
11 zeigt den Schritt des Einsetzens des Polkörpers 16 in den Anzünderträger 32. Im Unterschied zur oben beschriebenen ersten Variante wird die Ausrichtung des Polkörpers 16 nicht verändert, d.h., die Kontaktstifte 14 ragen weiterhin in Vertikalrichtung V nach oben, und der Anzünderträger 32 wird von oben auf den Polkörper 16 aufgesetzt (oder der Polkörper 16 von unten in den Anzünderträger 32 eingeschoben).
Abschließend erfolgt das Verschweißen der Metallkappe 24 mit dem Anzünderträger 32 durch Kondensatorentladungsschweißen in der Vorrichtung 48 wie oben beschrieben.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nicht immer alle identischen Komponenten mit Bezugszeichen versehen.

Claims

Anzündeinheit (12) eines Gasgenerators (10), mit einem Polkörper (16) aus einem Kunststoffmaterial, in den zwei Kontaktstifte (14) eingebettet sind, und einer Metallkappe (24), die eine pyrotechnische Anzündladung (26) enthält und die auf den Polkörper (16) aufgesetzt ist, und mit einem aus einem Metall bestehenden Anzünderträger (32), in den der Polkörper (16) eingesetzt und an dem die Metallkappe (24) verschweißt ist, wobei zwischen dem Polkörper (16) und dem Anzünderträger (32) eine Dichtung (42) angeordnet ist.
Anzündeinheit (12) nach Anspruch 1, wobei die Dichtung (42) ein O-Ring ist.
Anzündeinheit (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Metallkappe (24) mit dem Anzünderträger (32) hermetisch dicht verschweißt ist.
Anzündeinheit (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Metallkappe (24) aus einem Stahl besteht.
Anzündeinheit (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Polkörper (16) ein Spritzgussbauteil ist, das als vom Anzünderträger (32) separates Bauteil gefertigt ist.
Anzündeinheit (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Deckel (28) der Metallkappe (24) konkav in Richtung zum Polkörper (16) gewölbt ist.
Verfahren zur Herstellung einer Anzündeinheit (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten: - Einfüllen der pyrotechnischen Anzündladung (26) in die Metallkappe (24), - Einsetzen des Polkörpers (16) in die Metallkappe (24), - Aufsetzen des Anzünderträgers (32) auf den Polkörper (16) und Anordnen der Dichtung (42) zwischen Anzünderträger (32) und Polkörper (16), und - Verschweißen der Metallkappe (24) mit dem Anzünderträger (32).
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Anzündladung (26) in der Metallkappe (24) verpresst wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, wobei während der Fertigung der Polkörper (16) so angeordnet wird, dass die Kontaktstifte (14) vertikal nach oben ragen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Verschweißen der Metallkappe (24) mit dem Anzünderträger (32) durch Kondensatorentladungsschweißen erfolgt.