DE102014219125A1

DE102014219125A1 - Durchführungselement mit direkt verbundenem Massestift, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung

Info

Publication number: DE102014219125A1
Application number: DE102014219125.4A
Authority: DE
Inventors: Thomas Pfeiffer; Thomas Fink
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2014-09-23
Filing date: 2014-09-23
Publication date: 2016-03-24

Abstract

Die Erfindung betrifft Durchführungselemente (1) mit einen metallischen Grundkörper (3) und zumindest einer ersten Durchgangsöffnung (4), in der ein Metallstift (5) in einem elektrisch isolierenden Fixiermaterial (10) angeordnet ist, und zumindest einer zweiten Durchgangsöffnung (20), in der ein weiterer Metallstift (6) als Massepin durch Druckspannung in dieser Durchgangsöffnung (20) fixiert und elektrisch leitfähig mit dem Grundkörper (3) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft Durchführungselemente im Allgemeinen, insbesondere aber solche für Zündvorrichtungen, wie sie zum Zünden einer pyrotechnischen Personenschutzvorrichtung verwendet werden, und/oder Durchführungen für Sensoren und/oder Großdurchführungen. Insbesondere betrifft die Erfindung die Ausgestaltung des Sockels einer solchen Zündvorrichtung, das Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Anwendungen.
Durchführungen von Sensoren können insbesondere Sensorelemente mit Strom versorgen und/oder deren Signale an Auswerteeinheiten weiterleiten. Großdurchführungen werden im Allgemeinen in Sicherheitsbehältern eingesetzt, zum Beispiel in Flüssiggastanks und/oder Reaktoren.
Als pyrotechnische Personenschutzvorrichtungen kommen in Kraftfahrzeugen insbesondere Airbags und Gurtstraffer zum Einsatz. Derartige Sicherheitssysteme können das Verletzungsrisiko erheblich senken. Voraussetzung ist jedoch, dass im Falle eines Zusammenstoßes die jeweiligen Sicherheitssysteme nicht versagen. Besonderes Augenmerk wird dabei insbesondere auch auf die Zünder solcher Pyrotechnischen Einrichtungen gerichtet, welche für die Funktion einer solchen Sicherheitseinrichtung unerlässlich sind. Insbesondere müssen die Zünder auch viele Jahre nach ihrer Herstellung noch einwandfrei funktionieren. Als mittlere Lebensdauer solcher Zünder wird oftmals 15 Jahre angegeben. Um eine dauerhaft einwandfreie Funktion zu gewährleisten, muss dabei sichergestellt sein, dass sich die im Zünder vorhandene Treibladung im Laufe der Zeit nicht verändert. Derartige Veränderungen können beispielsweise durch in den Zünder eindringende Feuchtigkeit verursacht werden. Es ist daher wichtig, die Treibladung des Zünders hermetisch zu verkapseln. Auch muss der Zünder die Gase der gezündeten Treibladung in die richtige Richtung freisetzen, um die Treibladung eines Gasgenerators des Sicherheitssystems zu zünden.
Um dies zu gewährleisten, weisen aus dem Stand der Technik bekannte Zünder eine Kappe oder einen Deckel und einen vergleichsweise massiven Sockel auf, zwischen denen die Treibladung in einem aus diesen Teilen gebildeten Hohlraum eingeschlossen ist. Durch den Sockel wird mittels elektrischer Anschlüsse der Strom zum Zünden der Treibladung geleitet. Daher weist der Sockel in der Regel Durchgangsöffnungen auf, in denen sich Metallstifte befinden, die auf der einen Seite mittels einer Steckverbindung mit elektrischem Strom versorgt werden können und auf der anderen Seite beispielsweise mittels einer Zündbrücke verbunden sind, die beim Stromdurchfluss in Kontakt mit dem Treibmittel die Zündung desselben bewirkt. Der Sockel wird daher auch allgemein Durchführungselement genannt. Bei der Auslegung des Durchführungselements muss sichergestellt werden, dass bei der Zündung der Treibladung auf jeden Fall die Kappe oder der Deckel oder ein Teil davon abreißt und nicht die elektrischen Durchführungen aus dem Sockel getrieben werden.
Im Markt für solche Durchführungselemente haben sich zwei Technologien durchgesetzt. In der ersten besteht der Grundkörper des Sockels aus Metall und die Zündbrücke wird mittels eines angeschweißten Brückendrahtes realisiert. Bei dieser Ausführungsform ist ein Metallstift als Pin in einem elektrisch isolierenden Fixiermaterial in einer Durchgangsöffnung des Grundkörpers fixiert. Als Fixiermaterial wird üblicherweise ein Glasmaterial, insbesondere ein Hartglas oder Glaslot verwendet. Dadurch ist dieser Metallstift zum Außenleiter durch Glas isoliert. Ein zweiter Metallstift als Pin ist mit dem Außenleiter, der durch den Grundkörper oder auch Bodenplatte genannt repräsentiert wird, verschweißt oder verlötet. Auf der Oberseite des Durchführungselements – das ist die Seite, die der Zündkappe der endmontierten Zündvorrichtung zugewandt ist – kommt somit ein Brückendraht (meist aus einer Wolframlegierung) als Zündbrücke in Kontakt mit der Oberfläche des Glasmaterials. Damit der Brückendraht nicht beschädigt wird und das Zündelement im Gebrauch beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eine lange Lebensdauer aufweist, muss die Oberfläche des Glasmaterials geschliffen werden, da Rauhigkeiten der Oberfläche den Brückendraht beschädigen können.
Die Länge des Drahtes beeinflusst den Widerstand und damit die Auslösecharakteristik der Zündvorrichtung. Im Fall der Zündung wirkt der entstehende Explosionsdruck auf eine kleine Glasfläche, daher gilt diese Ausführungsform als sehr robust. Ein weiterer dieser Ausführung zuerkannter Vorteil ist, dass ein Pin direkt mit dem Außenleiter verbunden ist, über diesen Pin erfolgt eine einfache Erdung des Zünders. Dieser Pin wird i.d.R. Masseleiter, Massepin oder Massestift genannt. Diese Art der Anzünder findet dennoch die größte Verbreitung.
Zündvorrichtungen dieser Art sind beispielsweise aus der DE 101 33 223 A1 bekannt. Auch die in US 2003/0192446 A1 beschriebene Ausführung gehört zu dieser Gruppe, auch wenn dort ein Schleifen entfallen kann, da die Ebenenfläche, auf der der Brückendraht zu liegen kommt, durch einen zusätzlichen Keramikkörper hergestellt wird. Dies verursacht allerdings zusätzliche Herstellungskosten. Weiterhin ist der Pin, der die Verbindung zu dem Außenleiter herstellen soll, durch das Glasmaterial abgedeckt. Dies verhindert eine optische Prüfung und erschwert daher die erforderliche Qualitätsprüfung bei der Herstellung.
Eine zweite angewandte Technologie zum Herstellen von Zündvorrichtungen beruht auf Grundkörpern aus gepresstem Glas als Sockel, durch die zwei Metallstifte als elektrische Zuführung und Anschlusselemente geführt werden. Dabei wird eine Keramik mit Dickschichtleiter als Zündbrücke auf die Pinenden gelötet. Zwei kurze Pinenden ragen dabei auf der Innenseite über die des Sockels heraus, weisen also einen Überstand gegenüber der Glasfläche aus. Zur Herstellung eines solchen Durchführungselements muss das flüssige Glas aufwendig gepresst werden. Da beide Pins isoliert wären, muss eine Verbindung zum Außenleiter hergestellt werden. Dies erfolgt wie in EP 1061325 A1 beschrieben über ein zusätzliches Bauteil. Die Vorteile dieser Ausführungsform sind die freiere Wahl des Außenleitermaterials und die Toleranzen der Positionierung des Pins in der Durchgangsöffnung gehen nicht in den Widerstand ein, da dieser auf dem Keramiksubstrat oder Chip vordefiniert ist. Nachteilig wirkt sich die große Glasfläche aus, die das Design schwächt sowie die aufwendigere Erdung, sowie höhere Gesamtkosten des Systems. Daher ist diese Art der Zünder weniger verbreitet.
In der EP 1455160 B1 wird vorgeschlagen, als Grundkörper ein einziges Metallstanzteil ausreichender Stabilität zu verwenden. Dabei wird sowohl die äußere Kontur des Grundkörpers als auch die Durchgangsöffnung, in der ein Pin mittels eines Glaslotes fixiert wird, durch einen Stanzvorgang erzeugt. Der Pin, der den Kontakt zum Außenleiter herstellt, wird in dieser Ausführungsform nicht in einer Durchgangsöffnung fixiert, sondern großflächig mit der Unterseite des Grundkörpers verlötet. Das Stanzen der Durchgangsöffnung, in der die Glas-Metall-Fixierung erfolgt, ist deshalb möglich, da an diese geringere Anforderungen bzgl. der Genauigkeit der Durchmesser und des Profils gestellt werden, denn durch die Fixierung des Pins mit dem Glas-Fixiermaterial können bei geeigneter Prozessführung große Lotspalte und damit auch große Toleranzen ausgeglichen werden. Üblicherweise wird die Oberseite der Glasfläche geschliffen, womit diese Ausführungsform zu der erstgenannten Gruppe von Durchführungselementen zählt. Diese Ausführungsform ist ebenfalls mit dem Nachteil behaftet, dass der Grundkörper üblicherweise aus einem Edelstahl besteht, weil ansonsten der Grundkörper aus einem Nicht-Edelmetall beschichtet werden müsste, um Korrosion zu vermeiden. Bei solchen beschichteten Grundkörpern kann dann allerdings die Glasfläche der Glas-Metall-Durchführung nicht mehr geschliffen werden, weil ansonsten die Beschichtung mit angeschliffen würde.
Die DE 10 2009 008 673 B3 beschreibt Zündelemente mit einem metallischen Grundkörper, der von einem Stanzteil gebildet wird und zwei gestanzte Durchgangsöffnungen aufweist. In einer ist ein Pin in einem elektrisch isolierenden Glasmaterial angeordnet, in der anderen der Massepin mittels einem elektrisch leitenden Lotmaterial. Damit die Lotverbindung in der zweiten Durchgangsöffnung überhaupt hergestellt werden kann, darf der Lotspalt zwischen der äußeren Wandung des Massepins und der inneren Wandung der zweiten Durchgangsöffnung nur sehr schmal sein. Dies hat zur Folge, dass die zweite Durchgangsöffnung mit hoher Genauigkeit gestanzt werden muss.
Es hat sich herausgestellt, dass für Airbagzünder diese hohe Stanzgenauigkeit in Verbindung mit einem kleinen Lochdurchmesser u.a. von der präzisen Fertigung der Stanzwerkzeuge und aber auch deren Abnutzung während des Produktionsprozesses abhängen. Dadurch werden die gesamten Fertigungskosten und der Herstellungsaufwand im Gesamtprozess erhöht. Ausserdem erfordert das Einlöten des Massepins mit den metallischen Loten die Verwendung relativ teurer Materialien und damit einem relativ hohen Fertigungsaufwand.
Ähnlich verhält es sich bei Großdurchführungen, deren Durchgangsöffnungen gebohrt und/oder gedreht werden. Auch diese können prozessbedingte Artefakte in der Kontur der zweiten Durchgangsöffnung aufweisen, beispielsweise Riefen und/oder Grate an deren innerer Wandung. Das Vermeiden und/oder Beseitigen dieser Artefakte ist üblicherweise zum dichten und sicheren Verschließen der Durchgangsöffnung notwendig, erhöht aber ebenso den Herstellungsaufwand.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Durchführungselement zur Verfügung zu stellen, das einen sicheren und dichten Verschluss der zweiten Durchgangsöffnung ermöglicht, aber mit einem reduzierten Aufwand herzustellen ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch das Durchführungselement und das Verfahren zu dessen Herstellung gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Bevorzugte Ausführungsformen und Anwendungen ergeben sich aus den davon abhängigen Ansprüchen.
Ein erfindungsgemäßes Durchführungselement umfasst einen metallischen Grundkörper, und zumindest eine erste Durchgangsöffnung, in der ein Metallstift in einem elektrisch isolierenden Fixiermaterial angeordnet ist, und zumindest eine zweite Durchgangsöffnung, in der ein weiterer Metallstift nur mit Hilfe von mechanischer Krafteinwirkung elektrisch leitfähig in der zweiten Durchgangsöffnung fixiert ist, so dass zumindest die zweite Durchgangsöffnung insbesondere hermetisch abgedichtet wird. Erfindungsgemäß ist der zweite Metallstift in der zweiten Durchgangsöffnung eingepresst oder eingeschrumpft oder eingedehnt.
Der zweite Metallstift repräsentiert somit den Massepin, synonym auch Massestift genannt, der elektrisch leitend mit dem Grundkörper verbunden ist.
Der Grundkörper ist in der Regel eine Platte mit kreisrunder Außenkontur und zumindest im wesentlichen planparallelen Oberflächen. Die Metallstifte in den Durchgangsöffnungen stehen zumindest auf einer Seite über die Oberfläche des Grundkörpers hervor. Die Seite des Grundkörpers, auf welcher die Funktionselemente angebracht werden, die über zumindest einen Metallstift kontaktiert werden, wird im Allgemeinen als Oberseite bezeichnet. Das Funktionselement eines Anzünders kann z.B. die Zündbrücke sein, das Fuktionselement einer Batterie eine Elektrode usw.. Die der Oberseite gegenüber liegende Oberfläche ist die Unterseite oder synonym die Rückseite.
Bei Anzündern von Airbags stehen i.d.R. die Metallstifte über die Rückseite hervor. Es gibt Ausführungsformen, bei denen ein i.d.R. kleinerer Überstand über die Oberseite vorgesehen ist, aber auch Ausführungsformen, bei denen die Oberseite plan ist, d.h. dass die Metallstifte und auch kein Fixiermaterial ober die Ebene der Oberseite hervorsteht. Dies wird üblicherweise durch einen nachgeordneten Bearbeitungsschritt des Planschleifens nach der Montage der Metallstifte an den Grundkörper erreicht. Bei Großdurchführungen liegt häufig ein Überstand der Metallstifte in über beide Oberflächen des Grundkörpers vor.
Aufgrund des vorgenannten erfindungsgemäßen Einpressens oder Einschrumpfens oder Eindehnens kann der zweite Metallstift insbesondere direkt in die zweite Durchgangsöffnung eingebracht und in dieser fixiert sein. Üblicherweise ist der zweite Metallstift koaxial in der zweiten Durchgangsöffnung angeordnet.
Wie beschrieben kann der zweite Metallstift in der zweiten Durchgangsöffnung eingepresst sein. Dabei wird der zweite Metallstift üblicherweise mit hoher Druckkraft in die zweite Durchgangsöffnung gepresst. Dabei dehnt sich das Material des Grundkörpers, wodurch dieses eine Druckspannung auf den zweiten Metallstift ausübt. Üblicherweise wird beim Einpressen auch Material des zweiten Metallstifts und/oder des Grundkörpers insbes. im Bereich zweiten Durchgangsöffnung, insbes. im Bereich der inneren Wandung, verformt. Hier kann eine durch den Grundkörper ausgeübte mechanische Druckspannung auf den zweiten Metallstift vorliegen.
Eine erfindungsgemäße alternative Verbindungstechnik zum Fixieren des zweiten Metallstifts in der zweiten Durchgangsöffnung ist das Einschrumpfen. Dabei wirkt eine mechanische Druckspannung auf den zweiten Metallstift, so dass dieser in der zweiten Durchgangsöffnung sozusagen festgeklemmt wird. Dies kann erreicht werden, wenn der Grundkörper nach Erwärmung abkühlt und sich thermisch kontrahiert, so dass sich der Durchmesser des zweiten Durchgangsöffnung reduziert und so auf den zweiten Metallstift aufschrumpft.
Ebenso von der Erfindung umfasst ist die Alternative des Eindehnens, wobei sich der zweite Metallstift nach Abkühlung thermisch ausdehnt und in die zweite Durchgangsöffnung eindehnt. Beim Eindehnen übt der zweite Metallstift eine Druckspannung auf den Grundkörper aus, was selbstverständlich bedeutet, dass wegen actio gleich reactio der Grundkörper ebenfalls eine Druckspannung auf den zweiten Metallstift ausübt.
Auch beim Einschrumpfen und/oder beim Eindehnen können hohe Kräfte auf den Grundkörper einwirken, so dass es im Bereich der zweiten Durchgangsöffnung zu einer lokalen Verformung des Materials des Grundkörpers kommen kann, insbes. im Bereich deren innerer Wandung. Die Verformung kann insbes. elastisch sein, aber auch plastisch.
Bevorzugt weist die zweite Durchgangsöffnung ein lokal aufgeweitetes Profil auf, d.h. sie ändert entlang ihrer Längsachse ihren äußeren Durchmesser, so dass die zweite Durchgangsöffnung im Bereich einer Oberfläche des Grundkörpers einen kleineren Durchmesser aufweist als im Bereich der gegenüberliegenden Oberfläche. Die lokale Aufweitung kann an der Unterseite und/oder an der Oberseite des Grundkörpers vorgesehen werden. Besonders geeignete Profilformen der zweiten Durchgangsöffnung sind ein zumindest teilweise konisches Profil. Dabei ist das Profil der zweiten Durchgangsöffnung zumindest in Teilbereichen konusförmig ausgebildet, so dass sich ihr Durchmesser in diesen Teilbereichen kontinuierlich in Richtung einer Oberfläche des Grundkörpers aufweitet. Insbesondere kann die lokale Aufweitung in Richtung der Unterseite des Grundkörpers vorgesehen sein, da in dieser Weise das Einführen des zweiten Metallstifts im Herstellungsprozess vereinfacht werden kann.
Beim Ausstanzen der ersten und/oder zweiten Durchgangsöffnung wird prinzipiell ein charakteristisches Stanzprofil erzeugt. Wird beispielsweise die Durchgangsöffnung in den Grundkörper gestanzt, weist diese auf der Eindringseite des Stanzwerkzeugs üblicherweise zunächst ein relativ glattes und gleichmäßiges Profil auf, das dann aber typischerweise mit zunehmender Eindringtiefe bzw. Werkstückdicke ausreißt, d.h. dass sich das Profil der Durchgangsöffnung mit zunehmender Werkstückdicke in Richtung zur Austrittseite des Stanzwerkzeugs aufweitet. Unter Profil der Durchgangsöffnung wird in dieser Beschreibung die dreidimensionale Form der Durchgangsöffnung verstanden. Wenn von einem überwiegend zylindrischen Profil gesprochen wird, ist dabei gemeint, dass eine hauptsächlich zylinderförmige Struktur aus dem Bereich der Durchgangsöffnung herausgestanzt wurde. Leichte Abweichungen von dieser idealen Geometrie sind naturbedingt möglich und ebenfalls von der Beschreibung umfasst.
Ein erfindungsgemäßes Durchführungselement kann eine zweite Durchgangsöffnung aufweisen, bei der sich ein im Vergleich zu dem vorgenannten zylindrischen Profil aufgeweiteter Bereich an den Bereich mit dem zylindrischen Profil anschließt. Der aufgeweitete Bereich weist bevorzugt ein konisches Profil auf. Eine solche Konstellation kann sich bei einem Stanzvorgang von einer Seite aus ergeben, aber auch bei einer Folge von Stanzprozessen, bei welchen die Form und damit das Profil der Durchgangsöffnung gebildet wird. In einem zumindest zweistufigen Stanzprozeß ist es beispielsweise möglich, ein stufenförmiges Profil zu erzeugen, insbesondere wenn zuerst das Loch von einer Richtung durch den Grundkörper gestanzt wird, und dann von der entgegengesetzten Richtung die Kontur der Stufe eingeprägt und/oder eingestanzt wird. Solch aufgeweitete Bereiche können sich selbstverständlich auch auf beiden Seiten der Grundkörpers und somit auf beiden Seiten der Durchgangsöffnung befinden.
Durch das Einpressen und/oder Einschrumpfen und/oder Eindehnen des zweiten Metallstifts in die zweite Durchgangsöffnung kann es vorteilhaft erreicht werden, dass zumindest in Teilbereichen der zweiten Durchgangsöffnung die Kontur der inneren Wandung der zweiten Durchgangsöffnung der Kontur der äußeren Wandung des zweiten Metallstifts folgt. Insbes. auf diese Weise kann eine besonders dichte Abdichtung der zweiten Durchgangsöffnung erfolgen, sogar auch eine hermetische Abdichtung. Dies kann insbes. durch die Verformung von Material des zweiten Metallstifts und/oder des Grundkörpers insbes. im Bereich der zweiten Durchgangsöffnung unterstützt werden.
Das Einpressen und/oder das Einschrumpfen und/oder das Eindehnen des zweiten Metallstifts in das Material des Grundkörpers im Bereich der inneren Wandung der zweiten Durchgangsöffnung kann durch das Vorhandensein einer Zwischenmetallschicht zwischen der inneren Wandung der zweiten Durchgangsöffnung und der äußeren Wandung des zweiten Kontaktstifts erleichtert werden. Das Einpressen erfolgt i.d.R. durch das Aufbringen von hohen Druck. Vorteilhaft ist die Zwischenmetallschicht aus einem beim Einpressen fließfähigen Material. So kann es als eine Art Schmiermittel beim Einpressen wirken.
Besonders vorteilhaft bildet die Zwischenmetallschicht zumindest partiell Metallgitterbindungen mit dem Material der inneren Wandung der zweiten Durchgangsöffnung einerseits und dem Material des zweiten Metallstifts andererseits aus. Als besonders geeignet als Zwischenmetallschicht haben sich Kupfer und andere weiche Materialien wie Zinn o.ä. erwiesen. Durch die genannten Techniken kann ein hermetisch dichter und druckfester Verschluss der zweiten Durchgangsöffnung erreicht werden.
Der zweite Metallstift kann eine lokale Aufweitung aufweisen, die z.B. durch Aufstauchen erzeugt werden kann, und die insbes. einen größeren Durchmesser aufweist als die zweite Durchgangsöffnung. Eine solche lokale Aufweitung kann als Anschlag bei der Montage des zweiten Metallstifts dienen, der den Überstand des zweiten Metallstifts über die Oberfläche des Grundkörpers bestimmten kann. Diese lokale Aufweitung grenzt dann an eine Oberfläche des Grundkörpers, insbes. sozusagen im Mündungsbereich der zweiten Durchgangsöffnung.
Die Erfinder haben erkannt, dass es möglich ist, auch die zumindest zweite Durchgangsöffnung, in welcher der Massestift fixiert ist, mit verminderter Genauigkeit zu stanzen und dadurch Abweichungen in der Präzision der Kontur der inneren Wandung der zweiten Durchgangsöffnung zu tolerieren, so dass deren Durchmesser lokal um einen Mittelwert schwanken kann, und dass diese Abweichungen durch den Einsatz der genannten Verbindungstechniken des Einpressens und/oder des Einschrumpfens und/oder des Eindehnens tolerierbar ist. Dies kann insbes. durch die vorgenannte Verformung des Materials unterstützt werden, besonders vorteilhaft wenn auf diese Weise die Kontur der inneren Wandung der zweiten Durchgangsöffnung der Kontur der äußeren Wandung des zweiten Metallstifts folgt.
Gängigerweise wird Normalstahl wie St 35 und/oder St 37 und/oder St 38 oder Edelstahl und/oder nichtrostender Stahl als Material für in Grundkörper eingesetzt. Edelstahl nach DIN EN 10020 ist eine Bezeichnung für legierte oder unlegierte Stähle, deren Schwefel- und Phosphorgehalt (sog. Eisenbegleiter) 0,035 % nicht übersteigt. Häufig sind danach weitere Wärmebehandlungen (z. B. Vergüten) vorgesehen. Zu den Edelstählen zählen zum Beispiel hochreine Stähle, bei denen durch einen besonderen Herstellungsprozess Bestandteile wie Aluminium und Silizium aus der Schmelze ausgeschieden werden, ferner auch hochlegierte Werkzeugstähle, die für eine spätere Wärmebehandlung vorgesehen sind. Verwendbar sind beispielsweise: X12CrMoS17, X5CrNi1810, XCrNiS189, X2CrNi1911, X12CrNi177, X5CrNiMo17-12-2, X6CrNiMoTi17-12-2, X6CrNiTi1810 und X15CrNiSi25-20, X10CrNi1808, X2CrNiMo17-12-2, X6CrNiMoTi17-12-2.
Um eine maximale Kosteneffizienz des erfindungsgemäßen Durchführungselements zu gewährleisten, kann der metallische Grundkörper vorteilhaft aber auch aus keinem Edelstahl bestehen. Vorteilhaft wird der Grundkörper stattdessen aus einem Stahl aus der Gruppe 1.01xx bis 1.07xx (unlegierte Qualitätsstähle) gebildet. Die Angabe der Stahlgruppe erfolgt dabei nach DIN EN 10 027-2, wobei die erste Ziffer die Werkstoff-Hauptgruppe und die Ziffernfolge nach dem ersten Punkt die Stahlgruppen-Nummer angibt.
Um eine möglichst gute Korrosionsbeständigkeit zu gewährleisten, kann der Grundkörper mit Metallen beschichtet sein. Bevorzugt wird eine Nickelbeschichtung verwendet. Dies trifft insbesondere für Grundkörper zu, die aus unlegierten Qualitätsstählen gebildet werden.
Da bei Airbagzündern im Falle der Zündung hohe Explosionsdrücke von üblicherweise über 1000 bar entstehen können, muss der Grundkörper mit einer entsprechend hohen Dicke, d.h. Materialstärke, ausgelegt werden. Die Dicke des Grundkörpers liegt insbes. im Bereich von 1,2 mm bis 4 mm. Vorteilhaft im Bereich von 1,5 und 1,7 bis 3 mm, besonders vorteilhaft von 1,8 bis 2,5 mm. Der Lochdurchmesser der zweiten Durchgangsöffnung beträgt üblicherweise 0,8 mm bis 1,5 mm.
Bei Durchführungen von Sicherheitsbehältern können die Dicke des Grundkörpers sowie der Durchmesser der zweiten Durchgangsöffnung mehrere Zentimeter betragen.
In einer möglichen Ausführungsform sind die zumindest zwei Metallstifte so in den Durchgangsöffnungen fixiert, dass sie auf beiden Seiten des Grundkörpers gegenüber dessen Flächen einen Überstand aufweisen. Besonders bevorzugt ist der Überstand auf der der Treibladung zugewandten Seite des Grundkörpers erheblich kleiner als auf der dieser Seite gegenüberliegenden Seite, welche die Seite des Anschlusskontaktes bevorzugt an eine Steckverbindung repräsentiert.
Üblicherweise sind die Metallstifte zumindest in Teilbereichen entlang ihrer Achse mit Gold beschichtet. Die Goldbeschichtung bewirkt eine Dauerhafte Unempfindlichkeit gegenüber Korrosion und einen dauerhaften Kontakt. Häufig sind die Metallstifte an ihren Endbereichen mit Gold beschichtet. Auf diese Weise ist bevorzugt der Bereich des Metallstifts vergoldet, der sich bei der Montage zum Gebrauch der Zündvorrichtung innerhalb der Steckverbindung befindet. Auf diese Weise können die Übergangswiderstände im Steckkontakt reduzier werden. Ferner ist bevorzugt ebenso der Bereich vergoldet, der mit der Zündbrücke verbunden wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind zumindest zwei Metallstifte auf der dem Treibmittel zugewandten Seite des Grundkörpers mittels einer Zündbrücke elektrisch leitend miteinander verbunden. Die Zündbrücke kann durch den bereits beschriebenen Zünddraht gebildet werden, wobei in dann die Metallstifte auf dieser Seite dann üblicherweise keinen Überstand über die auf dieser Seite befindliche Fläche des Grundkörpers aufweisen, aber auch durch ein Trägerelement, das mit dem Metallstiften verbunden wird, wobei in diesem Fall der Überstand der Metallstifte üblicherweise vorhanden ist. Das Trägerelement kann beispielsweise ein elektrisch leitend beschichtetes Keramikplättchen und/oder ein spezieller Mikrochip sein.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Durchführungselements einer Zündvorrichtung für Anzünder von Airbags oder Gurtspannern umfasst mehrere Verfahrensschritte, deren Reihenfolge nicht der Reihenfolge in der folgenden Beschreibung entsprechen muss. Insbesondere ist es möglich, dass einige Verfahrensschritte parallel erfolgen, insbesondere gleichzeitig. Alle bzgl. des Verfahrens getroffenen Aussagen sind ebenso auf die Merkmale der zuvor beschriebenen Durchführungseinrichtung zu übertragen, auch wenn sie dort nicht explizit genannt wurden.
Die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte umfassen das Bereitstellen eines metallischen Grundkörpers mit vorgegebener Dicke und vorgegebener äußerer Kontur. Wie bereits beschrieben weist der Grundkörper zwei im Wesentlichen gegenüberliegende Oberflächen auf, die insbesondere planparallel zueinander verlaufen. Üblicherweise hat ein solcher Grundkörper einen kreisrunden Umriss. Andere Formen sind jedoch ebenso möglich und von der Erfindung umfasst.
In dem Grundkörper werden zumindest zwei Durchgangsöffnungen erzeugt. Dazu ist jedes geeignete Verfahren anwendbar, insbes. Ausstanzen. Es werden zumindest zwei Metallstifte bereit gestellt. Die Metallstifte können insbesondere vorgefertigt werden.
Ein erster Metallstift wird in die erste Durchgangsöffnung eingesetzt und dort mittels eines elektrisch isolierenden Fixiermaterials fixiert. Auf diese Weise wird die erste Durchgangsöffnung bei geeigneter Wahl des Fixiermaterials insbesondere hermetisch dicht verschlossen. Insbesondere geeignet ist das Einschmelzen des ersten Metallstifts in einem Glas- und/oder Glaskeramikmaterial und/oder einer Keramik und/oder Einbetten in ein Hochleistungspolymer.
Ein zweiter Metallstift wird in die zweite Durchgangsöffnung eingepresst oder eingeschrumpft und eingedehnt, so dass eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem zweiten Metallstift und dem Grundkörper hergestellt wird.
Ein besonders geeignetes Verfahren zum Herstellen der äußeren Kontur des metallischen Grundkörpers ist das Ausstanzen aus einem Teil vordefinierter Dicke, wobei die äußere Kontur des Grundkörpers durch den Stanzvorgang erzeugt wird, sowie das Ausstanzen der zumindest zwei Durchgangsöffnungen, wobei das Profil und die Durchmesser der Durchgangsöffnungen durch zumindest einen Stanzvorgang erzeugt werden.
Ein bevorzugtes Verfahren sieht vor, dass der zweite Metallstift in der zweiten Durchgangsöffnung eingepresst wird. Eine übliche Voraussetzung dazu ist, dass der zweite Metallstift relativ zum Durchmesser der zweiten Durchgangsöffnung ein Übermaß aufweist und der zweite Metallstift unter Krafteinwirkung in die zweite Durchgangsöffnung geschoben wird. Dabei wird eine kraftschlüssige Verbindung zwischen zweitem Metallstift und Grundkörper erzeugt, d.h. der Grundkörper übt insbes. eine Druckspannung auf den zweiten Metallstift aus. Durch das Einpressen wird üblicherweise auch Material des Grundkörpers im Bereich der zweiten Durchgangsöffnung und/oder Material des zweiten Metallstifts, insbesondere im Bereich seiner Oberfläche, verformt, so dass zumindest in Teilbereichen der zweiten Durchgangsöffnung die Kontur der inneren Wandung der zweiten Durchgangsöffnung (20) der Kontur der äußeren Wandung des zweiten Metallstifts (6) folgt. Dies entspricht einem Formschluss, der vorteilhaft dazu beiträgt, die zweite Durchgangsöffnung abzudichten. Die Verformung des Materials des Grundkörpers und/oder des zweiten Metallstifts ist insbesondere eine elastische Verformung, da durch diese die Druckspannung zwischen Grundkörper und zweitem Metallstift besonders vorteilhaft aufgebaut werden kann.
Ebenso möglich und von der Erfindung umfasst ist, dass die Verformung von Material des Grundkörpers und/oder zweiten Metallstifts auch Anteile einer plastischen Verformung hat.
Diese Mechanismen der Verformung können ebenso beim Einschrumpfen und/oder Eindehnen des zweiten Metallstifts auftreten und/oder Anwendung finden.
Das Einpressen und/oder Einschrumpfen und/oder Eindehnen kann durch das Aufbringen einer Zwischenmetallschicht auf die äußere Wandung des zweiten Metallstifts und/oder die innere Wandung der zweiten Durchgangsöffnung begünstigt werden. Die Zwischenmetallschicht kann insbesondere als Gleitmittel beim Einpressen und oder Haftvermittler dienen. Besonders geeignet sind metallisches Kupfer und/oder Zinn und/oder Silber. Dabei kann vorgesehen werden, dass das Material der Zwischenmetallschicht weicher ist als das Material des Grundkörpers und/oder des zweiten Metallstifts. Das weichere Material kann sich beim Einpressen und/oder Einschrumpfen und/oder Eindehnen auch plastisch verformen und insbesondere um die Kontur des Gegenstücks fließen. Durch den Einsatz von weicherem Material als Zwischenmetallschicht können ebenso Unebenheiten der inneren Wandung der zweiten Durchgangsöffnung ausgeglichen werden, die insbesondere durch deren Herstellungsprozess verursacht sein können. Beim Stanzen können dies beispielsweise Aufweitungen des Profils und/oder Ausrisse sein, beim Bohren und/oder Drehen beispielsweise Riefen und/oder Grate.
Bei ausreichendem Druck und Wahl der Materialien des Grundkörpers können sich auch die Metallgitter des Grundkörpers und des zweiten Metallstifts miteinander verbinden, insbes. im Bereich des Formschlusses. Dadurch können die Auszugskräfte, die benötigt werden, den in der zweiten Durchgangsöffnung fixierten zweiten Metallstift wieder aus dieser zu entfernen, nochmals erhöht werden. Größtmögliche Auszugskräfte werden angestrebt.
Bevorzugt ist beim Einpressen und/oder Einschrumpfen und/oder Eindehnen, wenn die bereits beschriebene Zwischenmetallschicht vor dem Einpressen und/oder Einschrumpfen und/oder Eindehnen auf den zweiten Metallstift und/oder in die zweite Durchgangsöffnung eingebracht wird, zum Beispiel durch galvanische Beschichtung. Ein entsprechendes bevorzugtes Verfahren sieht entsprechend vor, dass zum Einpressen und/oder Einschrumpfen und/oder Eindehnen des zweiten Metallstifts eine Zwischenmetallschicht verwendet wird, welche beim Einpressen die Reibung zwischen äußerer Wandung des zweiten Metallstifts (6) und inneren Wandung der zweiten Durchgangsöffnung (20) vermindert. Besonders vorteilhaft wird als Zwischenmetallschicht metallisches Kupfer und/oder Zinn und/oder Silber verwendet.
Bei Vorhandensein einer Zwischenmetallschicht kann die Ausbildung dieser Metallgitterverknüpfung gefördert werden, insbes. wenn die Zwischenmetallschicht einerseits eine Metallgitterverknüpfung zu dem Material des Grundkörpers ausbildet und andererseits zu dem Material des zweiten Metallstifts, insbes. wenn diese Materialien unter sich keine Metallgitterverknüpfung ausbilden würden. Bei Anwendung des vorgenannten Verfahrens kann die Zwischenmetallschicht besonders vorteilhaft eine Metallgitterverbindung zwischen der äußeren Wandung des zweiten Metallstifts und inneren Wandung der zweiten Durchgangsöffnung ausbilden.
Bei der Ausführungsform, in welcher die zweite Durchgangsöffnung ein zumindest bereichsweise aufgeweitetes, insbes. ein konisches Profil aufweist, so dass sich ihr Durchmesser in diesen Teilbereichen kontinuierlich in Richtung einer Oberfläche des Grundkörpers aufweitet, wird der zweite Metallstift in einem vorteilhaften Verfahren von der Seite des Grundkörpers aus in die zweite Durchgangsöffnung eingesetzt wird, in welcher sich das augfeweitete Profil der zweiten Durchgangsöffnung befindet. Der aufgeweitete Bereich der Durchgangsöffnung ist dann sozusagen ein Einführungstrichter für den zweiten Metallstift. Dies kann besonders vorteilhaft beim Einpressen sein, ist aber selbstverständlich ebenfalls beim Einschrumpfen und/oder Eindehnen anwendbar.
Wie ebenfalls bereits beschrieben ist eine weitere alternative Verbindungstechnik zum Befestigen des zweiten Metallstifts in der zweiten Durchgangsöffnung das Einschrumpfen und/oder Eindehnen. Beim Einschrumpfen schrumpft der Grundkörper durch thermisches Abkühlen auf den zweiten Metallstift, beim Eindehnen dehnt sich der zweite Metallstift durch thermisches Erwärmen auf den Grundkörper.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren sieht es demnach vor, dass der Grundkörper vor dem Einsetzen des zweiten Metallstifts erwärmt wird, so dass er sich thermisch ausdehnt und sich dabei der Durchmesser der zweiten Durchgangsöffnung vergrößert, und der zweite Metallstift in diese thermisch erweiterte zweite Durchgangsöffnung eingesetzt wird, wonach der Grundköper abgekühlt wird, so dass er thermisch kontrahiert und die innere Wandung der zweiten Durchgangsöffnung auf die den zweiten Metallstift aufschrumpft. Die Folge ist, dass der Grundkörper dann eine Druckspannung auf den zweiten Metallstift in der zweiten Durchgangsöffnung ausübt, wodurch die zweite Durchgangsöffnung abgedichtet und der zweite Metallstift sicher in der zweiten Durchgangsöffnung fixiert wird.
Ebenso möglich und von der Erfindung umfasst ist das Eindehnen des zweiten Metallstifts. Ein Erfindungsgemäßes Verfahren sieht diesbzgl. vor, dass der zweite Metallstift abgekühlt wird, so dass er sich thermisch kontrahiert und sich dabei sein Durchmesser reduziert, und der thermisch kontrahierte zweite Metallstift in die zweite Durchgangsöffnung des Grundkörpers eingesetzt wird, wonach der zweite Metallstift erwärmt wird, so dass er sich thermisch ausdehnt und die äußere Wandung des zweiten Metallstifts auf die innere Wandung der zweiten Durchgangsöffnung expandiert, so dass der zweite Metallstift eine Druckspannung auf den Grundkörper ausübt. Dadurch wird auch hier die zweite Durchgangsöffnung abgedichtet und der zweite Metallstift sicher in der zweiten Durchgangsöffnung fixiert.
Insbes. beim Einschrumpfen und/oder Eindehnen ist vorteilhaft darauf zu achten, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient des Materials des Grundkörpers geringer ist als derjenige des Materials des zweiten Metallstifts, damit der Grundkörper bei jedem Betriebszustand eine Druckspannung auf den zweiten Metallstift ausübt.
Zum Herstellen des Grundkörpers ist es besonders vorteilhaft, wenn die äußere Kontur des Grundkörpers durch Ausstanzen aus einem Blechteil, insbesondere einem Blechstreifen erzeugt wird und die Durchgangsöffnungen aus dem Grundkörper ausgestanzt werden.
Als Material für den Grundkörper kann Edelstahl verwendet werden. Ebenso möglich, und aus Gesichtspunkten der Verfahrenseffizienz vorteilhafter, sind Stähle aus der Gruppe (nach DIN EN 10 027-2) 1.01xx bis 1.07xx. Die zweite Durchgangsöffnung wird dabei aus einem Teil vordefinierter Dicke ausgestanzt. Insbesondere kann der Grundkörper mitsamt den Durchgangsöffnungen mit Nickel beschichtet werden, wobei die Dicke der Nickelschicht vorteilhaft 1 μm bis 15 μm betragen kann, insbesondere 4 μm bis 10 μm.
Das Teil vordefinierter Dicke definiert bevorzugt die Dicke des Grundkörpers. Daher wird der metallische Grundkörper vorteilhaft aus einem Teil der Dicke 1,50 bis 3,00 mm oder 1,60 bis 3,00 mm oder 1,70 bis 3,00 mm, insbesondere von 1,80 bis 2,50 mm ausgestanzt.
Insbesondere vorteilhaft wird zum Fixieren des ersten Metallstifts in der ersten Durchgangsöffnung ein Glasmaterial als elektrisch isolierendes Fixiermaterial verwendet, das zum Herstellen der Fixierung erwärmt wird. Dieser Arbeitsschritt zum Fixieren dieses ersten Metallstifts kann in einem Arbeitsschritt mit dem Fixieren des zweiten Metallstifts in der zweiten Durchgangsöffnung mittels Einschrumpfen, d.h. dem dazu benötigten Verfahrensschritt des Erwärmens des Grundkörpers. Dadurch ist ein maximaler Durchsatz durch die Produktionsanlage mit gleichzeitig niedrigsten Anlagekosten und damit Herstellungskosten erzielbar. Mit dem Glasmaterial in der ersten Durchgangsöffnung lassen sich insbesondere hermetisch dichte Durchführungen herstellen. Alternativ dazu lassen sich auch Hochleistungspolymere einsetzen, die aber nicht unbedingt hermetisch dicht sind.
Vorteilhaft werden die zumindest zwei Metallstifte so in den jeweiligen Durchgangsöffnungen fixiert, dass sie auf beiden Seiten des Grundkörpers gegenüber dessen Flächen einen Überstand aufweisen. Ebenso vorteilhaft werden die zumindest zwei Metallstifte in Teilbereichen in einem weiteren Arbeitsschritt selektiv mit Gold beschichtet. Dies kann durch galvanische Prozesse erfolgen, die dem Fachmann bekannt sind. Besonders vorteilhaft sind die zumindest zwei Metallstifte in ihren Endbereichen mit Gold beschichtet.
Vorteilhaft werden die zumindest zwei Metallstifte mit einer Zündbrücke elektrisch leitend verbunden. Die Zündbrücke umfasst wie beschrieben alle möglichen Ausgestaltungen von Zündbrücken.
Erfindungsgemäß werden die erfindungsgemäßen Durchführungseinrichtungen bevorzugt in pyrotechnischen Zündvorrichtungen eingesetzt, insbesondere Airbagzündern und/oder Gurtstraffern. Ebenso vorgesehen ist der Einsatz in Sensoren und/oder Aktuatoren und/oder in elektrochemischen Reaktoreinheiten und oder Batterien und/oder Akkumulatoren. Vorteilhaft und von der Erfindung umfasst ist auch der Einsatz in Durchführungen von Sicherheitsbehältern. Dies können beispielsweise Flüssiggastanks und/oder chemische Reaktoren und/oder Reaktorbehälter und/oder Containments von Reaktoren sein,
Die Erfindung wird im folgenden Anhand der Figuren näher erläutert. Die Zeichnungen sind nicht Maßstabsgetreu, die dargestellten Ausführungsformen sind schematisch. Die Figuren stellen auch exemplarisch Ausführungsbeispiele dar.
1 zeigt eine bekannte Zündvorrichtung beinhaltend ein Durchführungselement gemäß dem Stand der Technik.
2a zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Durchführungselement parallel zu dessen axialen Mittenachse.
2b zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus 2a.
3a zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Durchführungselement parallel zu dessen axialen Mittenachse mit einer in einem Teilbereich konischen zweiten Durchgangsöffnung.
3b zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus 3a.
4a zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Durchführungselement parallel zu dessen axialen Mittenachse mit einem t-förmig erweiterten Profil des zweiten Metallstifts.
4b zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus 4a.
In 1 ist eine aus dem Stand der Technik bekannte Zündvorrichtung für eine pyrotechnische Schutzvorrichtung dargestellt. Dabei zeigt 1 insbesondere eine Schnittansicht des Durchführungselements (1). Das Durchführungselement (1) umfasst ein Metall-Trägerteil mit einem Grundkörper (3), welcher eine scheibenförmige Grundform aufweist. Das Durchführungselement (1) wird häufig auch als Sockelelement oder kurz Sockel bezeichnet. Um Korrosion oder eine Reaktion mit der Treibladung zu vermeiden, wird bei dieser Zündvorrichtung Edelstahl als Material für den Grundkörper (3) verwendet, obwohl dieses Material schwieriger umzuformen ist als viele andere Metalle.
In einer ersten Durchgangsöffnung (4) des Grundkörpers (3) ist außerdem ein Metallstift (5) als Pin angeordnet. Die Durchgangsöffnung (4) wurde dabei aus dem Grundkörper (3) ausgestanzt. Dies gilt ebenso für die äußere Kontur des Grundkörpers (3). In anderen Ausführungsformen wird diese Durchgangsöffnung gebohrt.
Der Metallstift (5) dient zur Kontaktierung einer Zündbrücke (9) mit elektrischem Strom, über die die im fertigen Zünder eingeschlossene Treibladung (8) gezündet wird. Die Stromdurchführung in der Durchgansöffnung (4) ist insbesondere als Glas-Metall-Durchführung ausgeführt, wobei Glas als Fixiermaterial (10) zwischen Metallstift (5) und der Wandung der Durchgangsöffnung (4) im metallischen Grundkörper (3) dient. Eine derartige Stromdurchführung bietet den besonderen Vorteil, dass sie nicht nur elektrisch sehr gut isoliert, sondern auch hermetisch dicht gegenüber Atmosphärenbestandteilen ist, welche mit der Treibladung im Laufe der Zeit reagieren oder sich mit dieser vermischen und diese verschlechtern können. Die Verwendung einer derartigen Stromdurchführung ermöglicht demgemäß auch auf lange Zeit eine sicheres Auslösen des Zünders.
Die Durchgangsöffnung (4) ist bei dem in den 1 gezeigten Beispiel exzentrisch bezüglich der axialen Mittenachse des Grundkörpers (3) angeordnet. Damit wird erreicht, dass auch bei kleinem Radius des Grundkörpers (3) hinreichend viel Platz zur Befestigung eines zweiten Metallstifts (6) zur Verfügung steht. Der zweite Metallstift (6) ist am Grundkörper (3) mittels einer Lötverbindung stumpf verlötet und dient somit als Massepin. Als Lotmaterial (7) werden die beschriebenen Lote verwendet. Um über einen an beiden Metallstiften (5, 6) angelegten Spannungsimpuls die Zündbrücke (9) zum Glühen zu bringen, wird diese dementsprechend bei dieser Ausführungsform außer mit dem Metallstift (5) zusätzlich mit dem Grundkörper (3) oder der Kappe (2) verbunden. Zur Verbesserung der elektrischen Kontaktierung werden üblicherweise Metallstifte (5, 6) verwendet, welche zumindest im Anschlußbereich für einen Stecker eine Vergoldung aufweisen. Diese ist in der 1 durch die gestrichelte Linie im Endbereich der Metallstifte (5, 6) dargestellt.
2a zeigt dahingegen den Schnitt des erfindungsgemäßen Durchführungselements (1) parallel zu dessen axialer Mittenachse und durch diese hindurch. Der scheibenförmige metallische Grundkörper (3) weist zwei insbesondere gestanzte Durchgangsöffnungen (4) und (20) auf, durch welche die Metallstifte (5) und (6) als Pin geführt sind. Die äußere Kontur des Grundkörpers (3) wurde in diesem Beispiel ebenfalls ausgestanzt, so dass der gesamte Grundkörper (3) hier ein Stanzteil repräsentiert. In der Durchgangsöffnung (4) ist der Metallstift (5) mittels eines Glasmaterials (10) elektrisch isoliert von dem Grundkörper (3) als erster Pin fixiert. Der erste Metallstift (5) ist hermetisch dicht in der ersten Durchgangsöffnung (4) des metallischen Grundköpers (3) eingeglast. Das Glasmaterial (10) dieser Glas-Metall-Durchführung ist vollständig vom Material des Grundkörpers (3) umgeben, welcher den Außenleiter repräsentiert. Das Glasmaterial (10) weist insbesondere einen kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das Metall des Grundkörpers (3) auf, so dass der Grundkörper (3) beim Erkalten nach dem Einlöten des Metallstifts (5) in das Glasmaterial (10) sozusagen auf dieses und somit die Glas-Metall-Durchführung aufschrumpft und auf diese Weise dauerhaft einen mechanischen Druck auf diese und das Glasmaterial (10) ausübt. Auf diese Weise wird eine besonders dichte und mechanisch stabile Verbindung zwischen Metallstift (5), Glasmaterial (10) und Grundkörper (3) geschaffen. Diese Anordnung wird Druckeinglasung genannt und ist beispielsweise für Airbagzünder zu bevorzugen.
In der zweiten Durchgangsöffnung (20) ist der zweite Metallstift (6) in der Durchgangsöffnung (20) fixiert. Dies kann durch die genannten Verfahren erfolgen, d.h. der zweite Metallstift in dieser Figur wie bereits beschrieben in der zweiten Durchgangsöffnung (20) eingepresst oder eingeschrumpft oder eingedehnt. Insbes. übt der Grundkörper (3) eine Druckspannung auf den zweiten Metallstift (6) aus. Die zweite Durchgangsöffnung hat in diesem Ausführungsbeispiel eine zylindrische Form. Zwischen zweitem Metallstift (6) und der inneren Wandung der zweiten Durchgangsöffnung (20) existiert eine elektrisch leitfähige Verbindung, so dass der zweite Metallstift (6) auch hier als Massepin dient. In 2a weisen die Metallstifte (5, 6) einen Überstand über die die Oberseite (31) des Grundkörpers (3) auf, so dass an Sie insbes. eine Zündbrücke in Form eines Chips oder eines keramischen Plättchens angebracht werden kann. Die Oberseite (31) ist somit die Seite, welche dem Zündmittel eines assemblierten Zünders zugewandt ist. Die Unterseite (32) des Grundkörpers (3) ist die gegenüberliegende, d.h. die dem Zündmittel abgewandte Seite. Der Überstand der Metallstifte (5, 6) ist an der Unterseite (32) üblicherweise sehr viel größer als an der Oberseite (31). Im Unterschied zu 1 ist der erste Metallstift (5) nicht gebogen, sondern gerade. Im Sinne der Erfindung sind sowohl gebogene als auch gerade Metallstifte möglich und von dieser umfasst.
Zur Verdeutlichung zeigt 2b eine Vergrößerung der Ansicht von 2a im Bereich der zweiten Durchgangsöffnung (20). Im Unterschied zur 2b weist der zweite Metallstift (6) keinen Überstand über die Oberseite (31) des Grundkörpers (3) auf. Diese Ausführungsform ist insbes. zum Anbringen eines Zünddrahtes geeignet. Bei üblichen Herstellungsprozessen wird dazu nach dem Fixieren der Metallstifte (5, 6) in den Durchgangsöffnungen (4, 20) die Oberseite (31) des Grundkörpers (3) plan geschliffen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel liegt keine Zwischenmetallschicht vor. Der zweite Metallstift (6) ist direkt in der zweiten Durchgangsöffnung (20) fixiert, d.h. es besteht ein direkter Kontakt der äußeren Wandung des zweiten Metallstifts (6) mit der inneren Wandung der zweiten Durchgangsöffnung (20). Es kann eine Metallgitterverbindung zwischen der äußeren Wandung des zweiten Metallstifts (6) und der inneren Wandung der zweiten Durchgangsöffnung (20) vorhanden sein.
Die zweite Durchgangsöffnung (20) weist in 2a und 2b ein überwiegend zylindrisches Profil auf, ihr Durchmesser hat eine überwiegend runde Geometrie. Die Metallstifte (5, 6) befinden sich in diesen Figuren mittig in der Durchgangsöffnung (4, 20) und auch der der Metallstift (6) ist konzentrisch in der Durchgangsöffnung (20) angeordnet. Im tatsächlichen Produkt kann allerdings durch Abweichungen der Form der Durchgangsöffnung (20) variieren. Auch ist es möglich und von der Erfindung umfasst, dass die Metallstifte (5, 6) exzentrisch in der oder den Durchgangsöffnungen (4, 20) angeordnet sind, so diese lokal unterschiedliche Durchmesser aufweisen können.
In 3a ist schematisch der Schnitt des erfindungsgemäßen Durchführungselements (1) parallel zu dessen axialer Mittenachse und durch diese hindurch dargestellt. Grundkörper (3), Metallstifte (5, 6) und erste Durchgangsöffnung (4) entsprechen denen der 2a und 2b. Im Unterschied dazu weist die zweite Durchgangsöffnung (20) in einem Bereich der Durchgangsöffnung (20) ein konisches und damit lokal aufgeweitetes Profil (21) auf, das sich in Richtung der Unterseite (32) des Grundkörpers (3) aufweitet. Der übrige Bereich der zweiten Durchgangsöffnung (20) besitzt ein im wesentlichen zylindrisches Profil. Entlang dem im wesentlichen zylindrisches folgt die Kontur der inneren Wandung der zweiten Durchgangsöffnung (20) der Kontur der äußeren Wandung des zweiten Metallstifts (6).
In 3b ist wieder ein Ausschnitt aus 3a im Bereich der zweiten Durchgangsöffnung (20) vergrößert dargestellt, nur dass auch hier wie in 2b kein Überstand der Metallstifte (5, 6) über die Oberseite (31) des Grundkörpers (3) vorgesehen ist. Gemäß der 3a und 3b ist der zweite Metallstift (6) besonders vorteilhaft von der Unterseite (32) des Grundkörpers (3) aus in diesen eingesetzt worden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn der zweite Metallstift (6) in den Grundkörper eingepresst ist.
In dem in den 3a und 3b gezeigten Ausführungsbeispiel ist auch eine Zwischenmetallschicht (61) vorhanden, die sich zwischen der inneren Wandung der zweiten Durchgangsöffnung (20) der äußeren Wandung des zweiten Metallstifts (6) befindet. Die Darstellung ist rein schematisch, in dem tatsächlichen Bauteil kann es vorkommen, dass die Zwischenmetallschicht insbes. bei einem eingepressten zweiten Metallstift (6) stark verschmiert ist, d.h. insbes. lokal stark variierende Schichtstärken aufweisen kann. Selbstverständlich kann der zweite Metallstift (6) auch in dieser Ausführungsform eingeschrumpft oder eingedehnt sein.
In 4a ist schematisch der Schnitt des erfindungsgemäßen Durchführungselements (1) parallel zu dessen axialer Mittenachse und durch diese hindurch dargestellt. Grundkörper (3), Metallstifte (5, 6) und Durchgangsöffnungen (4, 20) entsprechen denen der 2a und 2b. 4b zeigt wiederum einen vergrößerten Ausschnitt aus 4a im Bereich der zweiten Durchgangsöffnung (20). Im Unterschied zu den vorherigen Figs. weist der zweite Metallstift (6) jedoch ein stufenförmig aufgeweitetes Profil (62) auf, das T-förmig ist und über die Unterseite (32) des Grundkörpers (3) übersteht, wobei die Aufweitung im Bereich des Überstands vorliegt. Im aufgeweiteten Bereich (62) weist der zweite Metallstift (6) einen größeren Durchmesser als die zweite Durchgangsöffnung (20) auf, so dass diese Aufweitung wiederum als Tiefenanschlag beim Einführen des zweiten Metallstifts (6) in die zweite Durchgangsöffnung (20) fungieren kann. Ein nicht aufgeweiteter Bereich des zweiten Metallstifts (6) befindet sich gemäß dieser Ausführungsform innerhalb der zweiten Durchgangsöffnung (20) und kann in dieser wie beschrieben fixiert werden. Selbstverständlich sind allerdings auch Mischformen zwischen den gezeigten Profilen sowie jegliche andere Geometrien möglich, für den Fachmann nach Studium dieses Textes ersichtlich und von der Erfindung umfasst.
Das erfindungsgemäße Durchführungselement (1) und das Verfahren zu dessen Herstellung ermöglichen eine weniger aufwendige Ausführung insbes. einer Zündvorrichtung als die aus dem Stand der Technik bekannten, v.a. weil sich durch den Einsatz der genannten Techniken zum Fixieren des zweiten Metallstifts (6) die zweite Durchgangsöffnung (20) mit weniger Anforderung an die Präzision ihres Durchmessers und ihres Profils herstellen lässt, was längere Standzeiten der eingesetzten Stanzwerkzeuge ermöglicht. Außerdem wird auf den Einsatz von Lotmaterial verzichtet. Dadurch lässt sich der Herstellungsprozess eines erfindungsgemäßen Durchführungselements (1) mit weniger Herstellungsaufwand gestalten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10133223 A1 [0007]
US 2003/0192446 A1 [0007]
EP 1061325 A1 [0008]
EP 1455160 B1 [0009]
DE 102009008673 B3 [0010]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 10020 [0032]
DIN EN 10 027-2 [0033]
DIN EN 10 027-2 [0059]

Claims

Durchführungselement (1) umfassend – einen metallischen Grundkörper (3) mit zwei im wesentlichen gegenüberliegenden Oberflächen (31, 32), und – zumindest eine erste Durchgangsöffnung (4), in der ein Metallstift (5) in einem elektrisch isolierenden Fixiermaterial (10) angeordnet ist, und – zumindest eine zweite Durchgangsöffnung (20), in der ein zweiter Metallstift eingepresst oder eingeschrumpft oder eingedehnt und so elektrisch leitfähig mit dem Grundkörper (3) verbunden ist.
Durchführungselement (1) nach Anspruch 1, wobei der Grundkörper (3) eine Druckspannung auf den Metallstift (6) in der zweiten Durchgangsöffnung (20) ausübt und/oder der Metallstift (6) in der zweiten Durchgangsöffnung (20) eine Druckspannung auf den Grundkörper (3) ausübt.
Durchführungselement (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Durchgansöffnung (20) ein zumindest lokal aufgeweitetes Profil aufweist, so dass deren Durchmesser im Bereich einer Oberfläche (31, 32) des Grundkörpers (3) einen kleineren Durchmesser aufweist als im Bereich der gegenüberliegenden Oberfläche (31, 32).
Durchführungselement (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest in Teilbereichen der zweiten Durchgangsöffnung (20) die Kontur der inneren Wandung der zweiten Durchgangsöffnung (20) der Kontur der äußeren Wandung des zweiten Metallstifts (6) folgt.
Durchführungselement (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich zwischen der äußeren Wandung des zweiten Metallstifts (6) und der inneren Wandung der zweiten Durchgangsöffnung (20) eine Zwischenmetallschicht befindet; bevorzugt umfasst die Zwischenmetallschicht metallisches Kupfer und/oder Zinn und/oder Silber.
Verfahren zum Herstellen eines Durchführungselements (1), umfassend die Verfahrensschritte – Bereitstellen eines metallischen Grundkörpers (3) mit vorgegebener Dicke und vorgegebener äußerer Kontur, der zwei im wesentlichen gegenüberliegende Oberflächen (31, 32) aufweist, – Erzeugen zumindest zweier Durchgangsöffnungen (4, 20) in dem Grundkörper (3), – Bereitstellen von zumindest zwei Metallstiften (5, 6), – Einsetzen und Fixieren eines ersten Metallstifts (5) innerhalb der ersten Durchgangsöffnung (4) mittels eines elektrisch isolierenden Fixiermaterials (10), – Einpressen oder Einschrumpfen oder Eindehnen eines zweiten Metallstifts (6) innerhalb der zweiten Durchgangsöffnung (20), so dass eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen zweitem Metallstift (6) und dem Grundkörper (3) hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der zweite Metallstift (6) innerhalb der zweiten Durchgangsöffnung (20) eingepresst oder eingeschrumpft oder eingedehnt wird, wobei sich Material des Grundkörpers (3) im Bereich der zweiten Durchgangsöffnung (20) und/oder Material des zweiten Metallstifts (6) verformt, so dass zumindest in Teilbereichen der zweiten Durchgangsöffnung (20) die Kontur der inneren Wandung der zweiten Durchgangsöffnung (20) der Kontur der äußeren Wandung des zweiten Metallstifts (6) folgt; bevorzugt verformt sich das Material des Grundkörpers (3) und/oder das Material des zweiten Metallstifts (6) elastisch, so dass zwischen Grundkörper (3) und zweitem Metallstift (6) eine Druckspannung vorliegt.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 7, wobei zum Einpressen oder Einschrumpfen oder Eindehnen eine Zwischenmetallschicht verwendet wird, welche beim Einpressen die Reibung zwischen äußerer Wandung des zweiten Metallstifts (6) und inneren Wandung der zweiten Durchgangsöffnung (20) vermindert und/oder Unebenheiten der inneren Wandung der zweiten Durchgangsöffnung (20) ausgleicht; bevorzugt umfasst die Zwischenmetallschicht metallisches Kupfer und/oder Zinn und/oder Silber; bevorzugt bildet die Zwischenmetallschicht eine Metallgitterverbindung zwischen der äußeren Wandung des zweiten Metallstifts (6) und inneren Wandung der zweiten Durchgangsöffnung (20) aus und/oder gleich Unebenheiten der inneren Wandung der zweiten Durchgangsöffnung (20) aus.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der zweite Metallstift (6) in der zweiten Durchgangsöffnung (20) eingeschrumpft wird, wobei der Grundkörper (3) vor dem Einsetzen des zweiten Metallstifts (6) erwärmt wird, so dass er sich thermisch ausdehnt und sich dabei der Durchmesser der zweiten Durchgangsöffnung (20) vergrößert, und der zweite Metallstift (6) in diese thermisch erweiterte zweite Durchgangsöffnung (20) eingesetzt wird, wonach der Grundköper (3) abgekühlt wird, so dass er thermisch kontrahiert und die innere Wandung der zweiten Durchgangsöffnung (20) auf die den zweiten Metallstift (6) aufschrumpft, so dass der Grundkörper (3) eine Druckspannung auf den zweiten Metallstift (6) in der zweiten Durchgangsöffnung (20) ausübt, oder wobei der zweite Metallstift (6) in der zweiten Durchgangsöffnung (20) eingedehnt wird, wobei der zweite Metallstift (6) abgekühlt wird, so dass er sich thermisch kontrahiert und sich dabei sein Durchmesser reduziert, und der thermisch kontrahierte zweite Metallstift (6) in die zweite Durchgangsöffnung (20) des Grundkörpers (3) eingesetzt wird, wonach der zweite Metallstift (6) erwärmt wird, so dass er sich thermisch ausdehnt und die äußere Wandung des zweiten Metallstifts (6) auf die innere Wandung der zweiten Durchgangsöffnung (20) expandiert, so dass der zweite Metallstift (6) eine Druckspannung auf den Grundkörper (3) ausübt.
Verwendung eines Durchführungselements (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5 in pyrotechnischen Zündvorrichtungen und/oder Airbagzündern und/oder Gurtstraffern und/oder in Sensoren und/oder in Aktuatoren und/oder in elektrochemischen Reaktoreinheiten und/oder in Batterien und/oder in Akkumulatoren und/oder in Durchführungen von Sicherheitsbehältern.