CN102271783A - 过滤装置和具有过滤装置的气体发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于过滤气体流且具有缠绕或折叠的过滤材料幅材的过滤装置。根据本发明，所述过滤材料幅材(10)的至少一个末端(11，12)具有或连接到由封闭的金属片部分(20，30)形成的部分，其中所述封闭的金属片部分(20，30)具有用于气体流入或流出所述过滤装置(1)的至少一个凹陷部(40，50)。

Description

过滤装置和具有过滤装置的气体发生器
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于过滤气体流的过滤装置，和具有该过滤装置的气体发生器。
背景技术
由公开EP 0 552 706 B1已知一种过滤装置，其中由具有不同渗透性的若干过滤材料层制成的过滤元件被设计成卷绕体，该卷绕体通过缠绕过滤材料幅材形成。从而，可以得到具有不同渗透性的过滤部分。
公开DE 10 2004 032 609 B4指定了一种过滤和冷却单元，其中多个单独的盘状金属过滤元件被堆叠成过滤器。
此外还知道，为了在热学方面和颗粒截留率方面改善过滤器在气体发生器中的利用率，将过滤器与折流板组合，折流板的使用方式使得其以定向方式引导气体发生器产生的气流穿过过滤器，从而改善过滤器的利用率。也称为“折流式过滤器”或“折流式过滤器设计”的这种装置结合丝网过滤器实现，然而丝网过滤器的制造成本高昂且相对昂贵。另外，在制造过程中难以控制丝网在整个周长上和长度上的均匀度。另外，折流板的组装意味着额外的支出。
发明内容
本发明的目的是提供一种由于使用折流板而允许良好的过滤器利用率而又易于制造的过滤装置和气体发生器。
根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的过滤装置和具有权利要求15的特征的气体发生器实现。本发明的实施例在从属权利要求中提及。
据此，根据本发明的解决方案提供了由缠绕或折叠的过滤材料幅材制造的过滤装置。此处，过滤材料幅材的至少一端连接到封闭的金属片部分或形成这种封闭的金属片部分。该封闭的金属片部分具有用于让流入进入过滤装置或流出离开过滤装置的至少一个凹陷部。
根据本发明的解决方案允许使用常规的缠绕过滤器，该过滤器由例如网眼金属片制成。折流板与封闭的金属片部分一体化为过滤器，该过滤器以定向方式引导气体流穿过过滤器，从而在热学方面和颗粒截留率方面改善过滤器的利用率。这里，设计为过滤材料幅材的金属片部分的导向元件不必单独组装，因为它们被一体化到过滤材料幅材内或连接到所述过滤材料幅材，使得在缠绕或折叠过滤材料幅材时金属片被适当地自动定位。因此，提供了具有一体化折流板且不需要单独的折流板部件及其组件的过滤装置。
根据本发明的解决方案产生了改善的过滤器利用率，因为一体化的金属片部分以定向方式引导气体流经在这些所述金属片部分内形成的凹陷部或开口而穿过过滤器，因此改善过滤器的利用率。同时，实际的过滤器本身可以由常规缠绕过滤器制成，而不必依赖相对昂贵的丝网过滤器。例如，过滤器由网眼金属片形成，该网眼金属片被冲压或压印或者设计有一定的结构。此处，过滤材料幅材可以由一层或多层此类金属片制成，然后再缠绕在一起。
根据本发明的解决方案具有另外的优点，即由于不必单独布置和组装折流板而仅有较低的组装费用。此外，由于取消了折流板部件本身，还具有减轻重量的优点。另外，由于减少了部件数量，能够以减少的费用进行质量控制。
缠绕过滤材料幅材形成了过滤装置的中空圆筒形卷绕体，其中，封闭的金属片部分形成卷绕体的内壳表面或外壳表面，或者至少形成该内壳表面或外壳表面的一部分。此处，待净化的气体流沿径向由内向外流过中空圆筒形卷绕体。
在一个实施例中，过滤材料幅材的两端分别连接到封闭的金属片部分。然而，基本上也可能只将过滤材料幅材的一端连接到封闭的金属片部分，其中然后或者省去在过滤材料幅材的另一端的区域内的折流板，或者以通常方式单独组装该折流板。
就两个封闭的金属片部分作为折流板提供而言，一个金属片部分形成中空圆筒形卷绕体的内壳表面，另一个金属片部分形成其外壳表面。此处，通过将两个金属片部分内的凹陷部设计成彼此偏离，可以将在卷绕体纵向导向的部件添加到在圆筒形卷绕体中由内向外流动的待净化的气体流的径流。
就凹陷部的实施例而言，在这种情况下能够设想多种实现可能。重要的只是允许空气以限定方式进入实际的过滤器本身内。金属片部分内的对应的凹陷部能够成形为例如孔和/或边缘上的材料切口或缺口。此处，必须考虑到这些凹陷部仅用于使气体的定向流入进入过滤装置或定向流出离开过滤装置。由于其数量和/或尺寸的原因，这些凹陷部不适合形成过滤元件本身。这些凹陷部是与过滤材料幅材本身的实际过滤材料相邻的基本上封闭的折流板。
在本发明的一个实施例中，一个或多个金属片部分表示连接到过滤材料幅材的单独制造的部件。为此，这些金属片部分与过滤材料幅材例如焊接在一起。然而，在本发明的范围之内等效地，一个或多个金属片部分与过滤材料幅材形成一体。
在后一种情况下，例如假设过滤装置具有金属片条，该金属片条在过滤材料幅材的区域内被冲压和/或压印和/或形成三维结构元件，使得过滤材料幅材在其缠绕状态下作用为过滤器。另一方面，除了用于流入或流出气体的至少一个凹陷部之外，金属片部分的区域中的金属片条被成形为封闭的，并且形成用于待净化气体的折流板。另外，若干这种金属片条能够布置成彼此层叠，并且能够缠绕在一起。
本发明还涉及车辆乘员保护装置的气体发生器，该气体发生器具有根据权利要求1所述的过滤器。这种过滤器例如布置在圆筒形发生器壳体内。气体发生器的燃烧室内产生的气体流经过滤器，并通过在所述过滤器中形成的出口开口以净化状态离开发生器壳体。
附图说明
下面将借助于若干示例性实施例结合附图更详细地说明本发明。在附图中：
图1A在俯视图中示出了展平且具有一体化气体折流板的过滤材料幅材；
图1B在剖面图中示出了形成中空圆筒形卷绕体的、图1A的缠绕过滤材料幅材；
图2A示出了根据现有技术的展开的过滤材料幅材；
图2B示出了在其缠绕状态下的图2A的过滤材料幅材；
图3A、3B示出了一体化气体折流板的实施例，其中用于流入或流出气体的凹陷部被成形为在边缘上的材料切口；
图4A、4B示出了一体化气体折流板的实施例，其中用于流入或流出气体的凹陷部被成形为在边缘上的缺口；
图5A、5B示出了一体化气体折流板的实施例，其中用于流入或流出气体的凹陷部被成形为圆形气体通过开口；
图6在俯视图中示出了过滤材料幅材的替代实施例，该幅材由冲压的圆形孔形成；
图7在俯视图中示出了过滤材料幅材的另一个替代实施例，该幅材由冲压的三角形孔形成；
图8在侧视图中示出了过滤材料幅材的另一个替代实施例，该幅材由具有压印结构的金属片形成；
图9在剖面图中示出了过滤材料幅材的另一个替代实施例，该幅材由具有三维结构元件的纹理化的金属片形成；
图10在剖面图中示出了过滤材料幅材的另一个替代实施例，该幅材由具有穿孔罩的纹理化的金属片形成；
图11在剖面图中示出了具有根据图1B的缠绕过滤装置的气体发生器的第一示例性实施例；以及
图12在剖面图中示出了具有根据图1B的缠绕过滤装置的气体发生器的第二示例性实施例。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，首先结合图2A和2B说明根据现有技术的过滤器。图2A示出了具有矩形尺寸的展平的退绕的过滤材料幅材10’。通过沿过滤材料幅材10’的纵向卷绕过滤材料幅材10’，得到形成过滤器并在图2B中示出的中空圆筒形卷绕体1’。空气经中空圆筒形卷绕体的流过发生在如图2B的箭头所示的径向上。过滤材料幅材由常规的过滤材料例如网眼金属带制成。其可以由一个或多个层形成。通过缠绕网眼金属带得到图2B的过滤器。
就本发明而言，网眼金属此处总体上理解为在表面内具有开口的基本材料，这些开口在不损失材料且同时膨胀再成形的情况下通过偏移切削产生。此处，此类网格状材料的网孔既不是线材织造的，也不是焊接的。除了术语网眼金属之外，也使用术语多孔金属网。
图1A示出了退绕的纵向展开的过滤器1。过滤器1具有过滤材料幅材10，该过滤材料幅材10可由能够缠绕的任何过滤材料制成。例如，过滤材料幅材10由相互固定的一个或多个网眼金属片制成。过滤材料幅材10设计成矩形，并且具有两个窄的侧边或末端11、12。此外，过滤器1具有两个封闭的金属片部分30、40，其中该两个封闭的金属片部分30、40各分别固定到过滤材料幅材1的末端11、12。这种固定例如通过焊接来进行。此处，金属片部分20、30具有与过滤材料幅材10相同的宽度，使得过滤材料幅材10和金属片部分20、30一起形成细长的矩形过滤幅材。因此，封闭的金属片部分20、30是过滤器1的一体部分。
在过滤器1的金属片部分20、30内，分别形成凹陷部40、50。在图1A的示例性实施例中，所述凹陷部被成形为多个圆孔40、50，这些圆孔在一个金属片部分20的下边缘上延伸，而在另一个金属片部分30的上边缘上延伸，且均沿着直线延伸。如下文将解释的，这些凹陷部40、50用于限定气体流入过滤器1或气体流出过滤器1。
图1B示出了通过缠绕图1A的过滤幅材得到的缠绕过滤器1。此处必须考虑到，过滤幅材的金属片部分20、30也被缠绕。在缠绕过程中，形成了中空圆筒形卷绕体，该中空圆筒形卷绕体形成过滤器1。由于金属片部分20、30也被缠绕，中空圆筒体的内壳面由一个金属片部分30形成，中空圆筒体的外壳面由另一个金属片部分20形成。
金属片部分20、30内形成的凹陷部40、50产生通过过滤器1的定向气体流，其中所述凹陷部40、50相对于中空圆筒体或过滤器1的纵向轴线7彼此偏置。此处根据图1B，开口40与50之间的偏置使得中空圆筒体内部产生的气体首先经过一个金属片部分30的开口50径向向外进入过滤器内，在该所述过滤器内，气体除经历径向向外导向的移动之外，还经历在过滤器轴线7纵向上的移动，然后通过外部金属片部分20内的开口40径向离开过滤器。通过金属片部分20、30，气体流因而以定向方式被导向，并且与纯粹地径向流过相比具有穿过过滤器1的更长的过滤通道，从而存在提高的过滤器利用率。这在热学方面和颗粒截留率方面是正确的，因为经过过滤器1的待净化气体的较长流过路径一方面允许增加到过滤器的热传递，另一方面允许更好的颗粒截留。
因此，金属片部分20、30提供了折流板，该折流板引导气体流以定向方式通过过滤器1，并且在本文中为过滤器1的一体部分。在用图1A的过滤幅材制造过滤器之后，折流板20、30被自动形成和调节。
在一个实施例中，金属片部分20、30的长度基本上对应于中空圆筒体的周长，所述圆筒体由过滤幅材形成。在这种情况下，金属片部分20、30的区域不重叠。然而，基本上也可以将金属片部分20、30设置为具有使其在缠绕过程之后形成重叠区域的长度。在这种情况下，在金属片部分内形成的开口优选地以这样的方式调节，使其在彼此叠加的部分内对齐。
图3A、图3B、图4A、图4B和图5A、图5B示出了一体化气体折流板的不同示例性实施例。此处，在金属片部分21、31、22、32、23、33内分别设置有彼此偏置的凹陷部41、51、42、52、43、53，使得穿过过滤器发生定向的不纯粹径向调节的气体流。
在图3A、图3B的实施例中，用于气体在过滤器内流入或流出的凹陷部被成形为在边缘上的材料切口41、51。为此目的，相应的金属片部分21、31在邻近过滤材料幅材10处具有相比过滤材料幅材10的宽度较小的宽度。
在图4A、图4B的实施例中，在边缘的金属片部分上同样形成用于流入或流出气体的凹陷部42、52。此处，凹陷部42、52被提供作为具有对应缺口的锯齿状边缘。根据图3A、图3B、图4A、图4B的在边缘上的凹陷部41、51、42、52具有制造相对简单的优点。
类似于图1A、图1B的实施例，在图5A、图5B的实施例中，在金属片部分23、33内形成圆孔43、53，所述孔均沿着在金属片部分的纵向上延伸的线延伸。与图1A、1B的实施例不同，此处在一个金属片部分23内设置有布置在中间的一行孔43。在另一个金属片部分33内，在边缘上设置有两行孔53。这样实现了使得过滤器内的气体流分支且例如从布置在中间的孔43向上及向下流至孔53。
在以上解释的示例性实施例中，分别示出的金属片部分20-23、30-33固定到过滤材料幅材10上。就此而言，这些金属片部分是相对于过滤材料幅材10单独制造的金属片，并且在单独的过程中连接到过滤材料幅材10，以制造图1A中示出的整个幅材。然而，在本发明的范围内，过滤材料幅材10和限制其的金属片部分20、30形成一体是等效的。
图6至图10示出了用于制造根据本发明的缠绕过滤器的半成品的替代实施例。此处，应当提前指出，在图6至图10中并未单独示出侧向的封闭金属片部分。但这些金属片部分在这些实施例中同样存在，只不过与实际过滤材料幅材本身形成一体。所述形成可以对应于图1A至图5B发生。
此处，一段退绕的过滤器作用为过滤材料或气体折流板，具体取决于过滤器结构是否形成在半成品内。在形成气体折流板的金属片部分内，没有设置过滤器结构。相反，这些金属片部分是封闭的金属片部分，仅仅具有用于流入或流出气体的凹陷部。
根据图6的实施例，作为用于制造缠绕过滤器的半成品，提供了具有冲压孔131的穿孔板13，但所述冲压孔例如未必成形为圆形。此处，冲压孔仅在过滤材料幅材13的区域内形成，而不在封闭的金属片部分(未示出)内形成。在图7的实施例中，过滤材料幅材设计成具有三角形141形状的冲孔的穿孔板14。当然，同样可以是其他冲孔。
在图8的示例性实施例中，过滤材料幅材15具有压印结构，该压印结构的壁厚Δt在金属片平面的方向上变化。由于壁厚的变化，在缠绕金属片内产生用于气体在过滤器内流动的通道。
在图9的实施例中，过滤材料幅材16被成形为具有三维的微型结构元件161的纹理化的金属片。这些三维的微型结构元件可以形成在单侧或双侧，可以通过拉拔、铣出轮廓、轧制、液压成形等形成。由于结构元件161，同样产生用于过滤器内的空气流的通道。
诸如冲压、压印和结构化金属片以形成过滤器的上述措施可以随意组合。例如，在图10中示出了一个示例性实施例，其中过滤材料幅材17形成穿孔罩171，其中罩171形成三维的微型结构元件，并且提供了开口172。
金属片能够例如是钢片、铝片或铜片。
应当指出，具有一体化气体折流板20、30的特定过滤器1能够基本上在任何环境下使用，例如在家用或火箭技术中使用。优选实施发生在车辆乘员保护装置的气体发生器中。此类实施的例子在图11和图12中示出。
图11在剖面图中示出了以旋转对称的方式构造的气体发生器100，该气体发生器100具有发生器壳体101，发生器壳体101由发生器筒102和连接到发生器筒的发生器盖103制成。发生器壳体101的内部设计有燃烧室110，在燃烧室内设置有点火元件120、点火药和燃料装置(未示出)。此处，在图11中仅示意性地示出的气体发生器100的内部能够分割成若干个室，例如，布置在中间的点火室，然后是实际的燃烧室本身，再然后是分隔室。气体发生器100的具体构造不是这里要关注的对象。
发生器壳体101内部设置有缠绕过滤器200，该过滤器设计成例如与图1A、图1B相对应。过滤器200具有能够缠绕的过滤材料210、一体化内折流板220和一体化外折流板230。在一体化内折流板220内实现了下凹陷部221，在一体化外折流板230内实现了上凹陷部231。
在对位于燃烧室110内的燃料装置点火之后，产生气体。所产生的气体经内折流板220的下凹陷部221流入过滤材料210，并且在如气流线A示意性地示出的那样在所述过滤材料内纵向流过过滤器。在外折流板230的上凹陷部231内，气体流在净化和冷却之后离开过滤器100。接着，净化和冷却的气体经成形于发生器筒102内的侧向出口开口130离开发生器壳体101。
图12的示例性实施例与图11的示例性实施例的不同之处在于发生器筒102被成形为更平坦并且为了补偿，发生器盖103更大程度地在发生器筒102的方向上延伸。气体流A’使得发生器盖103内的出口开口130在发生器壳体的上方区域内形成。
本发明的实施例不限于以上示出的示例性实施例。例如，一体化折流板能够具有与所示出的折流板不同的形状和/或以另一种方式配备用于气体流入或流出过滤器的凹陷部。本发明也不限于具体的过滤材料，只要该过滤材料能够被缠绕即可。也可以将过滤器设置成不是缠绕的而是折叠的过滤材料幅材。在这种情况下，意味着折叠过滤材料的末端形成为用于实现折流板的封闭金属片部分。

Claims (15)

1.用于过滤气流的过滤装置，该过滤装置具有缠绕或折叠的过滤材料幅材，
其特征在于，
所述过滤材料幅材(10，13-17)的至少一个末端(11，12)连接到封闭的金属片部分(20-23，30-33)，或者形成这样的部分，其中，所述封闭的金属片部分(20-23，30-33)具有用于气体流入或流出所述过滤装置(1)的至少一个凹陷部(40-43，50-53)。
2.根据权利要求1所述的过滤装置，其特征在于，所述缠绕的过滤材料幅材(10，13-17)形成所述过滤装置的中空圆筒形卷绕体，其中所述封闭的金属片部分(20-23，30-33)形成所述卷绕体的内壳表面或外壳表面，或者至少形成所述卷绕体的所述内壳表面或外壳表面的一部分。
3.根据权利要求1或2所述的过滤装置，其特征在于，所述过滤材料幅材(10，13-17)的两个末端(11，12)每一个分别连接到一个封闭的金属片部分(20-23，30-33)。
4.根据回引权利要求2的权利要求3所述的过滤装置，其特征在于，所述一个金属片部分(30)形成所述中空圆筒形卷绕体的所述内壳表面，而另一个金属片部分(20)形成所述中空圆筒形卷绕体的所述外壳表面。
5.根据权利要求3或4所述的过滤装置，其特征在于，分别各形成于所述两个金属片部分(20-23，30-33)中的凹陷部设计成在所述两个金属片部分(20-23，30-33)中彼此偏置。
6.根据回引权利要求2的权利要求5所述的过滤装置，其特征在于，所述偏置以如下方式进行，即：使所述凹陷部(40-43，50-53)在所述中空圆筒形卷绕体的纵向方向上彼此偏置。
7.根据前述权利要求中任一项所述的过滤装置，其特征在于，在所述封闭的金属片部分(20，23，30，33)中设置有至少一个气体通过开口来作为凹陷部(40，43，50，53)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的过滤装置，其特征在于，在所述封闭的金属片部分(21，22，31，32)中设置有在边缘上的至少一个材料切口或缺口来作为凹陷部(41，42，51，52)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的过滤装置，其特征在于，所述过滤材料幅材(10，13-17)具有金属过滤材料。
10.根据前述权利要求中任一项所述的过滤装置，其特征在于，一个或多个所述金属片部分(20-23，30-33)与所述过滤材料幅材(13-17)形成为一体。
11.根据权利要求10所述的过滤装置，其特征在于，所述过滤装置具有金属片条，其中，在所述过滤材料幅材(13-17)的区域中的金属片条被冲压和/或压印和/或形成三维结构元件，使得所述过滤材料幅材(13-17)在其缠绕状态下用作过滤器，而在所述金属片部分的区域中的金属片条除了用于气体流入或流出的所述至少一个凹陷部(40-43，50-53)之外被形成为封闭的。
12.根据权利要求1至9中的任一项所述的过滤装置，其特征在于，一个或多个所述金属片部分(20-23，30-33)表示分开制造的部件，所述分开制造的部件被连接到所述过滤材料幅材(10)。
13.根据权利要求12所述的过滤装置，其特征在于，所述过滤材料幅材(10)具有至少一个网眼金属片。
14.根据前述权利要求中任一项所述的过滤装置，其特征在于，所述过滤材料幅材(10，13-17)具有彼此层叠的若干材料层，所述若干材料层被缠绕在一起。
15.车辆乘员保护装置的气体发生器，其特征在于根据权利要求1的过滤器。
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