CN111655552B - 用于安全系统的气体发生器 - Google Patents

用于安全系统的气体发生器

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Abstract

本发明公开了用于安全系统的气体发生器，该气体发生器包括：至少一种烟火物质，该至少一种烟火物质被布置成产生气体；第一部件；第二部件；第三部件；以及与先前部件分开的第四部件，该第一部件和该第二部件摩擦焊接到该第三部件。该气体发生器的特征在于该第四部件包括：第一界面，该第一界面用于与该第一部件定位在一起，以及第二界面，该第二界面用于与该第二部件定位在一起，以便暂时阻挡该第一部件和该第二部件之间的至少一个自由度，从而允许该第一部件和该第二部件同时摩擦焊接到该第三部件。

Description

用于安全系统的气体发生器
本发明整体涉及用于安全系统(诸如气囊)的气体发生器，并且更具体地涉及这样的气体发生器，该气体发生器的部件通过摩擦焊接(诸如惯性焊接)来组装。
从现有技术可知根据焊接工艺组装的发生器，并且该发生器在文献WO2017103135中有所描述。该文献提出将第一部件和第二部件同时焊接到第三部件，第一部件的焊接区和第二部件的焊接区彼此非常接近。这些焊接区的该接近度在一些情况下可在密封性水平方面使焊缝的某些特性劣化。实际上，这些焊接区可彼此影响或使相邻的焊接部件变形。
本发明的一个目的是解决上述现有技术文献的缺点，并且具体地讲，首先提出一种气体发生器，对该气体发生器的焊缝作了改进。
为此，本发明的第一方面涉及一种用于安全系统的气体发生器，该气体发生器包括：
-至少一种烟火物质，该至少一种烟火物质被布置成产生气体，
-第一部件，
-第二部件，
-第三部件，
-以及与先前部件分开的第四部件，
第一部件和第二部件摩擦焊接到第三部件，
其特征在于第四部件包括：
-第一界面，该第一界面用于与第一部件定位在一起，
-第二界面，该第二界面用于与第二部件定位在一起，以便暂时阻挡第一部件和第二部件之间的至少一个自由度，从而允许第一部件和第二部件同时摩擦焊接到第三部件。
摩擦焊接操作使用两个部件之间的摩擦，当沿着焊接轴线施加力时，这两个部件沿着焊接轴线相对于彼此旋转以便在这两个部件的界面处产生热量并且因其熔融而将它们组装在一起。
为此，在本申请中，经由第四部件使第二部件相对于第一部件可逆地(直到焊接操作为止)定位。一旦已形成该子组件，随后就通过摩擦焊接操作将该子组件焊接到第三部件。因此，在同一个单一焊接操作中将第一部件和第二部件同时焊接到第三部件。在焊接操作期间，在第一部件与第三部件之间以及第二部件与第三部件之间的接触区处生成焊道。
第四部件使得有可能改善第二部件相对于第一部件的定位，以便改善在摩擦焊接操作期间生成的焊缝的质量。实际上，第四部件使得有可能限制或甚至免除第一部件和第二部件之间的接触。这使得有可能在形成焊道时为焊道留出空间。
通过阻挡第一部件和第二部件之间的至少一个自由度，第四部件借助第一定位界面和第二定位界面阻挡第二部件相对于第一部件的至少一次平移(通常沿着摩擦焊接操作的焊接轴线)。第四部件也可使得有可能阻挡第二部件相对于第一部件的旋转(通常围绕或沿着摩擦焊接操作的焊接轴线)。
当第一部件、第二部件和第四部件在摩擦焊接操作之前形成子组件时，暂时阻挡至少一个自由度。一旦进行摩擦焊接操作，一方面是第一部件和第三部件之间的焊缝，另一方面是第二部件和第三部件之间的焊缝，这些焊缝固定了第二部件相对于第一部件的定位。
第二部件有利地安装在第一部件中。
有利地，第一定位界面和第二定位界面被布置成使得第一部件在摩擦焊接操作期间的旋转或平移运动沿着第二部件进行。换句话讲，第四部件使得有可能避免第一部件和第二部件之间的任何相对旋转和/或平移运动。换句话讲，第二部件由第一部件经由第四部件来携带。
有利的是：
-第一部件包括第一焊接界面，
-第二部件包括第二焊接界面，并且在将第一部件和第二部件同时摩擦焊接到第三部件的操作之前在第二焊接界面与第一焊接界面之间限定空间。
焊接界面是受到焊接操作的物理影响的部件的一部分。通常，对于摩擦焊接操作而言，焊接界面是柱形或圆柱形形状部件端部，并且该焊接界面具有预定厚度。保证第一部件的焊接界面与第二部件的焊接界面之间的空间使得有可能避免在第一焊接界面的焊接期间生成的焊道与在第二焊接界面的焊接期间生成的另一个焊道之间可能出现的任何干扰。特别是在焊接开始时这两个焊道之间的接触可使焊缝中的一者或另一者劣化，特别是使焊缝的密封性劣化。由摩擦焊接提供的密封性使得有可能保证烟火物质远离水储存长时间(例如长达15年)。
有利地，在摩擦焊接操作之前，第二焊接界面与第一焊接界面之间限定的空间介于第二焊接界面处的第二部件的厚度与第一焊接界面处的第一部件的厚度之间。
定制空间使得有可能最佳地利用在摩擦焊接操作期间散发的热量，同时保证焊道的形成所需的空间。当这些部件中的一个部件在其焊接界面处的厚度与另一个部件明显不同时，这是特别有利的。
例如，当第二焊接界面处的第二部件的厚度介于第一焊接界面处的第一部件的厚度的33％与66％之间时和/或当第二焊接界面处的第二部件的厚度介于面向第二焊接界面的第三部件的厚度的33％与66％之间时。
实际上，为了保证坚固焊缝，有必要在焊接区处达到给定温度，采用某些焊接参数(旋转速度、在操作期间施加的力等)达到所述温度。当两个焊接部件之间存在厚度差时，难点在于充分加热更厚部件而不会因此达到可使更薄部件劣化的过高温度。正如声称的那样，小空间使得有可能使用第一部件在第三部件(最厚部件)上的摩擦所产生的热量来将第二(最薄)部件焊接到第三部件。
通常，可提供介于1mm与3mm之间的空间。
沿着垂直于焊接轴线的方向在其相应焊接界面处的第一部件的内部和第二部件的外部之间测量该空间。换句话讲，该空间对应于第一焊接界面处的第一部件的内半径与第二焊接界面处的第二部件的外半径之间的差值。
有利地，第一定位界面和第二定位界面被布置成使得在摩擦焊接操作之前暂时阻挡第一部件和第二部件之间的六个自由度。
换句话讲，在焊接操作之前第一部件和第二部件之间没有接触。这两个部件之间的空间在这两个部件的焊道的形成期间是自由的。这使得有可能确保第二部件的最佳定位以便保证坚固焊缝。
有利地，第一部件是含有烟火物质的室，第二部件是盖板，并且第三部件是扩散器。
该实施方案使得有可能使用盖板以密封方式封闭室，而盖板与室之间没有直接密封连接。
有利地，第四部件是炉排，该炉排被布置成在气体发生器的操作期间保持烟火物质。
在该实施方案中，第四部件具有两个功能，即在焊接阶段之前和焊接阶段期间使第二部件相对于第一部件定位，以及在发生器的操作期间保持烟火物质。因此发生器的构造得以优化，这是由于形成发生器的部件的数量是有限的。
有利地，在摩擦焊接操作之前，第二焊接界面处的第二部件的厚度介于第一焊接界面处的第一部件的厚度的33％与66％之间。
本发明使得有可能将不同厚度的两个部件同时焊接到第三部件。当目的是使用必须屈服于预定压力的盖板来封闭必须承受烟火物质的燃烧的室时，这是特别有利的。
有利地，第二焊接界面处的第二部件的厚度介于面向第二焊接界面的第三部件的厚度的33％与66％之间。
有利地，第二焊接界面处的第二部件的厚度介于0.5与1mm之间，并且第一焊接界面处的第一部件的厚度介于1.3与3mm之间。
有利地，在摩擦焊接操作之前，当第一部件、第二部件和第三部件形成子组件时，由第二焊接界面形成的第二焊接平面从由第一焊接界面形成的第一焊接平面偏移(或被布置在第一焊接界面的第一焊接平面处或下方)，使得第二部件在第一部件接触第三部件的同时或优先地之后接触第三部件。
这使得有可能在摩擦焊接操作期间限制第二焊接界面屈曲的风险。
有利地，第二焊接界面处外接的直径是第二部件的最大外接直径。
根据该实施方案，第二焊接界面在焊接操作期间较少经受变形，特别是锻造力。不受控制的变形是有害的，因为如果焊接界面在焊接期间屈服，则焊道不会正确地形成并且焊接质量会劣化。换句话讲，第二焊接界面是圆柱形部件的壁，其第一折叠部是朝向该部件的回转轴线的折叠部。该部件的回转轴线在摩擦焊接操作期间与焊接轴线组合。
有利地，用于定位第四部件的第一界面具有与第一部件的连续接触表面。
连续接触表面使得有可能防止任何焊接凸起(通常为炽热刨花(incandescentshaving))传递到第一界面。当将烟火物质装载在第一部件内时，此类凸起可点燃烟火物质。
有利地，第一焊接界面和第二焊接界面具有柱形形式。
柱形焊接界面、特别是圆柱形焊接界面特别适合摩擦焊接。
有利的是：
第一部件、第二部件和第四部件呈具有底部和侧向表面的碗状形式，
第四部件的外侧向表面的一部分抵靠第一部件的内侧向表面的一部分，并且第二部件的外侧向表面的一部分抵靠第四部件的内侧向表面的一部分。
换句话讲，第二部件和第四部件包含在第一部件中。另外，这实现了第一部件、第二部件和第四部件的紧凑嵌套。
有利地，第二定位界面是与第二部件的凹形形式互补的凸形形式。
这些形式实现了第二部件与第四部件的良好啮合，以便阻挡一个部件相对于另一个部件的任何相对旋转。
有利地，气体发生器包括定位在第二部件和第三部件之间的第五部件，第二部件的凹形形式被布置成使第五部件相对于第三部件定位。
第五部件可为过滤器。第二部件使得有可能保证过滤器与第三部件之间存在空间，特别是当第三部件是扩散器时。发生器操作期间的气流得以优化。
有利的是：
由第四部件的侧向表面与底部之间的接合部形成第二定位界面，并且
由第二部件的侧向表面与底部之间的接合部形成第二部件的凹形形式。
以这种方式形成时，第二部件更易制造、更简单且更坚固，这是由于凹形形式除了参与第二部件的定位之外，还参与增强第二部件的侧向表面与底部之间的接合部。这同样适用于第四部件。
有利的是：
第一定位界面是与第一部件的凸形形式互补的凹形形式，
由第四部件的侧向表面与底部之间的接合部形成第一定位界面，并且
第一部件的凸形形式位于第一部件的侧向表面上。
当第四部件在第一部件的内部时，第一部件的凸形形式位于第一部件的内侧向表面上。
本发明的第二方面涉及一种安全模块，该安全模块包括根据本发明的第一方面的气体发生器。
本发明的第三方面涉及一种机动车辆，该机动车辆包括根据本发明的第一方面的气体发生器。
本发明的最后方面涉及一种用于制造根据第一方面的气体发生器的工艺，该工艺包括以下步骤：
-经由第一定位界面将第四部件定位在第一部件上，
-经由第二定位界面将第二部件定位在第四部件上，
-实施将第一部件和第二部件同时摩擦焊接到第三部件的操作。
换句话讲，该制造工艺提出了通过以下方式形成子组件：先(直到摩擦焊接操作为止可逆地)组装第一部件、第二部件和第四部件，再将子组件焊接到第三部件。
有利地，焊接操作包括以下步骤：
-使第一部件与焊接工具保持在一起，
第四部件使得有可能经由第一定位界面和第二定位界面以避免第二部件相对于第一部件的任何相对运动。
“避免任何运动”旨在意指防止使得不可能获得焊缝的任何运动，该焊缝的密封性和强度标准不满足制造气体发生器所需的标准。
从以下通过非限制性示例提供并通过附图示出的本发明实施方案的具体实施方式，将更清楚地看到本发明的其他特征和优点，在附图中：
-图1示出了根据本发明的发生器的侧视图。
-图2示出了来自图1的发生器的某些部件的分解等距视图。
-图3a示出了在摩擦焊接操作之前来自图1的发生器沿着图1中限定的A-A轴线的剖视图。
-图3b示出了在摩擦焊接操作之后来自图3a的发生器。
-图4示出了来自图3a的发生器沿着图3a中限定的B-B轴线的剖视图。
-图5示出了来自图4的发生器沿着图4中限定的C-C轴线的剖视图。
图1示出了一般用于额部保护的圆盘形式的气囊的气体发生器，并且包括形成室1的第一部件，该第一部件焊接到形成扩散器3的第三部件。扩散器3在其周边包括扩散孔，以便在未示出的气囊中扩散来自气体发生器中所含的烟火物质6的燃烧气体。
室1的侧向表面包括变形14，这些变形是从发生器的外部可见且呈图3a中可见的凸形形式12的部件。
图2根据等距视图示出了未组装的气体发生器的三个部件：室1、作为盖板2的第二部件以及作为炉排4的第三部件。
室1和扩散器3是最厚部件，这是由于它们必须在烟火物质的燃烧期间承受发生器的操作压力。可以提供从1.3mm延伸至3.5mm的范围内的厚度。
盖板2具有薄弱区25，这些薄弱区是被布置成在发生器操作期间在预定压力下破裂的更薄区。由于盖板2不必承受该操作压力，它可更薄，例如比室1或扩散器3要薄33％至66％。可以提供从0.3mm延伸至1.2mm的范围内的厚度。
炉排4包括用于与室1定位在一起的第一界面41以及用于与盖板2定位在一起的第二界面42。可在该视图中清晰地看出炉排4和盖板2的碗状形式。炉排4包括底部43和侧向表面44，而盖板2包括底部26和侧向表面27。
图3a示出了在摩擦焊接操作之前来自图1的发生器沿着图1中限定的A-A轴线的剖视图。发生器包含烟火物质6，该烟火物质被限定为使得在被电烟火引发器7点燃时产生气体。引发器7由包覆成型件8以密封方式连接到室1。在扩散到气囊中之前，气体由过滤器5冷却。
焊接之前的该视图使得有可能对由含有烟火物质6的室1和炉排4构成的子组件进行可视化，并且该子组件由处于将焊接到扩散器3的位置的盖板封闭。出于这一目的，使扩散器3围绕焊接轴线S旋转，并且在旋转运动期间，使用力F将该子组件按压到扩散器3上。
为此，室1包括限定第一焊接平面111的第一焊接界面11，而盖板2包括限定第二焊接平面211的第二焊接界面21。第二焊接平面211位于第一焊接平面下方，也就是说，第二焊接平面211包含在由第一焊接平面111所封闭的室1形成的体积内。换句话讲，在焊接操作期间施加力F的过程中，第一焊接平面111在第二焊接平面之前接触扩散器3。通常，偏移量为大约0.5mm±0.25mm。
第一定位界面41使得有可能使炉排4沿着垂直于焊接轴线S的方向相对于室1定位，并且还将炉排4定位在室1中。
图3b示出了在焊接操作之后来自图3a的发生器。过滤器5接触在盖板2和扩散器3两者上。
盖板2包括中空凹形形式24，这使得有可能使过滤器5相对于扩散器3定位，特别是保证过滤器与扩散器3的内表面之间的径向空间以便确保在气体发生器的操作期间烟火物质6所产生的气体的无限制流动。
第一焊接界面11的一部分以室1与扩散器3之间的第一焊道13的形式消失。第二焊接界面21的一部分以盖板2与扩散器3之间的第二焊道23的形式消失。
炉排4具有与第一部件1的内表面连续接触的侧向表面44。这限制了焊接颗粒通过第一定位界面41朝向烟火物质凸起的任何风险。
图4示出了来自图3a的发生器沿着图3a中限定的B-B轴线的剖视图。炉排4的第一定位界面和第二定位界面更清晰可见。
第一界面41是定位在炉排的外侧向表面上的凹形形式。其形式与室1的内侧壁上形成的凸形形式12互补，以便避免炉排4围绕焊接轴线S相对于室1的任何旋转。该实施方案包括四个第一界面41。该数量将根据焊接操作所需的力来调节。
第二界面42是定位在炉排的内侧向表面上的凸形形式。该凸形形式形式与盖板2的外侧壁上形成的凹形形式22互补，以便避免盖板2围绕焊接轴线S相对于炉排3的任何旋转。该实施方案包括八个第一界面42。该数量将根据焊接操作所需的力来调节。
图5示出了来自图4的发生器沿着图4中限定的C-C轴线的剖视图。其使得有可能更清晰地对第二定位界面42与盖板2之间、特别是凹形形式22处的相互作用进行可视化。第二定位界面42使得有可能使盖板2沿着垂直于焊接轴线S的方向相对于炉排4定位并且还使盖板2沿着焊接轴线S定位在室1中。换句话讲，第二定位界面42特别是在焊接操作期间用作盖板2的轴向止挡件。因此，第二焊接界面21在焊接操作期间施加力F的过程中不会屈服，特别是因为盖板2发生弯曲。在该实施方案中，因此沿着焊接轴线S在其周边的超过70％内支撑焊接界面。这使得有可能确保焊缝的令人满意的密封性。可以实施氦泄漏测试以便验证焊缝满足汽车安全性的当前密封性规范，诸如2013年4月第2次修订的标准USCAR-24。例如，对于整个烟火发生器而言，氦泄漏率小于1.10-4cm3.原子-1.s-1的燃烧室可被视为密封的(最初燃烧室中有100％氦)。
第二焊接界面21是轴线S的圆柱形壁。沿着壁存在的第一折叠部是朝向该部件的内部(即，朝向轴线S)的折叠部。因此，第二焊接界面21处外接的直径是盖板2的最大外接直径。这又进一步降低了焊接操作期间焊接界面21弯曲的任何风险。
应当理解，可以在不脱离由所附权利要求书限定的本发明的范围的情况下，对本说明书中描述的本发明的不同实施方案进行对本领域技术人员显而易见的各种修改和/或改进。具体地讲，将室1作为第一部件来提及，将盖板作为第二部件来提及，并且将扩散器3作为第三部件来提及。本发明可应用于气体发生器中摩擦焊接的所有其他部件。

Claims (13)

1.一种用于安全系统的气体发生器，所述气体发生器包括：
-至少一种烟火物质(6)，所述至少一种烟火物质被布置成产生气体，
-第一部件(1)，
-第二部件(2)，
-第三部件(3)，
-以及与先前部件分开的第四部件(4)，
所述第一部件(1)和所述第二部件(2)摩擦焊接到所述第三部件(3)，
其特征在于，所述第四部件(4)包括：
-第一定位界面(41)，所述第一定位界面用于与所述第一部件(1)定位在一起，
-第二定位界面(42)，所述第二定位界面用于与所述第二部件(2)定位在一起，以便暂时阻挡所述第一部件和所述第二部件之间的至少一个自由度，从而允许所述第一部件和所述第二部件同时摩擦焊接到所述第三部件(3)的操作，以及，
所述第四部件借助所述第一定位界面和所述第二定位界面阻挡所述第二部件在所述摩擦焊接操作期间相对于所述第一部件的至少平移，
所述第一部件、所述第二部件和所述第四部件呈具有底部和侧向表面的碗状形式，其中所述第四部件(4)的外侧向表面的一部分抵靠所述第一部件(1)的内侧向表面的一部分，
其中所述第二部件(2)的外侧向表面的一部分抵靠所述第四部件(4)的内侧向表面的一部分，并且
所述第一部件(1)是含有所述烟火物质(6)的室，所述第二部件(2)是盖板，并且所述第三部件(3)是扩散器。
2.根据前述权利要求所述的气体发生器，其中所述第一定位界面(41)和所述第二定位界面(42)被布置成使得所述第一部件(1)在所述摩擦焊接操作期间的旋转或平移运动驱动所述第二部件(2)。
3.根据前述权利要求中的一项所述的气体发生器，其中：
-所述第一部件(1)包括第一焊接界面(11)，
-所述第二部件(2)包括第二焊接界面(21)，并且其中在将所述第一部件和所述第二部件同时摩擦焊接到所述第三部件(3)的操作之前在所述第二焊接界面(21)与所述第一焊接界面(11)之间限定空间。
4.根据权利要求1所述的发生器，其中所述第一定位界面(41)和所述第二定位界面(42)被布置成使得在所述摩擦焊接操作之前暂时阻挡所述第一部件和所述第二部件之间的六个自由度。
5.根据权利要求1所述的发生器，其中所述第四部件(4)是炉排，所述炉排被布置成在所述气体发生器的操作期间保持所述烟火物质(6)。
6.根据权利要求3所述的发生器，其中在所述摩擦焊接操作之前，所述第二焊接界面(21)处的所述第二部件(2)的厚度介于所述第一焊接界面(11)处的所述第一部件(1)的厚度的33％与66％之间。
7.根据权利要求3所述的气体发生器，其中所述第二焊接界面(21)处外接的直径是所述第二部件(2)的最大外接直径。
8.根据权利要求1所述的气体发生器，其中所述第四部件(4)的所述第一定位界面(41)具有与所述第一部件(1)连续接触的表面。
9.根据权利要求3所述的发生器，其中所述第一焊接界面和所述第二焊接界面具有柱形形式。
10.根据权利要求1所述的气体发生器，其中由所述第四部件(4)的所述侧向表面(44)与所述底部(43)之间的接合部形成所述第二定位界面(42)，并且
其中由所述第二部件(2)的所述侧向表面(27)与所述底部(26)之间的接合部形成所述第二部件(2)的凹形形式(22)。
11.一种安全模块，所述安全模块包括根据前述权利要求中的一项所述的气体发生器。
12.一种机动车辆，所述机动车辆包括根据权利要求11所述的安全模块。
13.一种用于制造根据权利要求1-10中的一项所述的发生器的方法，所述方法包括以下操作：
-经由所述第一定位界面(41)将所述第四部件(4)定位在所述第一部件(1)上，
-经由所述第二定位界面(42)将所述第二部件(2)定位在所述第四部件(4)上，
-实施将所述第一部件和所述第二部件同时摩擦焊接到所述第三部件(3)的操作。
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