DE102005015788B3 - Verfahren zur Herstellung eines Gasgenerators - Google Patents

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Abstract

Zur Herstellung eines Gasgenerators werden ein rohrförmiger Körper (10), der in einer Umfangswand (12) eine Öffnung (14) aufweist, und ein Gehäuseteil (16) mit einem Befestigungsende (26) bereitgestellt. Die Geometrien des unmittelbaren Randes (20) der Öffnung (14) und des Befestigungsendes (26) sind so abgestimmt, daß eine umlaufende Berührkante (22) und eine umlaufende Berührfläche (28) gebildet sind. Das Gehäuseteil (16) wird so auf den Körper (10) aufgesetzt, daß die Berührkante (22) in Kontakt mit der Berührfläche (28) ist. Dann werden der Körper (10) und das Gehäuseteil (16) mittels Kondensator-Entladungsschweißen miteinander verbunden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gasgenerators.
  • Insbesondere im Beifahrerbereich haben sich Gasgeneratoren als günstig erwiesen, die einen rohrförmigen, meist langgestreckten, Körper aufweisen, an den radial ein weiteres Gehäuseteil angesetzt ist. Das angesetzte Gehäuseteil enthält z.B. einen Anzünder oder kann als Diffusor ausgebildet sein. Diese Technik erlaubt eine einfache Fertigung des Gasgenerators, da die konstruktiv aufwendige Anzündereinheit nicht zusammen mit Treibstoff oder Druckgas in den Körper des Gasgenerators eingebracht werden muß. Bei Verwendung eines radial angeordneten Diffusors ist es einfacher, das ausströmende Gas gezielt abzuleiten. Kritisch ist jedoch die Verbindung des radial angeordneten Gehäuseteils mit dem Körper.
  • In der US 2004/0200883 A1 wird vorgeschlagen, einen radialen Stutzen mittels Reibschweißens am Körper des Gasgenerators zu befestigen. Hierzu wird in den Körper des Gasgenerators eine Öffnung gebohrt, deren Umfang aufgrund der Geometrie des rohrförmigen Körpers elliptisch ausfällt. Um den Höhenunterschied entlang des Umfangs der Öffnung auszugleichen, wird das Ansatzende des Stutzens als Kegelstumpf gestaltet. Beim Reibschweißen ergibt sich durch die Rotationsbewegung ein kontinuierliches Kontaktband am Stutzen, was zu einer Schweißverbindung entlang der gesamten Rands der elliptischen Öffnung führt.
  • Die DE 20 2004 017 428 U1 zeigt ein Verfahren zur Befestigung eines radialen Stutzens mittels Kondensatorentladungsschweißens. Das Ansatzende des Stutzens ist hier derart gestaltet, daß lediglich zwei parallel zur Axialrichtung des Gasgeneratorkörpers verlaufende Berührlinien ausgebildet sind, entlang deren die Verschweißung erfolgt. Falls der Stutzen eine Anzündeinheit aufnimmt, muß die Abdichtung der Öffnung zum Körper des Gasgenerators über Dichtringe erfolgen.
    •
  • Zur Herstellung der Verbindung zwischen dem radial angeordneten Gehäuseteil und dem Körper des Gasgenerators wird nach einem fertigungstechnisch möglichst wenig aufwendigen Weg gesucht, der dennoch eine sichere Befestigung bei den bei der Aktivierung des Gasgenerators herrschenden hohen Drücken und Temperaturen gewährleistet.
  • Die Erfindung stellt ein Verfahren vor, das dieses Kriterium erfüllt, so daß ein Gasgenerator mit wenig Aufwand gefertigt werden kann.
  • Hierzu weist ein Verfahren zur Herstellung eines Gasgenerators folgende Schritte auf: ein rohrförmiger Körper, der in einer Umfangswand eine Öffnung aufweist, und ein Gehäuseteil mit einem Befestigungsende werden bereitgestellt. Die Geometrien des unmittelbaren Randes der Öffnung und des Befestigungsendes sind so abgestimmt, daß eine umlaufende Berührkante und eine umlaufende Berührfläche gebildet sind. Das Gehäuseteil wird so auf den Körper aufgesetzt, daß die Berührkante in Kontakt mit der Berührfläche ist, und der Körper und das Gehäuseteil werden mittels Kondensator-Entladungsschweißen miteinander verbunden. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, daß die Umfangswand des Körpers vor dem Anschweißen des Gehäuseteils nicht abgeflacht werden muß. Die Krümmung der Umfangswand im Bereich der Öffnung kann vor dem Verschweißen gegenüber dem ursprünglichen Körper unverändert sein. Da die Schweißnaht am unmittelbaren Rand der Öffnung gebildet wird, ist auch die Krafteinleitung während des Kondensator-Entladungsschweißens in den Körper sehr günstig, da ein Teil der Kräfte über den Rand der Öffnung in die Umfangswand eingeleitet wird. Dies vermeidet weitgehend ein Stauchen des Körpers in radialer Richtung, was zu Spannungen in der entstehenden ringförmig umlaufenden Schweißnaht führen könnte.
  • Es kann in Kauf genommen werden, daß die durch das Kondensator-Entladungsschweißen entstandene Schweißnaht entlang ihres Umfangs unterschiedliche Dicken aufweist, da sich herausgestellt hat, daß trotz dieser Erscheinung die Schweißnaht allen Anforderungen bezüglich ihrer Festigkeit genügt. Die in einer Axialrichtung des Körpers am weitesten außen liegenden Stellen weisen hier naturgemäß die größte Breite der Schweißnaht auf, während die bezüglich der Axialrichtung des Körpers am weitesten innen liegenden Abschnitte die schmalste Nahtbreite zeigen.
  • Bevorzugt ist die Berührkante am Rand der Öffnung vorgesehen. Die Berührkante kann erzeugt werden, indem der Rand der Öffnung abgeschrägt wird. Vorteilhaft wird diese Abschrägung durch Ansenken erreicht. Der Ansenkwinkel kann z.B. etwa 70° bezüglich der Mittelachse der Öffnung betragen. Durch das Ansenken, das in radialer Richtung bezüglich des Körpers erfolgt, ist es möglich, eine in einer Ebene verlaufende Berührkante zu erzeugen. Hierzu müssen natürlich der Durchmesser der Öffnung sowie die Wandstärke des Körpers entsprechend gewählt werden.
  • Bevorzugt beträgt der Durchmesser des Körpers mehr als das Doppelte des Durchmessers des aufgesetzten Gehäuseteils.
  • Die Berührfläche kann auf einfache Weise durch eine Abschrägung am Befestigungsende gebildet werden. Bevorzugt weist das Befestigungsende einen kegelstumpfförmigen Abschnitt auf, wobei die Kegelstumpffläche die Berührfläche bildet. Die Abschrägung des Befestigungsendes kann z.B. einen Winkel von etwa 45° mit einer Längsachse des Gehäuseteils einschließen. Die Achse des Kegelstumpfs fällt vorzugsweise mit der Längsachse des Gehäuseteils zusammen.
  • Vorzugsweise beträgt der Winkel zwischen einer Längsachse des Gehäuseteils und einer Längsachse des Körpers 90°, das Gehäuseteil wird also exakt in Radialrichtung auf den Körper aufgesetzt. Durch die im vorherigen beschriebene Ausbildung ist es möglich, eine Berührfläche und eine Berührkante auszubilden, die beim Aufsetzen des Gehäuseteils in die Öffnung des Körpers einen umlaufenden Kontakt zwischen der Berührkante und der Berührfläche schaffen. So läßt sich durch das folgende Kondensator-Entladungsschweißen mit nur mäßiger Druckbelastung eine komplett umlaufende, feste Schweißnaht erzielen.
  • Die Zylinderkrümmung der Umfangswand des Körpers kann bis an den Rand der Öffnung reichen, so daß ein Abflachen des Körpers im Bereich der Öffnung unnötig ist. Die Berührkante und die Berührfläche, die für das Kondensatorentladungsschweißen notwendig sind, sind am Befestigungsende des Gehäuseteils sowie unmittelbar am Rand der Öffnung des Körpers ausgebildet.
    •
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und den beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 einen Schnitt durch einen Abschnitt eines Körpers eines erfindungsgemäßen Gasgenerators;
  • 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in 1;
  • 3 vergrößert den Rand der Öffnung in 1;
  • 4 eine vergrößerte Schnittansicht eines Gehäuseteils eines erfindungsgemäßen Gasgenerators;
  • 5 eine Schnittansicht des Gehäuseteils in 4 verbunden mit dem Körper in 1;
  • 6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI in 5;
  • 7 eine Variante der in 6 gezeigten Baugruppe;
  • 8 und 9 perspektivische Ansichten des Körpers und des damit verbundenen Gehäuseteils eines erfindungsgemäßen Gasgenerators; und
  • 10 eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Gasgenerators mit angesetzten Elektroden.
  • Das Verfahren zur Herstellung eines Gasgenerators beginnt mit der Bereitstellung eines rohrförmigen Körpers 10, wie er z.B. als Außengehäuse von herkömmlichen Rohrgasgeneratoren bekannt ist. Die exakte Form des Körpers ist für die Erfindung nicht von Bedeutung. Der Körper 10 nimmt ein Treibmittel auf, z.B. eine oder mehrere Ladungen aus Festtreibstoff, Druckgas oder Flüssiggas in jeweils einer oder mehreren Kammern. Der Körper 10 weist in einer gekrümmten, hier zylindrischen Umfangswand 12 eine radiale Öffnung 14 auf. An diese Öffnung 14 wird später das in 4 gezeigte Gehäuseteil 16 von einer Außenseite des Körpers 10 in Radialrichtung r angesetzt. In gezeigtem Beispiel sind auf der der Öffnung 14 abgewandten Seite der Umfangswand 12 in zwei parallelen Reihen angeordnete Ausströmöffnungen 18 für das im Gasgenerator erzeugte Gas vorgesehen.
  • Der unmittelbare Rand 20 der Öffnung 14 ist angesenkt, im hier gezeigten Beispiels mit einem Winkel von 70° bezüglich der Radialrichtung r, die mit einer Mittelachse AO der Öffnung 14 zusammenfällt. Dieser Winkel ist in 3 mit α bezeichnet. Durch das Ansenken wird der Rand 20 der Öffnung 14 zumindest stellenweise abgeschrägt. Die Tiefe der Ansenkung ist abhängig von der Krümmung der Umfangswand 12 im Bereich der Öffnung 14 sowie der Wandstärke d der Umfangswand 12 im Bereich der Öffnung 14. Durch das Ansenken entsteht eine Berührkante 22, die am Rand 20 der Öffnung 14 die Öffnung 14 vollständig umrundet. Die Berührkante 22 liegt in einer Ebene senkrecht zur Radialrichtung r und bezüglich der Außenoberfläche der Umfangswand 12 entlang des Umfangs der Öffnung 14 unterschiedlich von der Außenoberfläche beabstandet. Eine solche Berührkante 22 kann erzeugt werden, solange der Höhenunterschied des Randes 20 der Öffnung 14 (senkrecht zu einer Längsachse AK des Körpers 10) kleiner oder gleich der Wandstärke d der Umfangswand 12 im Bereich der Öffnung 14 ist. Im gezeigten Beispiel liegt die Wandstärke des Körpers 10 bei 2,5 mm, der Durchmesser der Öffnung 14 ist 10 mm, und die Tiefe de der Einsenkung beträgt 1 mm.
  • Das hier im wesentlichen rohrförmige Gehäuseteil 16 weist einen zylindrischen Stutzen 24 sowie ein axial daran anschließendes Befestigungsende 26 auf. Der Stutzen 24 kann z.B. einen Anzünder und eventuell eine Verstärkerladung aufnehmen. Er könnte aber auch als Diffusor zum Auslaß des vom Gasgenerator erzeugten Gases oder als massiver Befestigungsstutzen mit einem am freien Ende vorgesehenen Gewinde ausgebildet sein. Das Gehäuseteil 16 weist im Befestigungsende 26 eine entlang einer Längsachse AG des Gehäuseteils 16 verlaufende Bohrung 17 auf, so daß nach der Verbindung des Gehäuseteils 16 mit dem Körper 10 eine durchgehende Strömungsverbindung zwischen dem Inneren des Körpers 10 und dem Inneren des Gehäuseteils 16 besteht.
  • Das Befestigungsende 26 dient zur Verbindung des Gehäuseteils 16 mit dem Körper 10. Es weist einen kegelstumpfförmigen, sich in Richtung des freien Endes des Befestigungsendes 26 verjüngenden Abschnitt auf, wobei die Achse des Kegelstumpfs mit der Längsachse AG des Gehäuseteils 16 zusammenfällt. Die außenliegende Fläche des Kegelstumpfs bildet eine um die Achse AG umlaufende Berührfläche 28. Der maximale Durchmesser des Kegelstumpfs und damit der der Berührfläche 28 senkrecht zur Achse AG ist so gewählt, daß er größer ist als der maximale Durchmesser der Öffnung 14. Der minimale Durchmesser des Kegelstumpfs und der Berührfläche 28 ist hingegen kleiner als der minimale Durchmesser der Öffnung 14.
  • Die Berührfläche 28 verläuft im gezeigten Beispiel in einem Winkel von 45° zur Achse AG, so daß der Kegelstumpf einen Winkel von 90° einschließt. Dieser Winkel ist in 4 mit β bezeichnet. An den Kegelstumpf schließt sich ein weiterer zylindrischer Abschnitt an, der später geringfügig in das Innere des Körpers 10 hineinragen kann, wie z.B. in 5 zu erkennen ist.
  • Zur Verbindung des Gehäuseteils 16 mit dem Körper 10 wird das Gehäuseteil 16 von außen mit seinem Befestigungsende 26 radial in die Öffnung 14 eingesteckt. Die Achsen AG und AK stehen senkrecht aufeinander. Die Berührkante 22 ist jetzt umlaufend in Kontakt mit der Berührfläche 28. Im nächsten Schritt werden der Körper 10 und das Gehäuseteil 16 mittels Kondensator-Entladungsschweißen miteinander verbunden (siehe 10). Hierbei sackt das Gehäuseteil 16 etwa 0,5 bis 0,6 mm in radialer Richtung r in den Körper 10 ein. Die beim Kondensator-Entladungsschweißen aufgebrachten Druckkräfte werden aufgrund der Anordnung der Berührkante 22 am Rand 20 der Öffnung 14 sowie der abgeschrägten umlaufenden Berührfläche 28 am Gehäuseteil 16 weitgehend in die Umfangswand 12 des Körpers 10 eingeleitet und nicht ausschließlich in radialer Richtung r auf den Körper 10 übertragen. Es kommt also nur zu einem geringen Zusammenpressen des Körpers 10 in radialer Richtung r während des Schweißvorgangs.
  • In 10 sind der Körper 10 und das Gehäuseteil 16 vor dem Schweißvorgang in Kontakt mit den Elektroden 60, 70 gezeigt. Die Berührkante 22 ist schematisch dargestellt. Die obere Elektrode 60 umgreift das freie Ende des Gehäuseteils 16, das dem Befestigungsende 26 gegenüberliegt. Die oberer Elektrode 60 kann z.B. als dreigeteilte Spannzange ausgebildet sein. Der Körper 10 liegt in einer wannenförmigen unteren Elektrode 70, die gegenüber der oberen Elektrode 60 angeordnet ist. In Richtung der Körper-Langsachse AK weist die untere Elektrode 70 etwa die 1,5fache Länge des Gehäuseteils 16 bzw. dessen Befestigungsendes 26 auf.
  • Die durch das Kondensator-Entladungsschweißen gebildete, vollständig umlaufende ringförmige Schweißnaht 29 weist entlang ihres Umfangs unterschiedliche Dicken auf. Die Schweißnaht 29 ist am breitesten in den bezüglich der Längsachse AK des Körpers 10 am weitesten außen liegenden Abschnitten der Schweißnaht 29. Analog ist an den bezüglich der Längsachse AK des Körpers 10 am weitesten innen liegenden Bereichen, also an den um 90° zu den außen liegenden Bereichen versetzten Abschnitten, die Schweißnaht 29 am schmalsten. Die in 5 gezeigten Kontaktpunkte zwischen dem Gehäuseteil 16 und dem Körper 10 zeigen Stellen mit der breitesten Schweißnaht 29, während die in 6 gezeigten analogen Kontaktpunkte die Stellen mit der schmalsten Schweißnaht 29 zeigen (aus Gründen der Anschaulichkeit jeweils nur an einer Seite dargestellt). Ebenso wie die Berührkante 22 liegt auch die Schweißnaht 29 über den Umfang der Öffnung 14 gesehen auf unterschiedlicher Höhe bezüglich der Außenoberfläche der Umfangswand 12.
  • Da die Schweißverbindung auf der Anschrägung des Randes 20 der Öffnung 14 des Körpers 10 erfolgt, sind von der Schweißnaht mehrere angeschnittene Schichten der Umfangswand 12 betroffen. Diese Schichten entstehen beim Fließpressen des Körpers 10. Durch diese entstehende Schichtstruktur ergibt sich eine hohe Festigkeit der Schweißverbindung.
  • Zur Fertigstellung des Gasgenerators wird der Körper 10 mit einem geeigneten Treibmittel sowie eventuell weiteren vorgesehenen Bauteilen wie Kammerwänden oder Filtern versehen und verschlossen. Gleiches gilt für das Gehäuseteil 16. Hier kann z.B. eine Anzündereinheit eingesetzt werden.
  • In 7 ist im Inneren des Körpers 10 ein Brennkammereinsatz 30 gezeigt. Dieser weist radial nach innen gerichtete Einbuchtungen 32, 34 auf, von denen die Einbuchtung 32 direkt unterhalb der Bohrung 17 angeordnet ist, während die Einbuchtungen 34 in etwa diametral gegenüberliegend der Einbuchtung 32 ausgebildet sind. Die Einbuchtung 32 bildet einen Verteilerraum für aus einer Anzündereinheit im Gehäuseteil 16 einströmendes Gas. Die Einbuchtungen 34 stehen mit den Ausströmöffnungen 18 in Verbindung und stellen Expansionsräume für aus dem Gasgenerator ausströmendes Gas dar. Sowohl die Einbuchtung 32 als auch die Einbuchtungen 34 können sich über die gesamte axiale Länge des Gasgenerators erstrecken.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Gasgenerators mit den folgenden Schritten: a) ein rohrförmiger Körper (10), der in einer Umfangswand (12) eine Öffnung (14) aufweist, und ein Gehäuseteil (16) mit einem Befestigungsende (26) werden bereitgestellt, wobei die Geometrien des unmittelbaren Randes (20) der Öffnung (14) und des Befestigungsendes (26) so abgestimmt sind, daß eine umlaufende Berührkante (22) und eine umlaufende Berührfläche (28) gebildet sind, b) das Gehäuseteil (16) wird so auf den Körper (10) aufgesetzt, daß die Berührkante (22) in Kontakt mit der Berührfläche (28) ist und c) der Körper (10) und das Gehäuseteil (16) werden mittels Kondensator-Entladungsschweißen miteinander verbunden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch das Kondensator-Entladungsschweißen entstandene Schweißnaht (29) entlang ihres Umfangs unterschiedliche Dicken aufweist.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührkante (22) am Rand (20) der Öffnung (14) vorgesehen ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand (20) der Öffnung (14) abgeschrägt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Rand (20) der Öffnung (14) eine Abschrägung durch Ansenken erzeugt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansenken mit einem Winkel von etwa 70° bezüglich einer Mittelachse (AO) der Öffnung (14) erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührfläche (28) durch eine Abschrägung am Befestigungsende (26) gebildet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschrägung des Befestigungsendes (26) einen Winkel von etwa 45° mit einer Längsachse (AG) des Gehäuseteils (16) einschließt.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen einer Längsachse (AG) des Gehäuseteils (16) und einer Längsachse (AK) des Körpers (10) etwa 90° beträgt.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderkrümmung der Umfangswand (12) bis an den Rand (20) der Öffnung (14) reicht.
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