DE19511491A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Stanzen von Löchern in hohlen Werkstücken, insbesondere in Brennkammerrohren von Gasgeneratoren für passive Rückhaltesysteme in Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Stanzen von Löchern in hohlen, vorzugsweise rohrförmigen Werkstücken, mit zum Stan­ zen der Löcher dienenden, in Führungen hin- und herbewegbaren Stempeln sowie die Verwendung dieses Verfahrens zum Stanzen von Treibgasaustritts­ öffnungen in Brennkammerrohren von Gasgeneratoren für passive Rückhal­ tesysteme, insbesondere Airbag, Gurtstraffer in Kraftfahrzeugen.

Es gibt Fälle, in denen es wünschenswert ist, in hohlen Werkstücken Löcher von innen nach außen zu stanzen. Dies ist beispielsweise bei Brennkammer­ rohren von Gasgeneratoren für Airbags von Kraftfahrzeugen der Fall. Bei diesen Brennkammerrohren dienen die Löcher in der Rohrwandung dazu, das durch die Zündung des in der Kammer befindlichen, treibgaserzeu­ genden Festtreibstoffes entstehende Gasvolumen ausreichend rasch aus dem Rohr aus- und in den Airbag zu dessen Aufblasen eintreten zu lassen und werden daher Gasaustrittsöffnungen genannt. Vor der Explosion müs­ sen jedoch diese Gasaustrittsöffnungen geschlossen sein, um den Festtreib­ stoff vor dessen Eigenschaften nachteilig beeinflussenden Umweltein­ flüssen, insbesondere vor Feuchtigkeit zu schützen. Dies geschieht in der Regel dadurch, daß an der Innenseite der die Löcher enthaltenden Rohrwand eine bei Druck leicht aufreißbare Folie angeordnet wird, welche die Gasaustrittsöffnungen überdeckt. Um ein unerwünschtes, vorzeitiges Aufreißen dieser dünnen Folie zu verhindern, dürfen die Lochränder an der Innenseite der Rohrkammer keine Grate haben, die in der Regel beim Stanzen der Löcher von außen nach innen entstehen.

Es sind Gasgeneratoren bekannt, bei denen vor den Austrittsöffnungen in dessen Brennkammerrohr Grobfilter angeordnet sind. Auch bei diesen Brennkammerrohren sind Grate an der Innenseite der Öffnungen störend, da beim Einführen der Filter sich diese an den Graten verhaken.

Der Erfindung liegt daher die Erkenntnis zugrunde, daß es zur Herstellung von Löchern in den Wänden von hohlen Werkstücken, wie rohrförmigen Brennkammern (Brennkammerrohren) unter Vermeidung einer Nachbear­ beitung zweckmäßig ist, diese Löcher vom Inneren des hohlen Werkstücks aus nach außen zu stanzen. Aufbauend auf dieser Erkenntnis liegt der Erfin­ dung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem in Hohlräu­ men, auch in engen Hohlräumen, von Werkstücken, wie Rohren oder der­ gleichen, Löcher von innen nach außen gestanzt werden können. Diese Auf­ gabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst, welche darin bestehen, das hohle Werkstück auf ein Auf­ nahmemittel aufzuschieben und zu fixieren, wobei dieses Aufnahmemittel die Stempel mit ihren Führungen umfaßt, die hintereinander angeordnet sind. Des weiteren weisen die Stempel erste Mittel und das Aufnahmemittel zweite Mittel auf, die zur Bewegung der Stempel in Wirkverbindung stehen. Mit diesem Verfahren lassen sich Brennkammerrohre herstellen, deren Gas­ austrittsöffnungen an der Innenseite keine Grate aufweisen und somit die oben aufgeführten Nachteile vermieden werden.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Stanzen von Lö­ chern in hohlen, vorzugsweise rohrförmigen Werkstücken, insbesondere von Gasaustrittsöffnungen in Gasgeneratoren wird eine Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 3 angegeben. Hiernach weist die Vorrichtung einen Dorn auf, auf den das mit den zu stanzenden Löchern zu versehene hohle Werkstück mit Paßsitz aufschiebbar ist, in welchem Dorn die Stempel mit ihren Führungen in Dornachsrichtung hintereinander ange­ ordnet sind, in bzw. an welchen Führungen die Stempel etwa quer zur Längsachse des Dornes verschiebbar sind, welche Stempel an ihrer Rückseite eine zur Dornachse schräge Rückfläche haben, die mit einer dazu parallelen Schrägfläche eines Keiles zusammenwirkt, der im Dorn parallel zu dessen Längsachse hin- und herbewegbar ist. Vorteilhaft sind die Führungen von den Wänden von Aufnahmeräumen für die Stempel gebildet, welche Räume im Dorn angeordnet bzw. ausgebildet sind. Zweckmäßig sitzt der Keil an ei­ nem Schlitten, der mit dem Keil in einer Führung im Dorn parallel zu dessen Längsachse hin- und herschiebbar ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann so klein bemessen sein, daß ihr die Stanzwerkzeuge enthaltender Dorn auch für Werkstücke mit relativ kleinem Hohlraum bemessen werden kann.

Es ist nicht notwendig, daß jedem Stempel eine eigene Keilfläche zugeord­ net wird, da der Keil bei seiner Bewegung nacheinander mehrere Stempel betätigen kann. Sind im Dorn jedoch eine größere Anzahl von Stempeln ent­ halten, ist es zweckmäßig, daß mehrere Keile im Dorn gleichzeitig betätigt werden, welche an ein und derselben Keilschiene sitzen können.

Um die Stempel nach ihrer Stanzbewegung wieder in ihre Ausgangsstellung zurückzuschieben, ist zweckmäßig jedem Stempel gegenüberliegend ein stiftförmiges Stempelrückstoßorgan angeordnet, welches nach dem Stanz­ vorschub des Stempels zu diesem hin vorschiebbar ist und den Stempel in Ausgangsstellung zurückschiebt. Ferner kann jedem Stempel ein Butzenaus­ stoßer zugeordnet sein, der die aus dem Werkstück herausgestanzten But­ zen in einen Abführkanal schiebt, wo die Butzen z. B. durch Schwerkraft oder Druckluft abgefördert werden können.

Ein nach dem Verfahren mittels der Vorrichtung hergestelltes Brennkam­ merrohr kann mit Vorteil zum Aufbau eines Gasgenerators für einen Airbag oder einen Gurtstrammer verwendet werden. Gegenüber dem Stand der Technik muß nun nicht mehr eine Entgratung an der Innenseite der Gasaus­ trittsöffnungen des Brennkammerrohres durchgeführt werden, wodurch die Fertigungskosten gesenkt werden können.

Im folgenden soll das erfindungsgemäße Verfahren anhand einer für die Durchführung dieses Verfahrens geeigneten Vorrichtung dargestellt und er­ läutert werden sowie ein Gasgenerator beschrieben werden, dessen Brenn­ kammerrohr mit dieser Vorrichtung bearbeitet wurde. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Stanzvorrichtung gemäß der Er­ findung im Längsschnitt,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung nach Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Querschnittsdarstellung nach Linie III-III in Fig. 1,

Fig. 4 einen Gasgenerator mit einer Teilansicht im Längsschnitt und

Fig. 5 einen weiteren Gasgenerator in Teilansicht.

Bei dem in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Vor­ richtung enthält der an der Unterseite eines Trägers angeordnete Dorn 1 acht in Dornachsrichtung hintereinander angeordnete Stempel 2. Der Dorn ist zylindrisch ausgebildet und in seinem Querschnitt derart bemessen, daß das mit den zu stanzenden Löchern zu versehende rohrförmige Werkstück 3 mit Paßsitz auf den Dorn aufschiebbar ist. Die Stempel 2 sitzen jeweils an der Vorderseite eines Gleitkörpers 4, der in einer Führung 5 im Dorn senkrecht zu dessen Längsachse hin- und herbewegbar ist. Diese Führungen 5 werden von den Wänden von Aufnahmeräumen 6 gebildet, die an ihren der Stem­ pelvorderseite und der Stempelrückfläche benachbarten Seiten offen sind. Die Gleitkörper 4 der Stempel und ihre die Führungen 5 bildenden Aufnah­ meräume 6 besitzen im in Fig. 2 gezeigten Querschnitt Trapezform. An der offenen Rückseite dieser Aufnahmeräume befindet sich im Dorn ein sich parallel zu dessen Längsachse erstreckender und sich in Achsrichtung längs einer Führung 10 hin- und herverschiebbarer Keilschlitten 7, der mit zwei im Abstand von vier Stempeln 2 angeordneten, zu den Gleitkörpern 4 hin vor­ springenden Keilen 8 versehen ist. Diese Keile wirken mit zu ihrer Schrägflä­ che parallelen, schrägen Rückflächen 9 der Gleitkörper 4 derart zusammen, daß bei einem Ziehen des Keilschlittens 7 in Richtung des in Fig. 1 nach oben gerichteten Pfeiles ein Stanzvorschub der mit ihrer Rückfläche 9 an den Keilen 8 anliegenden Stempel 2 durch die mit den Löchern zu versehen­ de Wand des Werkstücks 3 hindurch erfolgt, wobei sich das Werkstück 3 an der Matrize 11 der Stanzvorrichtung abstützt. Die Führung 10 für den Keil­ schlitten 7 besteht aus einer im Querschnitt etwa U-förmigen Schiene, die im Dorn in Achsrichtung der Stempel 2 derart beweglich gelagert ist, daß sie sich trotz seiner Toleranzen exakt an das Werkstück 3 anlegen kann.

Mit den beiden Keilen 8 an der Keilschiene 7 können jeweils vier Stempel hin­ tereinander in Stanzbewegung gebracht werden. Nach dem Ausstanzen der Löcher im Werkstück 3 kann der Keilschlitten 7 mit seinen Keilen 8 wieder in seine untere Ausgangsstellung gebracht werden, worauf die Stempel in ihre Ausgangsstellung im Dorn zurückgeschoben werden können. Dies geschieht dadurch, daß jedem Stempel 2 gegenüberliegend ein nadelförmiges Stem­ pelrückstoßorgan 12 zugeordnet ist, welches nach dem Stanzvorschub des Stempels zu diesem hin in der Matrize 11 vorschiebbar ist, bis der Stempel in seine Ausgangsstellung zurückgekehrt ist. Sämtliche Stempelrückstoßstifte 12 sitzen an einer Verbindungsleiste 13, die über einen in der Zeichnung nicht dargestellten Antriebszylinder in Bewegungsrichtung der Rückstoßor­ gane hin- und herbewegbar ist.

In Fig. 1 ist der Keilschlitten 7 mit seinen Keilen 8 in einer Lage gezeichnet, in die beide Keile 8 bereits jeweils einen Stempel in seine Stanzendstellung bewegt haben, in der diese jeweils einen Butzen 14 aus der mit den Löchern zu versehenden Wand des rohrförmigen Werkstückes 3 ausgestanzt haben, und in der die Kelle den Stanzvorschub von jeweils einem weiteren Stempel 2 bewirken. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel werden die aus der Rohrwandung ausgestanzten Butzen 14 von jedem Stem­ pel zugeordneten, stiftförmigen Butzenausstoßern 15 in einen Abführkanal 16 geschoben, in welchem die Butzen durch Schwerkraft, Druckluft oder der­ gleichen abgefördert werden können. Sämtliche Butzenausstoßer 15 sitzen an einem gemeinsamen Schlitten 17, der durch einen Antriebszylinder (nicht dargestellt) senkrecht zur Bewegungsrichtung der Stempel hin- und herbe­ weg bar ist.

Wie sich bereits aus dem Vorstehenden ergibt, kann die erfindungsgemäße Stanzvorrichtung zum Ausstanzen von Löchern aus jedem beliebigen Hohl­ körper ausgebildet sein. Hierzu bedarf es lediglich einer Anpassung des Dor­ nes und der Stempel mit Gleitkörpern und deren Führungen an die Abmes­ sungen des hohlen Werkstücks.

Insbesondere läßt sich mit dieser Vorrichtung das Brennkammerrohr des in Fig. 4 bzw. 5 dargestellten Gasgenerators bearbeiten.

Der Gasgenerator nach Fig. 4 weist eine zylindrische Form auf, so daß ein Brennkammerrohr 3 und ein dieses Brennkammerrohr konzentrisch um­ schließendes Blechgehäuse 19 ebenfalls zylindrisch ausgebildet wird.

Zum Erzeugen des den Gassack aufblasenden Treibgases enthält das Brenn­ kammerrohr 3 einen in Tablettenform vorliegenden Festtreibstoff 17, der von einer Berstfolie 18 umgeben ist, um diesen Treibstoff vor schädlichen Umwelteinflüssen, insbesondere Feuchtigkeit zu schützen.

Dieser Festtreibstoff 17 wird von einer Anzündeinheit 21 gezündet, die eine Anzündmischung 22, meist Schwarzpulver enthält.

Die Anzündeinheit 21 ihrerseits wird von einer Zündpille 23 gezündet, die in einer an einer Stirnseite des Brennkammerrohres 3 angeflanschten Buchse gehalten wird. Über Stecker an der Zündpille 23 erfolgt die elektrische Kon­ taktierung um die Zündung auszulösen. Den Abschluß an dieser Stirnseite bil­ det ein Halte- und Zentrierring 24, der auch die Umbördelung 25 des Gehäu­ ses 19 abdeckt. Die gegenüberliegende offene Stirnseite des Brennkammer­ rohres 3 schließt ein Deckel 26 ab, der bei 27 von dem Gehäuse 19 umbördelt ist. Mittels eines Gewindes wird dieser Deckel 26 auf die offene Stirnseite des Brennkammerrohres 3 aufgeschraubt.

Nach Zündung des Festtreibstoffes 17 reißt die Berstfolie 18 auf und das er­ zeugte Gas strömt über Gasaustrittsöffnungen 28 in den als Filterraum die­ nenden Zwischenraum zwischen dem Brennkammerrohr 3 und dem Gehäu­ se 19. Die Gasaustrittsöffnungen 28 sind mit der oben beschriebenen Vor­ richtung zum Stanzen von Löchern hergestellt.

In diesem Filterraum befindet sich ein Filter 20, das von dem Gas durch­ strömt wird, das anschließend über Öffnungen 29 in dem Gehäuse 19 aus dem Gasgenerator austritt, um einen nicht dargestellten Gassack aufzubla­ sen.

Bei der Montage dieses Gasgenerators besteht keine Gefahr, daß beim Ein­ führen des Treibstoffes 17 in das Brennkammerrohr 3 die Berstfolie beschä­ digt wird.

Die Fig. 5 zeigt eine Teilansicht eines Gasgenerators gemäß Fig. 4 mit dem Unterschied, daß die den Treibstoff 17 umgebende Berstfolie 18 nicht direkt an den Gasaustrittsöffnungen 28 anliegt, sondern an einem Filter 30, der sei­ nerseits diese Öffnungen 28 abdeckt. Das erzeugte Gas strömt daher zu­ nächst durch dieses Filter, bevor es über die Öffnungen 28 das Brennkam­ merrohr 3 verläßt.

Da dieses Brennkammerrohr 3 an der Innenseite der Gasaustrittsöffnungen 28 keine Grate mehr aufweist, läßt sich ohne die Gefahr einer Verhakung das Filter 30 bei der Montage des Gasgenerators in das Brennkammerrohr 3 ein­ schieben.

Der Vorteil der Verwendung eines solchen Brennkammerrohres ergibt sich dadurch, daß die aufgrund einer Stanzung der Gasaustrittsöffnungen gemäß dem Stand der Technik von außen nach innen entstehenden Grate an der In­ nenseite nun nicht mehr durch einen kostenintensiven zusätzlichen Vorgang beseitigt werden müssen, sondern aufgrund der Verwendung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens erst gar nicht an der Innenseite der Gasaustritts­ öffnungen entstehen. Ein an der Außenseite der Gasaustrittsöffnungen ent­ stehender Grat läßt sich bei Bedarf dagegen leicht und einfach beseitigen.

Claims (16)

1. Verfahren zum Stanzen von Löchern in hohlen, vorzugsweise rohrförmi­ gen Werkstücken mittels zum Stanzen der Löcher dienenden, in Führungen hin- und herbewegbaren Stempeln, gekennzeichnet durch folgende Merk­ male:

• a) es ist ein Aufnahmemittel (1) vorgesehen, auf das das hohle Werk­ stück (3) aufschiebbar und fixierbar ist,
• b) ferner umfaßt das Aufnahmemittel (1) die Stempel (2) mit ihren Füh­ rungen, die senkrecht zur Aufschieberichtung hintereinander ange­ ordnet sind und
• c) schließlich weisen die Stempel (2) erste Mittel (9) und das Aufnahme­ mittel (1) in Aufschieberichtung hin- und herbewegbare zweite Mittel (8) auf, die zur Bewegung der Stempel (2) in Wirkverbindung stehen.

2. Verfahren zum Stanzen von Treibgasaustrittsöffnungen in Brennkammer­ rohren (3) von Gasgeneratoren für passive Rückhaltesysteme in Kraftfahrzeu­ gen unter Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei das Brenn­ kammerrohr (3) einen treibgaserzeugenden Festtreibstoff (17) und eine An­ zündeinheit (21) aufweist.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen Dorn (1) hat, auf den das mit den zu stanzenden Löchern zu versehende hohle Werkstück (3) mit Paß­ sitz aufschiebbar ist, in welchem Dorn die Stempel (2, 4) mit ihren Führungen (5) in Dornachsrichtung hintereinander angeordnet sind, in bzw. an welchen Führungen die Stempel etwa quer zur Längsachse des Dornes verschiebbar sind, welche Stempel an ihrer Rückseite eine zur Dornachse schräge Rückflä­ che (9) haben, die mit einer dazu parallelen Schrägfläche eines Keiles (8) zu­ sammenwirkt, der im Dorn parallel zu dessen Längsachse hin- und herbe­ wegbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führun­ gen (5) von den Wänden von Aufnahmeräumen (6) für die Stempel (2, 4) ge­ bildet sind, welche Räume im Dorn (1) ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeräume (6) für die Stempel (2, 4) an ihren der Stempelvordersei­ te und der Stempelrückfläche benachbarten Seiten offen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Keil (8) an einem Schlitten (7) sitzt, die mit dem Keil im Dorn (1) parallel zu dessen Längsachse hin- und herschiebbar ist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammenwirkenden Schrägflächen von Stempelrückseite (9) und Keil (8) so zur Dornlängsachse schräg gerichtet sind, daß beim Ziehen des Keilschlit­ tens (7) die Stempel (2, 4) die Stanzbewegung ausführen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Keilschlit­ ten (7) in einer Führung (10) im Dorn (1) längsverschiebbar gelagert ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (10) für den Keilschlitten (7) im Dorn (1) querbeweglich gelagert ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Keil­ schlitten (7) in seiner Längsrichtung mehrere Keile (8) hintereinander auf­ weist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Stem­ pel (2, 4) gegenüberliegend ein stift- oder nadelförmiges Stempelrückstoß­ organ (12) zugeordnet ist, welches nach dem Stanzvorschub des Stempels zu diesem hin vorschiebbar ist und den Stempel in Ausgangsstellung zurück­ schiebt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Stempelrückstoßorgane (12) an einer Leiste (13) angeordnet sind, die durch einen in einem Zylinder bewegten Kolben hin- und herschiebbar ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Stem­ pel (2, 4) ein Butzenausstoßer (15) zugeordnet ist, der etwa senkrecht zur Be­ wegungsrichtung des Stempels hin- und herbewegbar ist und den aus dem Werkstück (3) herausgestanzten Butzen (14) in einen gegenüber der Stempel­ bewegungsrichtung seitlich angeordneten Abführkanal (16) schiebt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Butzenausstoßer (15) an einem Schlitten (17) angeordnet sind, die ihrerseits mit einem in einem Zylinder bewegten Kolben verbunden und durch diesen in ihrer Bewegungsrichtung hin- und herbewegbar ist.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausstanzen eines einzigen Loches im Werkstück (3) nur ein Stempel (2, 4) im Dorn (1) vorgesehen ist.

16. Gasgenerator mit einem gemäß Anspruch 2 oder 3 bis 15 hergestellten Brennkammerrohr (3), bei dem das Brennkammerrohr (3) einen treibgaser­ zeugenden Festtreibstoff (17) und eine Anzündeinheit (21) aufweist und ein Gehäuse (19) vorgesehen ist, das das Brennkammerrohr (3) konzentrisch um­ gibt.