DE2705942A1 - Filter - Google Patents

Description

PATENTANWALT DIPL-ING. KARL H. WAGNER

POSTFACH

12. Februar 1977

77-E-2O96

EATON CORPORATION, Cleveland, Ohio 44114, V.St.A.

Filter

Die Erfindung bezieht sich auf Filter für die Strömungsmittelversorgungen von Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystemen, welche Verbrennungsgasgeneratoren verwenden. Die Benutzung von mehrere Schichten aufweisenden FiIteranordnungen in Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystemen und Verwendung von Verbrennungsgasgeneratoren sind bekannt. Beispielsweise sind solche Filter in den DT-OS 26 00 426 und 26 29 462 beschrieben. Bei der Verwendung derartiger Filteranordnungen können jedoch gewisse Nachteile auftreten. Einer dieser Nachteile besteht in der Tendenz der festen Verunreinigungen, sich in bestimmten Gebieten des Filters zu konzentrieren und sodann durch die Filterlagen hindurchzubrennen. Diese Tendenz wird im allgemeinen als "Nadelöffnungsbildung" bezeichnet. Ein weiterer Nachteil besteht in der Tendenz solcher Filter, die "Kanalbildung" zu gestatten, d.h. die Umgehung von einer oder mehreren Filterlagen oder -schichten durch einen Teil des strömenden Gas infolge einer nicht ausreichenden Halterung von einer oder mehreren der Lagen dann, wenn Zwischentragglieder nicht verwendet werden oder wirkungslos sind. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die bekannten Filter eine hohe Wärmekapazität besitzen, was die Verwendung großer Mengen an verbrennbarem Material erforderlich macht, um die Aufblasung der Umschließung zu bewirken.

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Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, eine verbesserte Filteranordnung für ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem vorzusehen, welches Verbrennungsgasgeneratoren benutzt und die Konzentration der durch den Filter laufenden Verunreinigungen minimiert. Ferner sieht die Erfindung einen Filter vor, der die Tendenz der Verbrennungsgase, den Filter zu umgehen, minimiert. Schließlich hat sich die Erfindung zum Ziel gesetzt, einen Filter anzugeben, dessen Wärmekapazität die Verwendung einer minimalen Verbrennungsmaterialmenge zur Bewirkung des Aufblasens gestattet.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung sind die Lagen des nicht gewebten Plenummaterials ineinandergreifend (verflochten) zwischen den Lagen aus faserigem Filtermaterial von wesentlich niedriger Porosität zur Halterung des Filtermaterials, zur gleichmäßigen Verteilung der Verunreinigungen und zur Gestattung einer hohen Gasvolumenströmung pro Masse verbrennbarem Material.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Tei!querschnitt einer StrömungsmittelVersorgung mit dem erfindungsgemäßen Filter;

Fig. 2 einen Explosionsteilquerschnitt der erfindungsgemäßen Filteranordnung;

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Filteranordnung längs der Linie 3-3 in Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 weist eine Strömungsmittelversorgung 10 eine zylindrische Gehäuseanordnung 12, eine Zündanordnung 14, Mittel 16 zur Erzeugung von Gas durch Aufblasen mittels Verbrennung und eine Filteranordnung 18 auf, die zwischen den Gaserzeugungsmitteln 16 und dem Gehäuse 12 angeordnet ist.

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Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Darstellung der Filteranordnung 18 verwendet bei einer Strömungsmittelversorgung in einem zylindrischen Gehäuse gemäß der Zeichnung nicht einschränkend verstanden werden soll. Der erfindungsgemäße Filter kann auch bei anderen StrömungsmittelVersorgungen (vgl. beispielsweise die Flachpackungs-Strömungsmittelversorgung gemäß U.S. Serial No. 539,220 der Anmelderin) verwendet werden, wie sich auch aus der folgenden Beschreibung ergibt.

Die Gehäuseanordnung 12 umfaßt einen Basisteil 20, einen Strömungsmittelleitteil 22 und eine Endkappe 24. Der Basisteil 20 ist vorzugsweise an einem Ende des Strömungsmittelleitteils 22 durch Schweissen oder dgl.,wie bei 26 gezeigt, befestigt und trägt ein Ende der Zünderanordnung 14 in einer mittig angeordneten Bohrung 28, die durch einen Stopfen 3O verschlossen ist.

Der Strömungsmittelleitteil 22 bildet einen im ganzen zylindrischen Mantel, durch den eine Vielzahl von axial und mit Umfangsabstand angeordneten Offnungen 32 ausgebildet sind.

Das Ende des Strömungsmittelleitteils 22 entgegengesetzt zum Basisteil 2O ist mit einem Innengewinde bei 36 dargestellt, um die ein Aussengewinde aufweisende Endkappe 24 aufzunehmen.

Die Zündanordnung 14 ist in eine mittig angeordnete, mit Innengewinde versehene Bohrung 38 in der Endkappe 24 eingeschraubt. Die Zündanordnung 14 kann irgendeine bekannte Konstruktion aufweisen, ist in aber in Fig. 1 von einer Bauart, welche elektrische Leiter 4O zur Signalaufnahme von einem (nicht gezeigten) Zusammenstoßfühler beim Auftreten eines Zusanunenstosses besitzt.

Die Gaserzeugungsmittel 16 umfassen eine geeignete Verbrennungsmaterialfüllung im Raum zwischen der Zündanordnung 14 und der Filteranordnung 18. Obwohl auch irgendwelche andere Verbrennungsmaterialien verwendet werden können, so werden doch

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solche in fester Granulatform und in der Zusammensetzung gemäß U.S. Serial No. 528,199 vom 29. 11. 1974 bevorzugt. Die spezielle Anordnung des Gaserzeugungsmaterials erfolgt vorzugsweise wie in der DT-OS 26 29 462 angegeben.

Die Filteranordnung 18 wird in einer im wesentlichen zylindrischen Gestalt ausgebildet, wie man dies am besten in den Fig. 1 und 3 erkennt,und besitzt dabei eine relativ dünne gelochte Platte 40 mit einer Vielzahl von mit Axial- und Radialabstand angeordneten Löchern 42, einem inneren Tragschirm oder Sieb 44, ersten und zweiten äußeren Tragschirmen oder Sieben 46 bzw. 48 und einer Vielzahl von Lagen oder Schichten aus deformierbarem, faserigem Filtermaterial 50.

Die Komponenten der Filteranordnung 18 sind im allgemeinen in der Reihenfolge ihrer abnehmenden Porosität in Strömungsmittelrichtung angeordnet, wie dies in DT-OS 26 00 426 beschrieben ist. Der Innentragschirm 44 liegt benachbart zur gelochten Platte 40 und besitzt eine relativ hohe Porosität, beispielsweise der Nummer 24 (US Standard testing sieve (Testsiebe), market grade oder äquivalent, d.h. Handelsqualität). Der erste äußere Tragschirm oder Sieb 46 ist ebenfalls stark porös mit einer Maschenzahl von beispielsweise Nr. 24 (National Bureau of Standards in den U.S.A.). Der zweite äußere Tragsieb 48 ist aus einem noch poröseren Siebmaterial hergestellt, beispielsweise mit Nr. 8-Maschen.

Die Lagen 50 des Filtermaterials sind hier derart dargestellt, daß sie die Filtration der Verbrennungsprodukte der Gaserzeugungsmittel 16 bewirken, wobei eine Verstopfung, Kanalbildung oder.Stecknadellochbildung unterbleiben. Speziell sind die Lagen 50 aus deformierbarem, faserigem Filtermaterial, die von den Sieben 44, 46 und 48 getragen, als zwei Sätze von Lagen angeordnet. In dem bevorzugten AusfUhrungsbeispiel umfaßt ein Satz Lagen 52, 54 aus gewaschenem Hochtemperatur-Fiberglas mit Faserdurchmessern im Bereich von 2 bis 20 Mikron, einem Fiberglas, wie es beispielsweise von der Fa. Carborundum Corp., P.O. Box 339, Niagra Falls, New York 14302, unter dem Waren-

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zeichen "Lo Con" verkauft wird.

Dem Fachmann ist jedoch klar, daß auch andere faserige FiI-termaterialien verwendet werden können, und zwar einschließlich derjenigen, die Metallfasern verwenden, vorausgesetzt daß die Lagen so angeordnet sind, daß sie im allgemeinen eine feinere Filtration in Strömungsrichtung abwärts bewirken.

Der andere Satz umfaßt Lagen 51, 53, 55 aus Stahlwolle, vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise,Nr. 0000 Stahlwolle, die wesentlich poröser ist als gewaschenes Fiberglas. Wie man am besten in Fig. 2 erkennt, sind die Stahlwollelagen 51, 53, 55 bezüglich der Fiberglas-Lagen 52, 54 verflochten oder ineinandergreifend, wobei Lage 51 benachbart zum inneren Tragschirm 44 und Lage 55 benachbart zum ersten äußeren Tragschirm 46 angeordnet ist.

Hinsichtlich dieser Anordnung der Lagen unterscheidet sich die vorliegende Erfindung von der Lehre der DT-OS 26 00 426. Die beschriebene Lagenanordnung bildet eine Filteranordnung von abwechselnder Porosität für das von den Gaserzeugungsmitteln 16 nach aussen durch den Strömungsmittelleitteil 22 fliessende Gas. Die Stahlwolle-Lagen 51, 53, 55 dienen als ausgefüllte Zwischenräume (Plenums), sehen eine zusätzliche Halterung für die benachbarten Filterlagen vor und verteilen die Verunreinigungen wieder. Diese Wiederverteilung hat die Tendenz, die "Nadellöcherbildung" zu eliminieren. Die zusätzliche Halterung oder Stützung hat die Tendenz, die Kanalbildung zu verhindern; und das Vorsehen des ausgefüllten Zwischenraums besitzt die Tendenz, die Gesamtwärmekapazität des Filters durch erhöhten Filterwirkungsgrad zu reduzieren, der wie folgt definiert ist: (log hindurchgegangene Teilchen/Wärmekapazität) . Dieser zuletzt genannte Effekt im bevorzugten Ausführungsbeispiel erzeugt eine wärmere Gasströmung und infolgedessen eine größere Volumenströmung pro Antriebsmittelmasse, was die Verwendung von weniger Antriebsmaterial zum Aufblasen gestattet. Es sollte jedoch klar sein, daß das der verbesserte

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Filterwirkungsgrad auch verwendet werden könnte, um die festeren Verbrennungsprodukte mit einer geringeren sich ergebenden Gastemperatur zu entfernen.

Es sind zahlreiche Abwandlungen hinsichtlich der Anordnung der Filterlagen möglich/ ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise können mehrere Lagen aus Filter und Plenummaterial verwendet werden, es kann mehr als eine Plenumlage (Raumausfüll-Lage) benachbart zum inneren Tragschirm 44 angeordnet werden oder aber es können unterschiedliche Filter oder Plenummaterialien benutzt werden. Eine spezielle Substitution, die erfolgreich durchgeführt wurde, besteht in einer Lage aus annähernd 1,5 Mikron faserhohem Filtrationspapier, wie es beispielsweise von der Fa. Carborundum Corporation in den U.S.A. unter dem Warenzeichen HI-FI 660-FH PAPER verkauft wird.

Herstellung und Einbau der Filteranordnung

Zur Bildung der Filteranordnung 18 im dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Tragschirme 44, 46 und 48 und die Lagen 50 aus deformierbarem Faserfiltermaterial zuerst als im wesentlichen rechteckige Bogen von gleicher Länge L hergestellt, wobei die Breiten proportional zum Abstand gegenüber der Mittelachse der Gehäuseanordnung 12 - vgl. Fig. 2 - ansteigen.

Der Bogen bildende zweite äußere Tragschirm 48 besitzt an einem Ende einen nach innen verlaufenden Flanschteil 58, um das Einsetzen in die Gehäuseanordnung 12 zu erleichtern.

Der Bogen bildende erste äußere Tragschirm 46 umfaßt nach innen weisende Flanschteile 60 an jeder Längskante, um die Verschliessung der Filteranordnung zu bewirken.

Nachdem die Bogen in einer in Fig. 2 gezeigten flachen Packung angeordnet sind, werden sie in einer Presse einer hohen Druckkraft ausgesetzt.

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Daraufhin wird die zusammengepreßte rechteckige Filterpackung durch Walzen oder dgl. in einen elastischen Zylinder umgewandelt, der eine Querdimension in seinem radial zusammengedrückten Zustand besitzt, welche kleiner ist als der Innendurchmesser 68 der Gehäuseanordnung 12. Der Sperreffekt der Flanschteile 60 zusammen mit der Aufrechterhaltung einer gleichförmigen Dicke bei der Herstellung der Filterpackung stellt eine gleichförmige Verteilung des zusammengepreßten Filtermaterials sicher.

Die gelochte Platte 40, die zuerst als ein rechteckiger Bogen hergestellt werden kann, wird zur Bildung eines Zylinders (wie man am besten in Fig. 4 erkennt) gewalzt oder in anderer Weise verarbeitet, wobei der Längssaum 64 des Zylinders dadurch geschlossen wird, daß man eine dünne Platte 66 am Innendurchmesser 70 der perforierten Platte 40 am Saum 64 durch Schweissungen 72 oder dgl. befestigt, und wobei der Innendurchmesser 70 derart bemessen ist, daß er die Gaserzeugungsmittel 16 aufnimmt.

Zur Herstellung der Filteranordnung 18 zum Einbau in das typische Radialströmungsgenerator-Gehäuse 12 wird die perforierte Platte 40 als erstes innerhalb des elastischen Zylinders 61 angeordnet. Der Zylinder 41 wird sodann radial mittels eines (nicht gezeigten) Haltefutters belastet, welches derart geformt ist, daß die Gleitbewegung des Zylinders 61 bezüglich dazu gestattet ist. Die Längsachse des Zylinders 61 wird sodann mit der Längsachse des Gehäuses 12 ausgerichtet. Sodann wird eine Axialbelastung auf die Filteranordnung 18 ausgeübt, um diese aus dem Haltefutter heraus in das Gehäuse 12 zu schieben, wobei der nach innen ragende Flanschteil 58 des zweiten äußeren Schirms 48 eine relativ glatte Gleitkante zur Erleichterung des Einsetzens bildet. Zur weiteren Unterstützung beim Einsetzen kann das Gehäuse 12 in Schwingungen versetzt werden, um in wirkungsvoller Weise die Reibungskräfte zu reduzieren, welche zwischen der Filteranordnung 18 und der Innenoberfläche des Gehäuses 12 wirken.

Nach dem Einbau gemäß Fig. 1 bewirkt die Filteranordnung 18 die Filtrierung der Verbrennungsprodukte der Gaserzeugungsmittel

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16, die freigegeben werden und nach aussen durch die Strömungsmittel leitöf fnungen 32 im Gehäuse 12 fließen, wenn die Gaserzeugungsmittel 16 durch die Zündanordnung 14 beim Auftreten eines Zusammenstosses betätigt werden. Gasförmige Produkte fließen von den Gaserzeugungsmitteln 16 aus durch die Öffnungen 42 in der gelochten Platte 40 nach aussen, wobei die Umgehung durch Platte 66 verhindert wird. Die Filtrierung der festen Verbrennungsprodukte wird während des Durchgangs durch den Sieb 44 und die Lagen aus Filtermaterial 50 bewirkt. Die Umgehung dieser Teile der Filteranordnung 18 wird durch die Anordnung des Saums 62 verhindert.

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Leerseite

Claims (11)

1. Ansprüche

   Filter für einen Gasgenerator der Bauart zur Verwendung beim Aufblasen von Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystemen, wobei der Filter eine Vielzahl von Lagen aus Filtermaterial umfaßt, gekennzeichnet durch

   a) einen Satz aus Lagen aus Auffüllmaterial und

   b) einen Satz von Lagen aus Filtermaterial, angeordnet zwischen jedem Paar von benachbarten Lagen aus dem Auffüllmaterial, wobei die Lagen aus Filtermaterial in Strömungsrichtung fortlaufend weniger porös werden.
2. 2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Lage aus dem Auffüllmaterial eine wesentlich größere Porosität besitzt als die benachbarten Filterlagen.
3. 3. Filtermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auffüllmaterial und das Filtermaterial faserförmig sind.
4. 4. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Satz aus Filterlagen Fasern mit Durchmessern im Bereich von ungefähr 1 bis ungefähr 20 Mikron umfaßt und daß der Satz von Auffüll-Lagen Fasern mit Durchmessern im Bereich von ungefähr 50 bis ungefähr 150 Mikron umfaßt.
5. 5. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Satz aus Filterlagen Fiberglas aufweist, und daß der Satz von Auffüll-Lagen Stahlwolle aufweist.
6. 6. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Lage des Auffüllsatzes der Lagen im wesentlichen gleiche Porosität besitzt.

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   ORIGINAL INSPECTED

   -'**- 27059A2

   -A.
7. 7. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Lagen des Plenums (der Auffüllung) stromaufwärts gegenüber dem Filtersatz angeordnet ist.
8. 8. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Lage des Satzes der Filterlagen im wesentlichen gleiche Porosität besitzt.
9. 9. Strömungsmittelsystem zum Aufblasen eines Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystems, betätigt infolge eines Fahrzeugzusammenstoss-Signals,mit einem StrömungsauslaBkanale bildenden Gehäuse, in dem Verbrennungsgaserzeugungsmittel angeordnet sind, um Gas sowie Verbrennungsprodukte zu erzeugen, und wobei die Gaserzeugungsmittel infolge des Zusammenstoßsignals betätigbar sind und Filtermittel zwischen den Gaserzeugungsmitteln und den Strömungsmittelaustrittsöffnungen vorgesehen sind und Tragmittel aufweisen, welche eine Vielzahl von Lagen aus Filtermaterial tragen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Lagen aus Filtermaterial folgendes umfaßt:

   a) einen ersten Satz von Lagen aus Filtermaterial, wobei jede Lage des ersten Satzes mindestens ebenso porös ist wie die nächste stromabwärts gelegene Lage des ersten Satzes, und

   b) einen zweiten Satz von Lagen aus Filtermaterial ineinandergreifend zwischen den Lagen des ersten Satzes, und wobei jede Lage des erwähnten zweiten Satzes im wesentlichen poröser ist als die benachbarten Lagen des ersten Satzes.
10. 10. Filter für einen Gasgenerator der Bauart zur Verwendung beim Aufblasen eines Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystems, gekennzeichnet durch

    a) einen Satz von Lagen aus nicht metallischem Faserfiltermaterial, angeordnet zur Bewirkung einer fortlaufend feiner werdenden Filtrierung der Verbrennungsprodukte des Gasgenerators in Richtung stromabwärts, und

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    b) einen Satz von Lagen aus Metallfaserauffüllmaterial (Plenummaterial), angeordnet zwischen den Filterlagen, wobei jede Auffüll-Lage eine gröbere Filtrierung bewirkt als die Filterlagen.
11. 11. Filter für einen Gasgenerator zur Verwendung beim Aufblasen in einem Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem, gekennzeichnet durch

    a) einen Satz von Lagen aus Metallfaserfiltermaterial, derart angeordnet, daß eine fortlaufend feinere Filtrierung der Verbrennungsprodukte des Gasgenerators in Strömungsrichtung abwärts erzeugt wird, und

    b) einen Satz von Lagen aus Metallfaserauffüllmaterial, angeordnet zwischen den Filterlagen, wobei jede Auffüll-Lage eine gröbere Filtrierung als die Filterlagen bewirkt.

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