DE3742383A1 - Gasgenerator mit einem filtersystem fuer einen gassack sowie filtersystem fuer einen gasgenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gasgenerator mit einem Fil­ tersystem sowie auf ein Filtersystem für einen Gasgenerator.

Gegenwärtige werden große Anstrengungen gemacht, um die Kosten der Gassack-Systeme zu senken. Die hohen Kosten der bisherigen Systeme sind ein wesentliches Hindernis für ein große Ver­ breitung dieser Rückhaltesysteme.

Gassäcke dienen dazu, den Aufprall eines Fahrzeug-Insassen während eines Unfalls zu dämpfen, wenn sein Kopf oder Oberkörper auf einen Teil des Fahrzeug-Innenraumes auftrifft. Während des Aufpralls aktiviert ein Sensor im Fahrzeug einen Gasgenerator. Ein Gasgenerator für die Fahrerseite enthält z. B. 100 g Natriumazid. Der Generator kann mechanisch oder elektrisch aktiviert werden. In jedem Fall wird das Natriumazid entzündet, wodurch Stickstoffgas frei wird. Der Stickstoff bläst den Gassack auf, wodurch vermieden wird, daß der Insasse auf die Windschutzscheibe, das Lenkrad oder das Armaturen­ brett aufschlägt.

Filter werden benötigt, um das heiße Gas abzukühlen und Partikel aus dem Gas abzusondern.

Die Gassäcke haben Lüftungslöcher, durch welche das Gas entweichen kann. Die Lüftungslöcher entlasten den Druck im Gassack, so daß die kinetische Energie des Passagiers dissipiert wird. Da bereits 30- 100 mg Natriumazid akute Vergiftungssyptome und möglicherweise weitreichende Gesundheitsschädigungen hervorrufen können, muß das Stickstoffgas gründlich gefiltert werden, bevor es in den Gas­ sack eintritt. Auch können heiße Partikel aus dem Verbrennungs­ prozeß innerhalb des Gasgenerators ein Loch in den Gassack bren­ nen oder ihn sogar in Brand setzen. Daher müssen auch diese Par­ tikel ausgefiltert werden.

Gegenwärtig werden Gassack-Systeme mit Filtern entwickelt, die nur ein minimales Entweichen von Natriumazidesten und anderen Partikeln zulassen. Das Verfahren zur Herstellung dieser Filter umfaßt Schneiden und Rollen eines Drahtgewebes und Anordnung des Filters an geeigneter Stelle im Gasgenerator. Diese Art der Filterherstellung ist arbeitsaufwendig und daher teuer. In der Vergangenheit wurden hohe Arbeitskosten als unvermeidlich angesehen, um verhängnisvolle Folgen zu vermeiden, die durch Filter entstehen könnten, welche entweder unrichtig geformt oder unrichtig eingebaut wurden.

Damit das Filtermaterial eng in den Gasgenerator paßt, muß es einen gewissen Grad an Nachgiebigkeit haben. Dies wird bei den üblichen Filtern dadurch erreicht, daß das verwendete Drahtgewebe unter einer Schräge von z. B. 45° geschnitten wur­ de. Dadurch kann der Filter sich geringfügig ausdehnen und zusammenziehen, wenn er in das Gasgenerator-Gehäuse eingesetzt wird. Dies hat jedoch andererseits zur Folge, daß eine große Anzahl von Drahtenden von der Ober- und der Unterseite des Filters vorstehen, die durch Metallringe gesichert werden müssen, welche um die Enden des Filters gefaltet werden. Weiterhin hängt die Formhaltung des gewebten Materials von der Reibung zwischen den einzelnen Drähten ab. Dadurch und in Verbindung mit den vielen losen Enden kann sich der einzel­ ne Draht leicht relativ zu den anderen Drähten verschieben und dadurch ein größeres Loch zu öffnen. Wenn diese größeren Lö­ cher einem Weg für das Entweichen von Gas bilden, wird die Fil­ terwirkung erheblich beeinträchtigt. Daher muß äußerste Sorg­ falt darauf verwendet werden, daß der Filter aus einem Draht­ gewebe so dicht gepackt ist, daß eine derartige Kanalbildung vermieden wird.

Es sei erwähnt, daß auch bereits gesinterte Metallfilter für Gasgeneratoren vorgeschlagen wurden. Derartige Sinterkörper brechen jedoch leicht und sie sind daher den in einem Fahrzeug im Betrieb auftretenden Erschütterungen und Vibrationen nicht gewachsen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gasgenerator mit einem Filtersystem sowie ein Filtersystem für einen Gasgenerator zu schaffen, bei dem eine hervorragende Filterung und gleich­ zeitig Kühlung der erzeugten Gase mit wesentlich geringerem Auf­ wand erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Mit dem vorgeschlagenen Filter wird ein Entweichen von Natrium­ azid-Staub und anderen Partikeln praktisch vollständig ver­ hindert. Das erfindungsgemäße Filtersystem ermöglicht auch eine einfache Einstellung der Filterwirkung einerseits und der Kühl­ wirkung andererseits.

Filter aus Maschenware haben wenig Enden, da sie in Form von langen Schläuchen hergestellt und dann axial zusammengedrückt werden, um einen Filter mit gewünschter Dichte zu bilden. Da jeder Draht oder jede Litze individuell durch Schlingen verhakt ist, kann sich die einzelne Litze relativ zu den anderen praktisch nicht verschieben, so daß eine Kanalbildung wirksam verhindert ist. Dadurch hat der Konstrukteur eine viel größere Freizügigkeit, um die gewünschte Durchlässigkeit oder Poro­ sität und Wärmeleitfähigkeit zu erreichen, und es ist somit viel leichter für ihn, einen Gasgenerator zu konstruieren, der ein Gas mit einer bestimmten Temperatur und mit einem bestimmten Filterungsgrad erzeugt.

Aufgrund der vorstehend genannten Unterschiede sind Filter aus Maschenware, d. h. aus einem gestrickten oder gewirkten Material, erheblich fester als solche aus einem Gewebe, insbesondere, wenn der Gewebefilter aus einem Tuch herge­ stellt wird, das in einem Winkel geschnitten ist, so daß sich viele lose Enden ergeben. Da gewebte Metallfilter durch Aufrollen eines Flachgewebes hergestellt werden, gibt es stets eine Stelle, wo das Gewebe beginnt und endet. Dieser schwierig abzudichtende Bereich kann einen Pfad bilden, durch den das Gas entweichen kann, ohne den Filter zu passieren. Dies ist bei Metallfiltern aus Maschenware nicht der Fall, da diese durch Zusammenpressen eines Maschenschlauches her­ gestellt werden.

Filter aus Maschenware haben eine natürliche Nachgiebigkeit und Federungseigenschaft, wodurch sie während des Einsetzens in das Gasgeneratorgehäuse geringfügig gedehnt oder zusammen­ gedrückt werden können, ohne daß die Gefahr besteht, daß ein den Filter umgebender Strömungspfad gebildet wird. Überdies können Metallfilter aus Maschenware Druckdifferenzen in der Größenordnung von 1400 bar ohne weiteres widerstehen, und sie sind auch in dieser Hinsicht Gewebefiltern weit überlegen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Gasgenerators,

Fig. 2 einen Schnitt des Gasgenerators mit integriertem Filter,

Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht der gestrickten Filter­ struktur, aus der die Interlockwaren-Konstruktion hervorgeht, bevor sie zur Bildung des Filters zusammengedrückt wird und

Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht eines üblichen Filtermaterials, bevor es zur Bildung des Filters zusammengerollt ist.

Fig. 2 zeigt im Querschnitt einen Gasgenerator 10, der an einem gestrichelt angedeuteten Gassack 90 angebracht ist. Der Gas­ generator weist ein unteres topfförmiges Gehäuse 30 mit einer Öffnung 50 im Boden und einen topfförmigen Deckel 32 auf, die miteinander verschraubt sind, um eine feste Einheit zu bilden. Der Deckel 32 hat eine Anzahl von Öffnungen 34, die symmetrisch über den Umfang verteilt sind und aus denen das Gas zum Aufblasen des Gassackes 90 austreten kann. Der Deckel 32 ist außerdem mit einem Flansch 54 zur Befestigung des Gasgenerators versehen.

Das Gehäuse 30, 32 enthält eine Wand 26, die das Innere des Gaserzeugers 10 in eine innere Verbrennungskammer 24 und eine äußere Filterkammer 25 unterteilt. Die Wand 26 enthält eine Anzahl von Öffnungen 36, die symmetrisch über den Umfang verteilt sind, um eine gleichmäßige Gasströmung aus der Ver­ brennungskammer 24 in die Filterkammer 25 zu erreichen. Ein Flammensieb 22 an der Innenfläche der Wand 26 umgibt das gaserzeugende Material. Der untere Abschnitt des Siebes 22 ist mehrlagig.

Die Filterkammer 24 enthält einen Vorfilter 38 und einen Hauptfilter 42. Der Vorfilter 24 bedeckt die Öffnungen 36, so daß alles Gas aus der Verbrennungskammer 24 den Vorfilter 24 passieren muß. Der Vorfilter besteht aus einem Metalldraht­ gestrick, das in die gewünschte Form gepreßt wurde, um eine Dichte von etwa 10 bis 30% zu erhalten.

Der Hauptfilter 42 bedeckt die oberen Öffnungen 34 und ist so angeordnet, daß das in dem Generator erzeugte Gas vor dem Austritt den Hauptfilter 42 passieren muß. Der Haupt­ filter wird durch einen unteren Stützring 44 und einen oberen Stützring 46 in seiner Lage gehalten. Der Hauptfilter 42 ist eine vorgeformte Einheit, die bei der Herstellung des Gasgenerators schnell eingesetzt werden kann. Sie besteht aus einem mehrlagigen Metalldraht-Gestrick mit einer Dichte von etwa 45 bis 75%, das aus einem zusammengedrückten Strickschlauch hergestellt wurde.

Da Filter in einem Gasgenerator für einen Gassack zwei ver­ schiedene Funktionen haben, nämlich einerseits das Entfer­ nen bzw. Zurückhalten von Partikeln und andererseits ein Kühlen des Gases, wird die Konstruktion eines Filters von einem dieser Aufgaben dominiert. Wenn gestrickte Stoffe für den Filter verwendet werden, wird eine weit größere Flexibilität in der Filterkonstruktion ermöglicht. Wenn z. B. eine verstärkte Kühlung bei einer vergleichbaren Größe der Filterung erforderlich ist, kann ein dicker Draht ver­ wendet und ein dickerer, weniger dichter Filter eingesetzt werden. Wenn es jedoch erwünscht ist, die Gase mit höherer Temperatur auszustoßen, kann ein dünnerer Draht und ein dünnerer Filter verwendet werden. Bei Verwendung eines ge­ webten Materials ist diese Flexibilität wesentlich geringer aufgrund der diesem Material inherenten Schwäche. Zusätzlich müssen gewebte Filter zur Vermeidung einer Kanalbildung zu­ sammengepreßt werden, um zu vermeiden, daß einzelne Drähte aus ihrer Lage verrutschen und ein größeres Loch freigeben.

Da Gassäcke zunehmend in Fahrzeugen Verwendung finden, sind große Anstrengungen erforderlich, um einen Filter für einen bestimmten Gasgenerator zu optimieren. Dies kann mit einem Filter aus einem Drahtgestrick viel leichter erreicht werden als mit einem Filter aus Drahtgewebe.

Das bevorzugte Material für den Filter ist rostfreier Stahl. Es können jedoch auch andere Werkstoffe wie Keramikfasern, Glasfasern und Graphitfäden zusammen mit rostfreiem Stahl­ draht zur Bildung eines Verbundmaterials oder auch für sich für manche Anwendungsfälle verwendet werden. Diese zusätz­ lichen Werkstoffe werden wichtiger mit zunehmender Optimie­ rung des Gasgenerators, insbesondere in Verbindung mit ver­ besserten Gassack-Werkstoffen, welche höhere Temperaturen für das Gas zulassen. Der Wunsch nach Gasen höherer Tem­ peratur kommt auch von der Verwendung ansaugender Systeme, bei denen die Gase vom Gasgenerator mit Umgebungsluft ge­ mischt werden, um den Gasdruck aufzublasen.

Ein Sensor 20 ist innerhalb der Verbrennungskammer 24 angeord­ net. Der Sensor hat ein oberes Gehäuse 28 und ein unteres Ge­ häuse 27. Das untere Sensorgehäuse 27 hat eine Öffnung, die mit der Öffnung 50 im Gasgenerator-Gehäuse fluchtet und durch die der Sensor scharf gemacht wird, wenn der Gasgenerator in das Fahrzeug eingebaut wird.

Im Betrieb fühlt der Sensor 20, der einen Zündmechanismus ent­ hält, eine Verzögerung des Fahrzeuges bei einem Aufprall, der eine ausreichende Stärke hat. Der Sensor 20 entzündet dann das gaserzeugende Material in der Verbrennungskammer 24. Eine Pa­ trone, die in die Verbrennungskammer eingesetzt ist, enthält das bevorzugte gaserzeugende Material, im allgemeinen Natrium­ azid. Natriumazid ist über einen großen Temperaturbereich sta­ bil, zersetzt sich jedoch bei einer Zündung schlagartig, wo­ bei große Mengen an Stickstoffgas freigesetzt werden.

Das Stickstoffgas, das in der Verbrennungskammer 24 erzeugt wurde, gelangt durch die Öffnungen 36 in das Vorfilter 38. Das Vorfilter 38 sammelt größere Staubpartikel und reduziert gleichzeitig die Temperatur des Stickstoffgases. Das Gas strömt dann durch die äußere Filterkammer 25 in den Hauptfil­ ter 42. Dieser Filter viel dichter als der Vorfilter und sammelt praktisch den gesamten Azid-Staub und andere Partikel aus dem Stickstoffgas und kühlt dieses weiter ab, bevor es durch die Öffnungen 34 austritt, um den Gassack aufzublasen.

Die Unterschiede der Filterkonstruktion sind deutlich aus Fig. 3 und 4 ersichtlich. Fig. 3 zeigt die Interlock-Struk­ tur des Gestricks, in der jeder Draht Schlaufen und Bögen bildet, mit denen er mit Drähten auf jeder Seite abwechselnd verschlungen ist. Dadurch können sich die Drähte praktisch nicht mehr verschieben, wenn sie einmal an Ort und Stelle sind. Im Gegensatz dazu sind bei einem Gewebe die Drähte im wesentli­ chen gerade und können sich verschieben und verhältnismäßig leicht voneinander entfernen. Bei eine Gestrick kann daher die Dichte des Filters zwischen 10% und 70 bis 80% variiert werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß sich die Drähte verschieben und Kanäle eröffnen. Diese Flexibilität ist bei gewebten Metall­ filtern nicht vorhanden, die in einem begrenzten Dichtebereich komprimiert werden müssen, so daß die verschiedenen Lagen des Filters sowie die Nähe benachbarter Drähte zusammenwirken, um die Drähte an Ort und Stelle zu halten. Diese Flexibilität ist besonders wichtig bei der Konstruktion von Filtern für Gasgene­ ratoren für Gassäcke. Im Gegensatz zu den meisten anderen An­ wendungsgebieten für Filter haben Gasgeneratorfilter die zwei­ fache Aufgabe des Kühlens und Filterns. Durch die Verwendung eines Drahtgestricks mit verschlungenen Drähten können die bei­ den Funktionen des Filterns und des Kühlens unabhängig vonein­ ander eingestellt werden. Dies ist bei gewebten Filtern nur sehr schwer zu erreichen. Daher wird die Konstruktion und der Zusammenbau eines Gasgenerators für einen Gassack durch die Erfindung wesentlich verbessert.

Unter einem Gestrick ist ein Material zu verstehen, bei dem mehrere Fäden oder Litzen miteinander verschlungen, verkno­ tet oder verdrillt sind in der Weise, daß benachbarte Fäden sich nicht relativ zueinander verschieben können.

Zur Erläuterung der Erfindung wurde der Gasgenerator auf der Fahrerseite gewählt. Selbstverständlich kann dieses Filtersystem auch für den Gasgenerator auf der Beifahrerseite verwendet wer­ den, der ähnlich wie der erstere, nur größer ist, oder für die üblicheren länglichen, zylindrischen Gasgeneratoren.

Claims (9)

1. Gasgenerator mit einem Filtersystem für einen Gassack, gekennzeichnet durch einen Filter (42) zum Einsetzen in das Gehäuse (30, 32) des Gasgenerators (10), der eine gewirkte oder gestrickte metallische Moduleinheit bildet und einerseits Partikel aus dem erzeugten Gas ausfiltert und andererseits die Temperatur dieses Gases senkt.

2. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter (42) von einer Metalldraht-Maschenware gebil­ det ist und eine Dichte von etwa 45 bis 70% aufweist.

3. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Gehäuse (30, 32) aufweist, dessen Innenraum ein gas­ erzeugendes Material und den Filter (42) aufnimmt und Mittel (36, 26, 25) zum Führen des erzeugten Gases durch den Filter enthält, daß das Gehäuse mindestens eine Austrittsöffnung (34) für die gefilterten Gase aufweist und daß ein Sensor (20) zum Zünden des gaserzeugenden Materials vorgesehen ist.

4. Gasgenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sein Gehäuse (30, 32) zylindrisch ist, daß der Sensor (20) ebenfalls zylindrisch und koaxial in dem Gehäuse-Unter­ teil (30) angebracht ist, daß eine koaxiale Trennwand (26) zwischen dem Sensor und der Umfangswand des Gehäuses angeord­ net ist und eine äußere Kammer (25) und eine innere Kammer (24) be­ grenzt und mindestens eine Öffnung (36) aufweist, welche die beiden Kammern (24, 25) miteinander verbindet, daß die Innen­ seite der Trennwand (26) Drahtsieb (22) bedeckt ist und daß die innere Kammer (24) das gaserzeugende Material und die äußere Kammer (25) den Filter (42) aufnimmt, wobei sich der Filter (42) vor der Gasaustrittsöffnung (34) befindet.

5. Gasgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtersystem einen Vorfilter (38) und einen Hauptfil­ ter (42) aufweist, daß der Vorfilter (38) eng zwischen der Trennwand (26) und der Umfangswand des Gehäuses angeordnet ist und sich nur über einen Teil der Länge der äußeren Kam­ mer (25) erstreckt und die Öffnung (36) in der Trennwand (26) bedeckt, und daß der Hauptfilter (42) sich im wesent­ lichen über die restliche Länge der äußeren Kammer (25) erstreckt und an die innere Umfangsfläche des Gehäuses angelegt ist und die Austrittsöffnung(en) (34) bedeckt.

6. Gasgenerator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorfilter (38) aus einer Metalldraht-Maschenware mit einer Dichte von etwa 10 bis 30% besteht.

7. Gasgenerator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptfilter (42) aus einer Metalldraht-Maschenware mit einer Dichte von etwa 45 bis 70% besteht.

8. Filtersystem für einen Gasgenerator, gekennzeichnet durch einen Filter aus miteinander vermaschten Drähten, ein Ge­ häuse und Mitteln zum Halten des Filters in dem Gehäuse.

9. Filtersystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter von einer Metalldraht-Maschenware gebildet ist, die zu einem nach dem Baukastenprinzip konstruier­ ten, einbaufertigen Modul vorgeformt ist.