DE4143654B4

DE4143654B4 - Aufblasvorrichtungsgehäuse

Info

Publication number: DE4143654B4
Application number: DE4143654A
Authority: DE
Inventors: Timothy A. Mesa Swann; John P. Mesa O'Loughlin
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1990-12-18
Filing date: 1991-12-18
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2011-12-19

Abstract

Eine Vorrichtung zum Aufblasen einer Fahrzeuginsassenrückhalteeinrichtung weist ein Aufblasvorrichtungsgehäuse auf, das gaserzeugendes Material hält. Das Aufblasvorrichichtungsgehäuse weist einen Verbrennungsbecher auf, der aus einem Stück Blech gebildet ist. Ein Diffusorbecher, der ebenfalls aus einem Stück Blech gebildet ist, umschließt den Verbrennungsbecher. Eine Kammer in dem Verbrennungsbecher hält das gaserzeugende Material und ist durch einen Deckel geschlossen. Flansche auf dem Verbrennungsbecher, dem Diffusorbecher und dem Deckel sind in überlappendem Eingriff miteinander angeordnet. Während der Bildung der Verbrennungs- und Diffusorbecher, wird das Blech streckgehärtet, um die Streckgrenze bzw. Formänderungsfestigkeit und Zerreißfestigkeit von Abschnitten des Aufblasvorrichtungsgehäuses zu erhöhen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Aufblasen einer Fahrzeuginsassenrückhalteeinrichtung.

Eine bekannte Vorrichtung ist beispielsweise in der Druckschrift JP-2-155857 gezeigt. Hier sitzt ein Deckel auf einer Öffnung einer zylindrischen Verbrennungskammer und ist an einem Ende einer Seitenwand der Verbrennungskammer befestigt. Das Gehäuse besitzt ferner ein äußeres ringförmiges Umschließungsglied, das mit dem die Verbrennungskammer bildenden Bauteil des Gehäuses verbunden ist und eine Diffusorkammer bildet.

Eine weitere Aufblasvorrichtung ist aus der Druckschrift US 4 178 017 bekannt.

Ein weiteres bekanntes Aufblasvorrichtungsgehäuse ist in der Patentschrift US 4 902 036 gelehrt.

Derartige Aufblasvorrichtungsgehäuse könnten verbessert werden durch Reduzieren ihres Gewichts, ohne daß die Fähigkeit des Aufblasvorrichtungsgehäuses wesentlich eingeschränkt wird, relativ hohen Gasdrücken zu widerstehen. Zusätzlich ist es wünschenswert, die Kosten der Bauteile des Aufblasvorrichtungsgehäuses zu minimieren und die Leichtigkeit zu verbessern, mit der das Aufblasvorrichtungsgehäuse zusammengebaut wird.

Aus dem "Handbuch der Fertigungstechnik", Band 2, "Umformen", Carl Hanser Verlag München, 1984, Seite 734 ist grundsätzlich bekannt, daß bei normalen Tiefziehvorgängen von Metallteilen in eine Becherform die sich ergebenden Seitenwände aufgrund der Kaltverformung eine größere Härte besitzen als die sich ergebende Endwand.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein stabiles Aufblasvorrichtungsgehäuse mit optimiertem Verformungsverhalten bei einfachem Aufbau vorzusehen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die vorliegende Erfindung sieht also ein Gehäuse für eine Aufblasvorrichtung vor, welche eine Fahrzeuginsassenrückhalteeinrichtung, wie zum Beispiel einen Gassack (Airbag), aufbläst. Das Aufblasvorrichtungsgehäuse hat eine Kammer, in der gaserzeugendes Material angeordnet ist. Das gaserzeugende Material liefert, wenn es gezündet wird, Gas, um die Insassenrückhalteeinrichtung aufzublasen. Das Aufblasvorrichtungsgehäuse umfaßt einen Verbrennungsbecher, der aus einem einzigen Stück Blech geformt ist. Der Verbrennungsbecher wird von einem Diffusorbecher umschlossen, der auch aus einem einzigen Stück Blech gebildet ist. Ein Deckel schließt eine Kammer in dem Verbrennungsbecher, in dem das gaserzeugende Material angeordnet ist.

Der einstückige Verbrennungsbecher hat eine sich axial erstreckende Seitenwand, die sich auch um das gaserzeugende Material erstreckt. Eine Endwand des Verbrennungsbechers ist nicht durchlöchert, d. h. geschlossen, und erstreckt sich von der Seitenwand aus nach innen, um zumindest teilweise ein Ende des Verbrennungsbechers zu schließen. An einem Ende des Verbrennungsbechers gegenüber der Endwand erstreckt sich ein Flansch von der Seitenwand nach außen.

Der einstückige Diffusorbecher hat eine sich axial erstreckende Seitenwand, die mit Abstand von der Seitenwand des Verbrennungsbechers angeordnet ist und sich um diese herum erstreckt. Eine Endwand des Diffusorbechers erstreckt sich von einem Ende der Diffusorbecherseitenwand nach innen in einen überlappenden Eingriff mit der Endwand des Verbrennungsbechers. Um das Gewicht zu minimieren, ist eine Öffnung in der Endwand des Diffusorbechers gebildet.

Ein Flansch erstreckt sich von der Diffusorbecherseitenwand aus radial nach außen. Der Diffusorbecherflansch ist in einer überlappenden Beziehung mit dem Flansch an dem Verbrennungsbecher angeordnet. Der Deckel, der die Verbrennungsbecherkammer schließt, ist auch in einer überlappenden Beziehung mit dem Flansch an dem Verbrennungsbecher angeordnet.

Die Seitenwände des Verbrennungsbechers und des Diffusorbechers sind durch Streckhärtung der Seitenwände während der Bildung der Verbrennungs- und Diffusorbecher verstärkt. Wegen der Streckhärtung hat die Seitenwand des Verbrennungsbechers eine Streckgrenze oder Formänderungsfestigkeit, die größer ist als die Streckgrenze oder Formänderungsfestigkeit der Endwand des Verbrennungsbechers. In ähnlicher Weise hat der Diffusorbecher eine Seitenwand mit einer Streckgrenze oder Formänderungsfestigkeit, die größer ist als die Streckgrenze oder Formänderungsfestigkeit der Endwand des Diffusorbechers.

Wenn das gaserzeugende Material in dem Verbrennungsbecher deflagriert bzw. rasch verbrennt, um Gas zum Aufblasen des Gassacks zu liefern, sind der Verbrennungsbecher, der Deckel und der Diffusorbecher Gas mit hohen Drücken ausgesetzt. Die Verbrennungsbecherendwand und der Deckel des Aufblasvorrichtungsgehäuses werden zu einem relativ großen Ausmaß durch den Gasdruck plastisch verformt. Jedoch gibt es eine minimale plastische Verformung der Seitenwand des Verbrennungsbechers. Dies rührt von der hohen Streck- oder Formänderungsfestigkeit (Streckgrenze) der Seitenwand des Verbrennungsbechers und von bauartlicher Verstärkung, welche aus der Zusammenwirkung zwischen dem Verbrennungsbecher, dem Diffusorbecher und dem Deckel resultiert, her.

Die Eigenschaften der Erfindung werden nach Betrachtung der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen deutlich. In den Zeichnungen zeigt:
1 einen Teilschnitt einer Sicherheitsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die auf einem Steuerrrad eines Fahrzeugs befestigt ist;
2 einen vergrößerten Schnitt, der den Aufbau einer Aufblasvorrichtung zeigt, die in der Sicherheitsvorrichtung von 1 verwendet ist;
3 einen Schnitt eines Gehäuses, das in der Aufblasvorrichtung von 2 verwendet ist;
4 eine auseinandergezogene bildliche Ansicht, die den Aufbau der Bauteile des Aufblasvorrichtungsgehäuses weiter deutlich macht;
5 eine schematische Ansicht eines Teils des Gehäuses von 3;
6 eine weitere schematische Ansicht des in 5 gezeigten Teils des Gehäuses;
7 eine schematische Ansicht eines weiteren Teils des Gehäuses von 3;
8 eine weitere schematische Ansicht des in 7 gezeigten Teils des Gehäuses;
9 eine schematische Ansicht noch eines weiteren Teils des in 3 gezeigten Gehäuses;
10 eine weitere schematische Ansicht des in 9 gezeigten Teils des Gehäuses;
11 ein schematischer Schnitt, der die Art und Weise zeigt, in der das Gehäuse von 3 verformt wird während normalen Einsatzes eines Gassacks in der Sicherheitsvorrichtung von 1; und
12 einen schematischen Schnitt, der die Art und Weise zeigt, in der das Gehäuse von 3 während eines Gehäusestärketests durch Strömungsmitteldruck verformt wird.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gassackaufblasvorrichtung und insbesondere auf eine Aufblasvorrichtung zum Aufblasen eines Gassacks zum Schutz des Fahrers eines Fahrzeugs. Die vorliegende Erfindung ist auf verschiedene Aufblasvorrichtungsbauarten anwendbar. Als typisches Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt 1 eine Aufblasvorrichtung 10. Ein Gassack 12 ist um die Aufblasvorrichtung 10 gefaltet. Ein Deckel 14 schließt den Gassack 12 und die Aufblasvorrichtung 10 ein. Die Aufblasvorrichtung 10, der Gassack 12 und der Deckel 14 sind Teile eines Moduls, das auf einem Fahrzeuglenkrad 16 angeordnet ist.
Beim Auftreten einer plötzlichen Fahrzeugverzögerung, wie sie bei einem Zusammenstoß auftritt, wird die Aufblasvorrichtung 10 betätigt und erzeugt ein großes Gasvolumen. Das Gas von der Aufblasvorrichtung 10 dehnt den Gassack 12 aus. Wenn der Gassack 12 beginnt sich auszubreiten, bricht er geschwächte Abschnitte in dem Deckel 14. Einer der geschwächten Abschnitte ist in 1 mit 18 bezeichnet. Wenn der Gassack 12 sich weiter ausdehnt, bewegt er sich in den Raum zwischen dem Fahrer des Fahrzeugs und dem Steuerrad 16, um eine Bewegung des Fahrers in bekannter Weise zurückzuhalten.
Die Aufblasvorrichtung 10 (2) umfaßt ein Gehäuse 40. Das Gehäuse 40 besteht aus drei Teilen, nämlich einem einteiligen Diffusorbecher 42, einem einteiligen Verbrennungsbecher 44 und einem einteiligen Verbrennungskammerdeckel 46. Der Verteilerbecher 42, der Verbrennungsbecher 44 und der Verbrennungskammerdeckel 46 bestehen jeweils aus einem Stück Blech, wie z. B. rostfreiem Stahl UNS S30100.
Der Diffusorbecher 42 ist im allgemeinen becherförmig und ist ein einziges Stück Metallblech und hat eine zylindrische Seitenwand 50, die sich um die Mittelachse 52 der Aufblasvorrichtung 10 erstreckt. Die Seitenwand 50 erstreckt sich zwischen einer flachen oberen ringförmigen Endwand 54 und einem flachen unteren ringförmigen Flansch 56. Der ringförmige Flansch 56 erstreckt sich von einem Ende des Diffusorbechers gegenüber der Endwand 54 radial nach außen und ist mit der Seitenwand 50 koaxial. Eine kreisförmige innere ringförmige Oberfläche 55 auf der oberen Endwand 54 des Diffusorbechers 42 bildet eine zentrale kreisförmige Öffnung 57 in der oberen Endwand 54, die das Gewicht des Diffusors minimiert. Die Endwand 54 und der Flansch 56 verlaufen parallel zueinander und senkrecht zu der Achse 52. Eine ringförmige Anordnung von Gasauslaßöffnungen 58 erstreckt sich umfangsmäßig um einen oberen Abschnitt der Diffusorbecherseitenwand 50.
Der Verbrennungsbecher 44 ist im allgemeinen becherförmig und ist ein einziges Stück Metallblech und ist innerhalb des Diffusorbechers 42 angeordnet (2 und 3). Der Verbrennungsbecher 44 hat eine zylindrische Seitenwand 60, die sich um die Achse 52 erstreckt. Die zylindrische Seitenwand 60 erstreckt sich zwischen einer flachen oberen Endwand 64 ohne Öffnungen und einem flachen unteren ringförmigen Flansch 66. Der Flansch 66 ist in koaxialer Beziehung zu der zylindrischen Seitenwand 60 angeordnet und erstreckt sich von einem Ende der Seitenwand 60 gegenüber der Endwand 64 radial nach außen. Die obere Endwand 64 und der untere Flansch 66 sind parallel zueinander und senkrecht zu der Achse 52. Eine ringförmige Anordnung von Öffnungen 68 erstreckt sich umfangsmäßig um einen unteren Abschnitt der Verbrennungsbecherseitenwand 60.
Die obere Endwand 64 des Verbrennungsbechers 44 ist mit einer kreisförmigen durchgehenden Schweißung an die ringförmige Oberfläche 55 auf der oberen Endwand 54 des Diffusorbechers 42 geschweißt, und zwar an einer Schweißstelle 70, vorzugsweise durch Laserschweißen. Der Verbrennungsbecherflansch 66 ist mit einer kreisförmigen durchgehenden Schweißung an den Diffusorbecherflansch 56 geschweißt an einer Schweißstelle 72, ebenfalls vorzugsweise durch Laserschweißen. Im zusammengebauten Zustand definieren der Diffusorbecher 42 und der Verbrennungsbecher 44 eine ringförmige Diffusorbecherkammer 242 (3), die die Seitenwand 60 des Verbrennungsbechers umgibt.
Der Deckel 46 ist ebenfalls aus einem einzigen Stück Blech gebildet. Der Verbrennungskammerdeckel 46 ist ein im allgemeinen flaches kreisförmiges Metallstück, das einen kreisförmigen Mittenabschnitt 80 und einen parallelen, aber geringfügig abgesetzten ringförmigen äußeren Flansch 82 aufweist. Eine kreisförmige Öffnung 84 ist in dem Mittenabschnitt 80 des Kammerdeckels 46 angeordnet. Die Öffnung 84 ist koaxial mit den Diffusor- und Verbrennungsbecherseitenwänden 50 bzw. 60 angeordnet. Der äußere Flansch 82 des Kammerdeckels 46 überlappt den Verbrennungsbecherflansch 66 und ist mit einer durchgehenden Schweißung an den Verbrennungsbecherflansch 66 geschweißt an einer umfangsmäßigen Schweißstelle 86, wiederum vorzugsweise durch Laserschweißen. Die kreisförmigen Schweißstellen 70, 72 und 86 sind koaxial mit der Mittelachse 52 der Aufblasvorrichtung. Die Schweißungen können mit einem CO₂-Laser ausgeführt werden.
Ein hermetisch abgedichteter Kanister 90 (2) befindet sich in der Kammer 240 (3), die durch den Verbrennungsbecher 44 definiert wird. Der Kanister 90 besteht aus zwei Teilen, nämlich einem unteren Kanister teil 92 und einem Deckel 94. Der radial äußere Rand des Kanisterdeckels 94 ist an den benachbarten Rand des unteren Kanisterteils 92 gecrimpt, um den Kanister 90 hermetisch abzudichten. Der Kanister 90 besteht vorzugsweise aus relativ dünnem Aluminium.
Der untere Kanisterteil 92 (2) weist eine zylindrische Außenseitenwand 96 auf, und zwar benachbart zu und innerhalb der Verbrennungsbecherseitenwand 60. Die Seitenwand 96 weist eine verminderte Dicke in dem Gebiet auf, das benachbart zu den Öffnungen 68 in der Verbrennungsbecherseitenwand 60 ist. Der untere Kanisterteil 92 hat auch eine zylindrische, von der Außenseitenwand 96 radial nach innen beabstandete Innenseitenwand 98. Die Seitenwand 98 besitzt eine verminderte Dicke in dem zu einem Zünder 142 benachbarten Gebiet.
Eine flache ringförmige untere Wand 100 des unteren Kanisterteils 92 verbindet die Außenseitenwand 96 mit der Innenseitenwand 98. Eine kreisförmige innere, obere Wand 102 des unteren Kanisterteils 92 erstreckt sich radial nach innen von der Innenseitenwand 98 und versieht diese mit einem Deckel. Die innere, obere Wand 102 und die zylindrische Innenseitenwand 98 bilden eine sich nach unten öffnende zentrale Ausnehmung 104 in dem Kanister 90.
Der Kanisterdeckel 94 ist allgemein kreisförmig. Eine Vertiefung 106 ist in der Mitte des Kanisterdeckels 94 angeordnet. Ein Paket 108 von Selbstzündungsmaterial ist in der Vertiefung 106 angeordnet und wird in der Vertiefung 106 durch ein Stück von Aluminiumfolienband 109 gehalten.
Eine Vielzahl von ringförmigen Scheiben 110 von Gaserzeugungsmaterial sind innerhalb des Kanisters 90 aufeinander geschichtet. Ein ringförmiges Kissen 112 ist zwischen der obersten gaserzeugenden Scheibe 114 und der Innenseite des Kanisterdeckels 94 angeordnet. Die Scheiben 110 sind aus einem bekannten Material, das Stickstoffgas erzeugt, wenn es gezündet wird. Auch wenn viele Arten von gaserzeugendem Material benutzt werden könnten, sind doch passende gaserzeugende Materialien in der Patentschrift US 3 895 098 gelehrt. Obwohl das gaserzeugende Material in Scheiben 110 geformt ist, könnte das gaserzeugende Material in anderen Formen, wie z. B. Kügelchen (Pellets), ausgebildet sein.
Ein ringförmiger Vorfilter 120 ist in dem Kanister 90 angeordnet. Der Vorfilter 120 ist von den gaserzeugenden Scheiben 110 aus radial außen und von der Außenseitenwand 96 des Kanisters 90 aus radial innen angeordnet. Es ist ein kleiner ringförmiger Raum zwischen dem Vorfilter 120 und der Außenseitenwand 96 vorhanden.
Ein bei 122 schematisch angedeuteter, ringförmiger Schlackenschirm bzw. ein Schlackensieb ist in dem Diffusorbecher 42 außerhalb des Verbrennungsbechers 44 angeordnet. Der Schlackenschirm 122 ist von den Öffnungen 68 aus radial außen angeordnet und liegt an der Verbrennungsbecherseitenwand 60 an. Jedoch könnte der Schlackenschirm 122 mit Abstand zu den Öffnungen in der Verbrennungsbecherseitenwand 60 angeordnet sein.
Eine bei 124 schematisch angedeutete ringförmige Endfilteranordnung ist innerhalb des Diffusorbechers 42 über dem Schlackenschirm 122 angeordnet. Die Endfilteranordnung 124 befindet sich von den Gasauslaßöffnungen 58 in der Seitenwand 50 des Diffusorbechers 42 aus radial innen. Die Endfilteranordnung 124 besteht aus einer Vielzahl von Lagen aus verschiedenen Materialien. Die Lagen erstrecken sich um die Diffusorbecherseitenwand 50 und sind innerhalb der Seitenwand angeordnet. Der Aufbau im einzelnen der Endfilteranordnung 124 bildet keinen Teil der Erfindung und wird daher nicht im einzelnen beschrieben.
Ein ringförmiger Filterschild 126 ragt von der Diffusorbecherseitenwand 50 aus radial nach innen und trennt die Endfilteranordnung 124 und den Schlackenschirm 122. Eine ringförmige Graphitdichtung 128 dichtet die Lücke zwischen dem oberen Rand der Endfilteranordnung 124 und dem Inneren der oberen Endwand 54 des Diffusorbechers ab. Eine weitere ringförmige Graphitdichtung 130 dichtet die Lücke zwischen dem unteren Rand der Endfilteranordnung 124 und der oberen Seite des Filterschilds 126 ab.
Die Aufblasvorrichtung 10 umfaßt eine Initiator- oder Zündanordnung 140. Die Zündanordnung 140 ragt durch die Öffnung 84 in dem Kammerdeckel 46 in die zentrale Ausnehmung 104 des Kanisters 90. Die Zündanordnung 140 umfaßt einen Zünder 142 und einen Schweißadapter 150. Der Zünder 142 und der Schweißadapter 150 sind miteinander verbunden. Der Schweißadapter 150 ist mit einer durchgehenden Schweißung, vorzugsweise einer Laserschweißung, an den Mittenabschnitt 80 des Kammerdeckels 46 geschweißt, und zwar an einer umfangsmäßigen Schweißstelle 144. Der Schweißadapter verstärkt den Kammerdeckel 46.
Die Zündanordnung 140 umfaßt den Zünder 142. Der Zünder 142 umfaßt ein Paar von Leitungsdrähten 146, die sich von der Zündanordnung 140 nach außen erstrecken. Die Leitungsdrähte 146 können mit einem (nicht gezeigten) Zusammenstoß- bzw. Aufprallsensor verbunden werden. Die Leitungsdrähte 146 sind mit einem Widerstandsdraht verbunden, der in ein Zündmaterial in dem Zünder eingebettet ist. Der Zünder 142 kann von jeder passenden bekannten Bauart sein. Ein (nicht gezeigter) dünner Plastikfilm ist auf der Außenseite des oberen Abschnitts des Zünders 142 angeordnet, um einen Kontakt von Metall zu Metall zu verhindern, welcher den Zünder 142 erden und die Aufblasvorrichtung 10 außer Betrieb setzen könnte.
Beim Eintritt eines Zusammenstoßes bzw. Aufpralls oder einer anderen plötzlichen Fahrzeugverzögerung, schließt der Kollisionssensor einen elektrischen Kreis. Ein elektrischer Strom fließt dann durch die Leitungsdrähte 146 zum Zünder 142. Der Widerstandsdraht zündet das Zündmaterial, das eine Ladung in dem Zünder 142 zündet. Die Zündung der Ladung bildet heiße Partikel und Gaserzeugnisse, die von dem Zünder 142 nach außen strömen und die innere, obere Wand 102 sowie die Innenseitenwand 98 des Kanisters 90 durchbrechen. Das heiße Gas von dem Zünder 142 zündet die Scheiben 110 des gaserzeugenden Materials. Die Scheiben 110 des gaserzeugenden Materials erzeugen schnell ein großes Volumen eines anderen heißen Gases.
Der Druck des Gases wirkt auf die zylindrische Seitenwand 96 des Kanisters 90 und drückt die Seitenwand 96 radial nach außen gegen die Verbrennungsbecherseitenwand 60. Dies ergibt, daß die dünne Seitenwand 96 des Kanisters 90 an den Öffnungen 68 in der Verbrennungsbecherseitenwand 60 durchbrochen oder hinausgeblasen wird. Die verminderte Dicke der Seitenwand 96 benachbart zu den Öffnungen 68 gestattet, daß dieser Abschnitt der Seitenwand 96 bevorzugt von anderen Abschnitten bei einem gewünschten Druck bricht. Das durch das Verbrennen der Scheiben 110 erzeugte Gas strömt dann radial nach außen durch den Vorfilter 120. Der Vorfilter 120 entfernt einige Verbrennungsprodukte der Zündanordnung 140 und der gaserzeugenden Scheiben 110 aus dem strömenden Gas. Der Vorfilter 120 kühlt auch das strömende Gas. Wenn das Gas abkühlt, lagern sich geschmolzene Produkte auf dem Vorfilter 120 ab. Das Gas strömt durch die Öffnungen 68 und in den Schlackenschirm 122.
Der Schlackenschirm 122 entfernt Partikel aus dem strömenden Gas und hält sie fest. Außerdem kühlt der Schlackenschirm das strömende Gas. Wenn das Gas abkühlt, lagern sich geschmolzene Verbrennungsprodukte, wie zum Beispiel Metall, auf dem Schlackenfilter 122 ab. Der Filterschild 126 zwischen dem Schlackenfilter 122 und der Endfilteranordnung 124 bewirkt einen turbulenten Strom von Gas in und um den Schlackenschirm 122. Der turbulente Gasstrom fördert die Rückhaltung von relativ schweren Partikeln in dem Schlackenfilter 122 und in dem unteren Abschnitt des Diffusorbechers 42.
Das Gas strömt von dem Schlackenschirm 122 zu der Endfilteranordnung 124 axial nach oben. Das Gas strömt dann radial nach außen durch die Endfilteranordnung 124, die kleine Partikel aus dem Gas entfernt. Die Endfilteranordnung 124 kühlt außerdem das Gas weiter ab, so daß sich geschmolzene Produkte in dem Gas auf Teilen der Endfilteranordnung 124 ablagern können. Die ringförmige Anordnung von Gasauslaßöffnungen 58 leitet den Gasstrom in den Gassack 12, um den Gassack 12 aufzublasen.
Wie oben beschrieben, sind der Diffusorbecher 42, der Verbrennungsbecher 44 und der Deckel 46 durch drei kreisförmige Schweißungen 70, 72 und 86 miteinander verbunden (3). Die Schweißungen 70, 72 und 86 haben Mittelachsen, die mit den Mittelachsen des Diffusorbechers 42 und Verbrennungsbechers 44 übereinstimmen.
Die ringförmige Endwand 54 des Diffusorbechers 42 ist in überlappendem Eingriff mit der kreisfömigen Endwand 64 des Verbrennungsbechers 44 angeordnet. Eine sich radial erstreckende flache innere Seitenoberfläche 162 (3) der Diffusorbecherendwand 54 ist in anstoßendem Eingriff mit der kreisförmigen oberen Seitenoberfläche 164 auf der Verbrennungsbecherendwand 64 angeordnet. Somit verstärkt die Endwand 54 des Diffusorbechers 42 die Endwand 64 des Verbrennungsbechers 44.
Eine flache ringförmige untere Seitenoberfläche 168 auf dem Diffusorbecherflansch 56 ist in flach anstoßendem Eingriff mit einer ringförmigen oberen Seitenoberfläche 170 auf dem Verbrennungsbecherflansch 66 angeordnet. Die Flansche 56 und 66 auf dem Diffusorbecher 42 und Verbrennungsbecher 44 wirken zusammen, um den unteren Abschnitt des Diffusorbechers und des Verbrennungsbechers zu verstärken.
Ein ringförmige flache untere Seitenoberfläche 174 auf dem Verbrennungsbecherflansch 66 ist in anstoßendem Eingriff mit einer ringförmigen oberen Seitenoberfläche 176 des Deckelflanschs 82 angeordnet. Der Deckel 46 wirkt mit dem Verbrennungsbecherflansch 66 zusammen, um den unteren Abschnitt des Verbrennungsbechers 44 zu verstärken. Da der Verbrennungsbecherflansch 66 mit dem Diffusorbecherflansch 56 verbunden ist, verstärkt der Deckel 46 auch den Diffusorbecher 42. Der Adapter 150 (2) ist bei 144 an den Deckel 46 geschweißt und verstärkt den Deckel.
Die Seitenwände 50 und 60 und Flansche 56 und 66 des Diffusorbechers 42 und Verbrennungsbechers 44 (3 und 4) sind streckgehärtet (kaltverfestigt), um ihre Streckgrenze und Zug- oder Zerreißfestigkeit zu erhöhen. Die Streckhärtung der Seitenwände 50 und 60 und Flansche 56 und 66 geschieht während des Ziehens von flachen kreisförmigen Rohlingen zum Bilden des Diffusorbechers 42 und Verbrennungsbechers 44. In einem speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung, in dem der Diffusorbecher 42 und der Verbrennungsbecher 44 aus Rohlingen aus rostfreiem Stahl UNS S30100 gezogen wurden, wurde die Zerreißfestigkeit der streckgehärteten Abschnitte der Diffusor- und Verbrennungsbecher um mehr als 100 % der Zerreißfestig keit der Rohlinge, bevor die Rohlinge kaltbearbeitet wurden, erhöht. Diese Erhöhung in der Zerreißfestigkeit ermöglicht es, daß das Aufblasvorrichtunggehäuse 40 relativ großen Druckkräften widerstehen kann, ohne zu versagen.
Wenn der Verbrennungsbecher 44 aus dem flachen kreisförmigen Rohling gebildet wird, übt ein Stempel Kraft gegen einen zentralen Abschnitt des Rohlings aus, und zwingt den Rohling nach unten in einen Ziehring. Wenn sich der Stempel in den Ziehring nach unten bewegt, wird der Rohling in den Ziehring gezogen. Wenn der Rohling in den Ziehring gezogen wird, wird er plastisch verformt und wird kaltbearbeitet. Der Stempel bewegt sich in den Ziehring über eine Distanz, die ausreichend ist, um die Seitenwand 60 des Verbrennungsbechers 44 zu bilden mit einem axialen Ausmaß, das zumindest 20mal so groß ist wie die Dicke des Rohlings, aus dem der Verbrennungsbecher geformt wird. Dieses Kaltbearbeiten des Metalls, das den Verbrennungsbecher 44 bildet, ergibt eine Streckhärtung des Metalls, welche die Seitenwand des Verbrennungsbechers bildet.
Das streckgehärtete Metall der zylindrischen Seitenwand 60 des Verbrennungsbechers 44 hat eine durchschnittliche Streckgrenze und eine durchschnittliche Zerreißfestigkeit, die mindestens 1,2mal so groß ist wie (d. h. 20 größer ist als) die durchschnittliche Streckgrenze und Zerreißfestigkeit der undurchlöcherten kreisförmigen Endwand 64. Allgemein gesagt, hat die Endwand 64 eine Streckgrenze und Zerreißfestigkeit, die nahe an der Streckgrenze und Zerreißfestigkeit des Rohlings sind, aus dem der Verbrennungsbecher 44 gebildet wurde. Zum Beispiel ist die durchschnittliche Streckgrenze oder Formänderungsfestigkeit der Verbrennungsbecherseitenwand 60 typischerweise größer als 827,4 N/mm² (120 000 psi), wogegen die Endwand 64 eine durchschnittliche Streckgrenze oder Formänderungsfestigkeit von weniger als 689,5 N/mm² (100 000 psi) besitzt.
Die Erhöhung der Streckgrenze und Zerreißfestigkeit der Seitenwand 60 des Verbrennungsbechers 44 ist eine direkte Funktion des Ausmaßes, in dem die Seitenwand des Verbrennungsbechers während der Bildung des Verbrennungsbechers streckgehärtet wird. Das Ausmaß der Streckhärtung der Seitenwand 60 des Verbrennungsbechers 44 verändert sich als eine Funktion der Größe der plastischen Deformation des Rohlings während des Ziehvorgangs. Daher ist die Streckhärtung des Metalls um so größer und die Streckgrenze und Zerreißfestigkeit der Seitenwand 60 des Verbrennungsbechers 44 um so höher, je tiefer das Ziehen ist. Während der Bildung des Verbrennungsbechers 44 geschieht die Streckhärtung des Metalls, das die Seitenwand 60 bildet, nicht gleichmäßig über das axiale Ausmaß der zylindrischen Seitenwand hinweg. Daher ist die Streckgrenze und Zerreißfestigkeit der Verbrennungsbecherseitenwand 60 nicht einheitlich über das axiale Ausmaß der Seitenwand hinweg. Die größte Streckhärtung des Metalls des Rohlings erfolgt in der Seitenwand 60 benachbart zu dem ringförmigen Flansch 66.
Das Ausmaß der Verformung des Rohlings, um die Verbrennungsbecherseitenwand 60 zu bilden, steigt in einer im allgemeinen gleichförmigen Weise an von der Endwand 64 zum Flansch 66. Daher steigt die Streckgrenze und Zerreißfestigkeit der Verbrennungsbecherseitenwand 60 in einer im allgemeinen gleichförmigen Weise an von der Endwand 64 zu dem Flansch 66. Jedoch treten lokale Abweichungen des Ausmaßes der Streckhärtung in der Verbrennungsbecherseitenwand 60 auf wegen Veränderungen in dem Fluß von Metall während des Ziehens des Rohlings und wegen Unregelmäßigkeiten in der Zusammensetzung des Materials des Rohlings.
Die Dicke der Verbrennungsbecherseitenwand 60 nimmt ab, während sie sich in der Richtung des Pfeils 182 in 5 erstreckt. Somit ist die zylinderische Verbrennungsbecherseitenwand 60 benachbart zu dem ringförmigen Flansch 66 dicker als benachbart zu der kreisförmigen Endwand 64. Diese Änderung in der Dicke der Verbrennungsbecherseitenwand 60 ist das Ergebnis von Fließen des Metalls des Rohlings, wenn der Rohling während der Fabrikation des Verbrennungsbechers durch den Stempel in die Form gezogen wird. Die Öffnungen 68 (3 und 4) werden nach dem Ziehen des Verbrennungsbechers 44 gebildet.
Ein spezielles Ausführungsbeispiel des Verbrennungsbechers 44 wurde aus einem kreisförmigen Rohling aus rostfreiem Stahl UNS S30100 gezogen. Der Rohling aus rostfreiem Stahl hatte eine nominale Dicke von 1,20 bis 1,35 mm und einen Durchmesser von 119,0 mm. Dieser spezielle Rohling wurde gezogen, um eine zylindrische Verbrennungsbecherseitenwand 60 zu bilden, die ein axiales Ausmaß von 35,25 mm hat. Der Verbrennungsbecherflansch 66 hat einen Außendurchmesser von 86,50 mm. Die Verbrennungsbecherendwand 64 hat einen Durchmesser von 52,75 mm. Die Dicke der Verbrennungsbecherseitenwand 60 benachbart zu dem Flansch 66 war 1,21 mm an einer Stelle, die in 5 durch Pfeile 184 bezeichnet ist. An einer durch Pfeile 186 in 5 angezeigten Stelle hatte die Verbrennungsbecherseitenwand 60 eine Dicke von 0,80 mm. Der Verbrennungsbecherflansch 66 hatte eine Dicke von 1,16 mm an einer Stelle, die in 5 durch die Pfeile 190 angezeigt ist. Die Verbrennungsbecherendwand 64 hatte eine Dicke von 0,95 mm an einer Stelle, die in 5 durch die Pfeile 192 angezeigt ist. Eine Ecke zwischen der Seitenwand 60 und dem Flansch 66 des Verbrennungsbechers 44 hatte eine Dicke von 1,14 mm an einer durch die Pfeile 194 bezeichneten Stelle. An der Ecke zwischen der Seitenwand 60 und der Endwand 64 des Verbrennungs bechers 44 hatte das Metall eine Dicke von 0,75 mm an einer mit den Pfeilen 196 angezeigten Stelle.
Wegen der speziellen Eigenschaften des Rohlings und der Art und Weise, in der das Metall des Rohlings während des Ziehens floß, variierte die Härte der Seitenwand 60 dieses speziellen Verbrennungsbechers 44 an Stellen, die den gleichen Abstand von der Endwand 64 hatten. In ähnlicher Weise variierte die Härte des Metalls der Endwand 64 und des Flansches 66 über die Endwand und den Flansch hinweg. Jedoch hatte die Seitenwand 60 dieses speziellen Verbrennnungsbechers 44 eine durchschnittliche Härte von ungefähr 60 HR30N (Hardness Rockwell mit einem 30 kg-Gewicht unter Benutzung eines Diamantstempels). Die Endwand 64 hat eine durchschnittliche Härte von ungefähr 50 HR30N. Somit hat die Seitenwand 60 des Verbrennungsbechers 44 eine durchschnittliche Härte, die mindestens 1,2mal so groß ist, wie die durchschnittliche Härte der Endwand 64. Der Flansch 66 besitzt eine durchschnittliche Härte von ungefähr 58 HR30N.
Die Härte des Verbrennungsbechers wurde an 97 Stellen auf der Oberfläche des Verbrennungsbechers gemessen. Diese Stellen sind in 6 angezeigt. Die Stellen 1 bis 30 befinden sich in drei sich umfangsmäßig erstreckenden Reihen auf der zylindrischen Außenoberfläche der Seitenwand 60 des Verbrennungsbechers 44 (6). Die Stellen 31 bis 37 erstrecken sich von dem rechten (wie in 6 gesehen) Rand des Flansches 66 aus radial nach innen. Die Stellen 38 bis 50 sind in einer sich axial erstreckenden Reihe entlang der Seitenwand 60 des Verbrennungsbechers. Die Stelle 51 ist an einer Ecke zwischen der Verbrennungsbecherseitenwand 60 und der Endwand 64 des Verbrennungsbechers. Die Stellen 52 bis 76 liegen in einer Reihe, die sich diametral über die Verbrennungsbecherendwand 64 erstreckt. Die Stelle 77 (6) ist an einer Ecke zwischen den Seiten- und Endwänden 62 und 64 des Verbrennungsbechers 44 und befindet sich diametral gegenüber von der Stelle 51. Die Stellen 78 bis 90 liegen in einer sich axial erstreckenden Reihe entlang der Verbrennungsbecherseitenwand 60 und liegen diametral gegenüber von den Stellen 38 bis 50. Die Stellen 91 bis 97 liegen in einer sich radial erstreckenden Reihe auf dem Verbrennungsbecherflansch 66 diametral gegenüber von den Stellen 31–37.
Die Härte an den verschiedenen in 6 mit 1 bis 97 gezeichneten Stellen wurde nach einem HR30N-Maßstab gemessen. Der HR30N-Maßstab ist eine Rockwell-Oberflächenhärtezahl mit einem 30 kg-Gewicht unter Verwendung eines Diamantstempels. Dieser Maßstab wurde wegen der geringen Dicke des Materials des Verbrennungsbechers 44 und der Härte der verschiedenen Stellen auf der Oberfläche des Verbrennungsbechers verwendet. Die gemessenen Härten an den verschiedenen Stellen auf dem Verbrennungsbecher waren wie folgt: Härte
Die Streckgrenze und Zerreißfestigkeit des Verbrennungsbechers 44 ist eine direkte Funktion der Härte des Metalls. Somit ist die Streckgrenze des Metalls um so größer, je härter das Metall ist. Ein rostfreier Stahl UNS S30100 mit einer HR30N-Härte von 50 hat eine Streckgrenze von ungefähr 620,5 N/mm² (90 000 psi). Ein rostfreier Stahl UNS S30100 mit einer HR30N-Härte von 60 hat eine Streckgrenze von ungefähr 965,3 N/mm² (140 000 psi). Bei Härten dieser allgemeinen Größenordnungen entspricht ein Anstieg um 1 in der HR30N-Härte einem Anstieg von ungefähr 34,5 N/mm² (5000 psi) in der Streckgrenze von rostfreiem Stahl UNS S30100.
In der vorhergehenden Beschreibung des Verbrennungsbechers 44 wurden spezielle Maße und Materialien für den Rohling, aus dem der Verbrennungsbecher gebildet wird, und für den Verbrennungsbecher selbst angegeben. Zusätzlich wurden spezielle Härten für verschiedene Stellen auf dem Verbrennungsbecher 44 angegeben. Es ist verständlich, daß diese Materialien, Abmessungen und Härten hierin nur zu Zwecken der Klarheit der Beschreibung und nicht zu Zwecken der Einschränkung der Erfindung angegeben wurden. Es wird daran gedacht, daß der Verbrennungsbecher 44 aus vielen verschiedenen Materialien aus Rohlingen von vielen verschiedenen Ausmaßen gebildet werden könnte. Der Verbrennungsbecher 44 selbst könnte unterschiedliche Ausmaße und Härten aufweisen. Tatsächlich wird daran gedacht, daß spezielle Verbrennungsbecher einer Serie von Verbrennungsbechern 44 mit der gleichen Gesamtgröße und hergestellt aus dem gleichen Material aus Rohlingen der gleichen Größe unterschiedliche Wanddicken und/oder Härten haben können.
Der Diffusorbecher 42 wird in der gleichen Weise wie der Verbrennungsbecher 44 gebildet. So wird der Diffusorbecher 42 durch Ausüben einer Kraft gegen einen zentralen Abschnitt eines ringförmigen Rohlings mittels eines Stempels gezogen. Wenn der Stempel das Metall des Rohlings in den Ziehring zieht, wird das Metall kalt bearbeitet. Der Stempel bewegt sich in den Ziehring über eine Distanz, die ausreichend ist, um die Seitenwand 50 des Diffusorbechers 42 mit einem axialen Ausmaß zu bilden, welches mindestens 20mal so groß ist wie die Dicke des Rohlings, aus dem der Diffusorbecher gebildet wird. Dies resultiert in einer Streckhärtung des Metalls, das die Seitenwand 50 und den Flansch 56 des Diffusorbechers 42 bildet. Die kreisförmige zentrale Öffnung 57 ist in dem Rohling, aus dem der Diffusorbecher geformt wird, ausgebildet. Die Seitenwandöffnungen 58 (3 und 4) werden gebildet, nachdem der Ziehvorgang beendet ist.
Das streckgehärtete Metall der Seitenwand 50 und des Flanschs 56 des Diffusorbechers 42 hat eine durchschnittliche Streckfestigkeit oder Streckgrenze und eine durchschnittliche Zerreißfestigkeit, die mindestens 1,2mal so groß sind wie (d.h. 20 % größer sind als) die durchschnittliche Streckgrenze und Zerreißfestigkeit der Endwand 54. Zum Beispiel ist die durchschnittliche Streckgrenze der zylindrischen Diffusorbecherseitenwand 50 typischerweise größer als 827,4 N/mm² (120 000 psi), wogegen die ringförmige Endwand 54 eine durchschnittliche Streckgrenze von weniger als 689,5 N/mm² (100 000 psi) besitzt. Die durchschnittliche Streckgrenze der Diffusorbecherseitenwand 50 ist mindestens 20 % größer als die durchschnittliche Streckgrenze der Diffusorbecherendwand 54. Das Ausmaß der Streckhärtung des Metalls des Diffusorbechers 42 ändert sich als eine Funktion der plastischen Verformung des Metalls während des Ziehvorgangs. Daher ist die Streckhärtung des Metalls um so größer und die Streckgrenze und die Zerreißfestigkeit des Metalls um so höher, je tiefer die Ziehung ist.
In einem speziellen Beispiel wurde der Diffusorbecher 42 aus einem kreisförmigen Rohling aus rostfreiem Stahl UNS 530100 mit einer nominalen Dicke von 1,20 bis 1,35 mm gezogen. Dieser spezielle Rohling hatte einen Durchmesser von 134,0 mm und wurde gezogen, um eine zylindrische Diffusorbecherseitenwand 50 mit einem axialen Ausmaß von 35,25 mm zu bilden. Der ringförmige Diffusorbecherflansch 56 hatte einen Durchmesser von 91,50 mm. Die ringförmige Diffusorbecherendwand hatte einen Durchmesser von 76,50 mm.
Während des Ziehvorgangs wurde die Diffusorbecherseitenwand 50 gebildet mit einer Dicke, die in der Richtung des Pfeils 204 in 7 abnahm. An der durch die Pfeile 206 angezeigten Stelle hatte die Diffusorbecherseitenwand 50 eine Dicke von ungefähr 1,10 mm. Die zylindrische Diffusorbecherseitenwand 50 verjüngte sich auf eine Dicke von ungefähr 0,79 mm an einer Stelle, die in 7 durch die Pfeile 208 bezeichnet ist.
Der ringförmige Flansch 56 dieses speziellen Diffusorbechers 42 hatte eine Dicke von 1,23 mm an einer Stelle, die in 7 durch die Pfeile 210 bezeichnet ist. Die ringförmige Diffusorbecherendwand 54 hatte eine Dicke von 0,90 mm an einer durch die Pfeile 212 bezeichneten Stelle. Die Ecke zwischen dem Flansch 56 und der Seitenwand 50 des Diffusorbechers 42 hatte eine Dicke von 1,05 mm an einer durch die Pfeile 214 bezeichneten Stelle. Die Ecke zwischen der Seitenwand 50 und der Endwand 54 des Diffusorbechers 42 hatte eine Dicke von 0,70 mm an einer durch die Pfeile 216 bezeichneten Stelle. Die Härte des Diffusorbechers 42 variierte um die Seitenwand 50 herum an Stellen, die einen gleichen Abstand von der Endwand 54 hatten. In ähnlicher Weise änderte sich die Härte der Endwand über die Endwand hinweg. Jedoch hatte, allgemein gesprochen, für diesen besonderen Diffusorbecher 42 der Flansch 56 eine durchschnittliche Härte von ungefähr 61 HR30N (Hardness Rockwell mit einem 30 kg-Gewicht unter Verwendung eines Diamantstempels). Die Seitenwand dieses speziellen Diffusorbechers hatte eine Härte, die von einem Maximum von ungefähr 61 HR30N benachbart zu dem Flansch zu einem Minimum von ungefähr 51 HR30N benachbart zu der Endwand 54 variierte. Die durchschnittliche Härte der Seitenwand war ungefähr 57 HR30N. Die Endwand hatte eine durchschnittliche Härte von ungefähr 51 HR30N.
Die Härte an verschiedenen Stellen auf der Oberfläche des Diffusorbechers 42 veränderte sich als eine direkte Funktion des Ausmaßes der Kaltbearbeitung des Metalls des Diffusorbechers an diesen Stellen. Je größer die Kaltbearbeitung, desto größer die Streckhärtung und desto größer die streckgrenze und Zerreißfestigkeit des Materials.
Während des Formens des Diffusorbechers 42 durch einen Ziehvorgang fließt das Metall eines flachen kreisförmigen Rohlings um den Stempel und in einen kreisförmigen Formring. So wird das Metall des Rohlings in die Form gezogen mit einer resultierenden Verminderung des Durchmessers des Rohlings während des Ziehvorgangs. So wurde während des Ziehvorgangs des vorher erwähnten speziellen Diffusorbechers 42 der Durchmesser des Rohlings von 134,0 mm auf ungefähr 95,0 mm vermindert. Der Stempeldurchmesser war 76,5 mm.
In dem vorher erwähnten speziellen Diffusorbecher 42 wurde die Härte des Diffusorbechers an 76 Stellen auf der Oberfläche des Diffusorbechers gemessen (8). Die Stellen 1 bis 36 sind in drei sich umfangsmäßig erstreckenden Reihen auf der äußeren Seitenoberfläche der Diffusorbecherseitenwand 50 angeordnet. Die Stellen 37 bis 39 erstrecken sich von dem rechten Rand (wie in 8 gesehen) des Diffusorbecherflanschs 56 aus radial nach innen. Die Stellen 40 bis 50 befinden sich in einer sich axial erstreckenden Reihe entlang der Diffusorbecherseitenwand 50. Die Stelle 51 ist an einer Ecke zwischen der Diffusorbecherseitenwand 50 und der Endwand 54 angeordnet.
Die Stellen 52 bis 61 sind in einer Reihe angeordnet, die sich diametral über die Endwand des Diffusorbechers 42 erstreckt. Die Stelle 62 ist in einer Ecke zwischen der Diffusorbecherseitenwand 50 und der Endwand 54 und ist diametral gegenüber der Stelle 51. Die Stellen 63 bis 73 sind in einer sich axial erstreckenden Reihe entlang der Diffusorbecherseitenwand 50 angeordnet und sind diametral gegenüber der Stellen 40 bis 50. Die Stellen 74 bis 76 befinden sich in einer sich radial erstreckenden Reihe auf dem Diffusorbecherflansch 56 diametral gegenüber der Stellen 37 bis 39.
Die gemessene Härte an den verschiedenen Stellen auf dem Diffusorbecher 42 war wie folgt: Härte
Es versteht sich, daß die vorhergehenden speziellen Materialien, Ausmaße und Härten für den Diffusorbecher 42 hierin zu Zwecken der Klarheit der Beschreibung genannt wurden. Es wird erwogen, daß der Diffusorbecher 42 aus unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen Ausmaßen und Härten gebildet werden könnte. Tatsächlich wird erwogen, daß spezielle Diffusorbecher aus einer Serie von Diffusorbechern 42 mit der gleichen Gesamtgröße und aus dem gleichen Material aus Rohlingen der gleichen Größe unterschiedliche Wandstärken und/oder Härten haben kann.
Obwohl der Deckel 46 bei weitem nicht so stark verformt wird wie der Diffusorbecher 42 und der Verbrennungsbecher 44, wird der Deckel 46 verformt, um einen Flansch 82 und einen Mittelabschnitt 80 zu auszubilden. Der Deckel 46 wird durch Ziehen eines Rohlings gebildet durch Ausüben einer Kraft mit einem Stempel an dem Mittelabschnitt des Rohlings. Wenn der Rohling gezogen wird, wird er plastisch verformt und kalt bearbeitet. Dies ergibt eine Streckhärtung des Metalls, das den Flansch 82 bildet. Das streckgehärtete Metall des Flansches 82 hat eine größere durchschnittliche Formänderungs- oder Streckfestigkeit (Streckgrenze) als die durchschnittliche Streckgrenze des Mittenabschnittts 80.
In einem besonderen Beispiel wurde der Deckel 46 aus einem kreisförmigen Rohling aus rostfreiem Stahl UNS S30100 gezogen, der eine nominale Dicke von 1,20 bis 1,35 mm und einen Durchmesser 69,00 mm hat. Dieser Rohling wurde gezogen, um einen Deckel zu bilden, der einen Mittenabschnitt hat, der von dem Flanschabschnitt um einen axialen Abstand von 1,27 mm versetzt war. Der Deckelflansch 82 hatte einen Außendurchmesser von 63,00 mm. Der Mittenabschnitt 80 dieses speziellen Deckels hatte einen Durchmesser von 49,00 mm.
Während des Ziehvorgangs wurde der Deckel 46 geformt mit einer Dicke, die an verschiedenen Abschnitten des Deckels unterschiedlich war. So hatte der Flansch 82 an einer Stelle, die durch die Pfeile 222 in 9 angezeigt ist, eine Dicke von 1,15 mm. Der Mittenabschnitt 80 des Deckels hatte eine Dicke von 1,10 mm an einer Stelle, die durch die Pfeile 224 in 9 angezeigt ist. An der Stelle, die durch die Pfeile 226 in 9 angezeigt ist, hatte der Deckel eine Dicke von 1,12 mm. An einer Stelle, die durch die Pfeile 228 in 9 angezeigt ist, war die Dicke des Deckels 1,07 mm.
Die Härte des Deckels variierte über den Deckel hinweg an Stellen, die einen gleichen Abstand von der Mitte des Deckels aufwiesen. Jedoch hatte, allgemein gesprochen, für diesen speziellen Deckel der Flansch eine durchschnittliche Härte von ungefähr 81,5 HRB (Hardness Rockwell mit einem 100 kg-Gewicht unter Verwendung einer Kugel mit einem Durchmesser von 0,158 mm (1/16 Zoll)). Der Mittenabschnitt dieses speziellen Deckels hatte eine durchschnittliche Härte von ungefähr 85 HRB.
Die Härte an verschiedenen Stellen auf dem Deckel 46 veränderte sich als eine direkte Funktion des Ausmaßes der Kaltbearbeitung an diesen Stellen in dem Deckel. Je größer die Kaltbearbeitung, um so größer die Streckhärtung und um so größer die Streckgrenze des Materials, das den Deckel bildet. Während des Formens des Deckels 46 durch einen Ziehvorgang wurde der Durchmesser des Rohlings von 69,00 mm auf ungefähr 65,0 mm vermindert.
Bei diesem speziellen Deckel 46 wurde die Härte des Deckels an 32 Stellen auf der Oberfläche des Deckels gemessen (10). Die Stellen 1, 2, 15, 16, 17, 18, 31 und 32 (10) sind paarweise an vier Stellen mit gleichem Abstand um den Flansch 82 des Deckels angeordnet. Die Stellen 3 bis 14 und 19 bis 30 sind in zwei sich diametral erstreckenden und sich schneidenden Reihen auf dem Mittenabschnitt 80 des Deckels angeordnet. Die Härte an den verschiedenen Stellen war wie folgt: Härte
Die Streckgrenze des Materials des Deckels 46 ist eine direkte Funktion der Härte des Metalls. Somit ist die Streckgrenze und Zerreißfestigkeit des Metalls um so größer, je härter das Metall ist. So hat ein Deckel aus rostfreiem Stahl UNS S30100, der eine HRB-Härte von 80 hat, eine Streckgrenze von ungefähr 206,9 N/mm² (30 000 psi).
Es ist verständlich, daß das vorhergehende Material, die Ausmaße und Härten für einen speziellen Deckel 46 hierin zu Zwecken der Klarheit der Beschreibung genannt wurden. Es wird erwogen, daß der Deckel 46 aus verschiedenen Materialien mit verschiedenen Ausmaßen und Härten gebildet werden könnte.
Wie oben beschrieben, wird die Initiator- oder Zündanordnung 140 beim Eintreten einer plötzlichen Fahrzeugverzögerung betätigt, um die Deflagration der Scheiben 110 des gaserzeugenden Materials zu veranlassen. Wenn die Scheiben 110 rasch verbrennen, wird heißes Stickstoffgas erzeugt. Während der Erzeugung des Gases durch die Verbrennung der Scheiben 110 von gaserzeugendem Material steigt der Strömungsmitteldruck in der zylindrischen Verbrennungsbecherkammer 240 (3) an. Dieser Strömungsmitteldruck ist ausreichend, um das Aufblasvorrichtungsgehäuse 40 plastisch zu verformen in einer Weise, wie es in 11 gezeigt ist. Wenn das heiße Stickstoffgas durch die Verbrennungsbecheröffnungen 68 in den Diffusorbecher 42 strömt, steigt auch der Strömungsmitteldruck in der ringförmigen Diffusorbecherkammer 242 an.
Der maximale Strömungsmitteldruck, der sich in der Diffusorbecherkammer 242 aufbaut, ist geringer als der maximale Strömungsmitteldruck, der sich in der Verbrennungsbecherkammer 240 aufbaut. Dies rührt teilweise daher, daß die Öffnungen 68 in der Seitenwand 60 des Verbrennungsbechers 44 kleiner und geringer in der Anzahl sind, als die Öffnungen 58 in der Seitenwand 50 des Diffusorbechers 42. Auch ist die Temperatur des Gases in der Diffusorbecherkammer 242 geringer als die Temperatur des Gases in der Verbrennungsbecherkammer 240. Die Wirkung des höheren Drucks des Gases in der Verbrennungsbecherkammer 240 hat zur Folge, daß der Verbrennungsbecher 44 in einem größeren Ausmaß plastisch verformt wird als der Diffusorbecher 42.
Der Strömungsmitteldruck in der Verbrennungsbecherkammer 240 bewirkt, daß sich die Endwand 64 und der Deckel 46 plastisch in einer Richtung axial nach außen (11) verformen. Die überlappende Beziehung zwischen der Diffusorbecherendwand 54 und der Verbrennungsbecherendwand 64 ermöglicht, daß Kraft von der Endwand des Verbrennungsbechers 44 zu der Endwand des Diffusorbechers 42 übertragen wird. Diese Kraft wird durch die ringförmige Schweißung 70, die die Diffusorbecherendwand 54 und die Verbrennungsbecherendwand 64 miteinander verbindet, übertragen. Die Endwand 54 des Diffusorbechers 44 hält eine Verformung der Endwand 64 des Verbrennungsbechers 44 axial nach außen zurück, verhindert diese aber nicht. Die Verbrennungsbecherendwand 64 verformt sich in ausreichendem Maß, um sich durch die Öffnung 57 in der Diffusorbecherendwand 54 zu erstrecken.
Während des Formens des Verbrennungsbechers 44 erfährt die Endwand 64 fast keine Bearbeitungshärtung. Daher hat die Verbrennungsbecherendwand 64 eine relativ geringe Streckgrenze und ist relativ verformbar. Die relativ geringe Streckgrenze der Verbrennungsbecherendwand 64 ermöglicht, daß diese beginnt sich zu verformen, bevor andere Abschnitte des Verbrennungsbechers 44 beginnen, sich unter dem Einfluß des ansteigenden Gasdrucks in der Kammer 240 zu verformen. Die Verformbarkeit der Verbrennungsbecherendwand 64 ermöglicht, daß sie sich in einem relativ großen Ausmaß plastisch verformt, ohne zu reißen. Um eine übermäßige Verformung der Verbrennungsbecherendwand 64 zu verhindern, verzögert die Diffusorbecherendwand 54 ein Ausbeulen der Verbrennungsbecherendwand 64.
Wenn der Strömungsmitteldruck in der Verbrennungsbecherkammer 240 ansteigt, wird der Deckel 46 in der entgegengesetzten Richtung von der Endwand 64 (11) plastisch verformt oder ausgebeult. Die Schweißung 86 an der Über lappung zwischen dem Deckel 46 und dem Verbrennungsbecherflansch 66 verhindert eine übermäßige plastische Verformung des Deckels 46. Obwohl der Deckel 46 durch die Bildung des Mittenabschnitts 80 und Flanschs 82 in einem gewissen Ausmaße bearbeitungsgehärtet ist, ist der sich ergebende Anstieg der Streckgrenze des Deckels 46 nicht ausreichend, um eine plastische Verformung des Deckels zu verhindern. Dadurch, daß der Mittenabschnitt 80 des Deckels 46 anfangs von dem Flansch 82 aus nach innen versetzt ist (3), wird die Strukturfestigkeit des Deckels gegen Strömungsmitteldruckkräfte in der Verbrennungsbecherkammer 240 erhöht. Dennoch verformen sich sowohl die Endwand 64 als auch der Deckel 46 plastisch axial nach außen, wenn der Strömungsmitteldruck in der Verbrennungsbecherkammer 240 ansteigt. Durch die strukturelle Verstärkung, mit der die Diffusorbecherendwand 54 die Verbrennungsbecherendwand 64 versieht, und da der Durchmesser der Schweißung 70 zwischen der Diffusorbecherendwand 54 und der Verbrennungsbecherendwand 64 kleiner ist als der Durchmesser der Schweißung 86 zwischen dem Deckelflansch 82 und dem Verbrennungsbecherflansch 66, erfolgt eine größere axiale Verformung des Deckels 46 als der Verbrennungsbecherendwand 64. Die Verformung des Deckels 46 wird durch Schweißen des Zündanordnungsadapters 150 an den Deckel an einer Schweißung 144 um bis zum 50 % reduziert.
Die Seitenwand 50 des Verbrennungsbechers 44 kann sowohl in axialer als auch in radialer Richtung verformt werden. Wenn der Strömungsmitteldruck in der Verbrennungsbecherkammer 240 wesentlich ansteigt, steigt die axiale Länge der Verbrennungsbecherseitenwand 60 an. Zusätzlich wird der Endabschnitt der Seitenwand 60 zu der Endwand 64 des Verbrennungsbechers 44 hin radial nach innen verformt, wenn die Endwand 64 sich plastisch axial nach außen verformt.
Es erfolgt eine minimale plastische Verformung der Verbrennungsbecherseitenwand 60 benachbart zu dem unteren Flansch 66. Das relativ geringe Ausmaß der Verformung der Verbrennungsbecherseitenwand 60 benachbart zu dem Flansch 66, rührt zumindest teilweise von der Streckhärtung des Metalls der Seitenwand 60 bei der Bildung des Verbrennungsbechers her. Wie oben erklärt wurde, erhöht die Streckhärtung des Metalls in der Verbrennungsbecherseitenwand 60 die Streckgrenze des Metalls. Zusätzlich hat die Verbrennungsbecherseitenwand 60 eine relativ dicke Querschnittsfläche benachbart zu dem Flansch 66.
Der Deckel 46, der Verbrennungsbecherflansch 66 und der Diffusorbecherflansch 56 wirken zusammen, um eine Strukturfestigkeit vorzusehen, um einer Verformung des unteren Abschnitts des Verbrennungsbechers 44 zu widerstehen. Insbesondere überlappt, wie oben beschrieben, der Flansch 82 auf dem Deckel 46 den Flansch 66 auf dem Verbrennungsbecher 44 und ist an diesen geschweißt. Zusätzlich überlappt der Verbrennungsbecherflansch 66 den Diffusorbecherflansch 56 und ist daran geschweißt. Die überlappende Beziehung zwischen dem Deckelflansch 82, dem Verbrennungsbecherflansch 66 und dem Diffusorbecherflansch 56 sieht eine relativ starke strukturelle Basis für den Diffusorbecher 42 und Verbrennungsbecher 44 vor. Die Stärke der Basis, die durch den Deckelflansch 82, den Verbrennungsbecherflansch 66 und den Diffusorbecherflansch 56 vorgesehen ist, wird durch die Sreckhärtung dieser Flansche während ihrer Bildung verbessert.
Wegen des etwas geringeren Strömungsmitteldrucks in der Diffusorbecherkammer 242 wird der Diffusorbecher 42 nicht in dem gleichen Ausmaß plastisch verformt wie der Verbrennungsbecher 44. Jedoch kann die Endwand 54 des Diffusorbechers 42 axial nach außen verformt werden, in der in 11 gezeigten Weise, wenn die Endwand 64 des Verbrennungsbechers 44 sich axial nach außen verformt. Da nur relativ geringe Streckhärtung der Diffusorbecherendwand 54 während der Bildung des Diffusorbechers 42 erfolgt, hat die Endwand des Diffusorbechers eine relativ geringe Streckgrenze und ist relativ verformbar. Dies ermöglicht, daß sich die Endwand 54 des Diffusorbechers 42 benachbart zu der Öffnung 57 in einer Richtung axial nach außen plastisch verformt unter dem kombinierten Einfluß von Gasdruck in der Diffusorbecherkammer 242 und der Kraft, die von der Endwand 64 des Verbrennungsbechers 44 zu der Endwand 54 des Diffusorbechers 42 übertragen wird.
Obwohl die Endwand 54 des Diffusorbechers 42 plastisch verformt wird, ist die Endwand des Diffusorbechers geringerem Strömungsmitteldruck ausgesetzt als die Endwand 64 des Verbrennungsbechers 44. Daher verformt sich die Endwand 54 des Diffusorbechers 42 in einem geringeren Ausmaß als die Endwand 64 des Verbrennungsbechers 44. Dies ermöglicht, daß die Endwand 54 des Diffusorbechers 42 die Endwand des Verbrennungsbechers 64 verstärkt, um eine Verformung der Verbrennungsbecherendwand zu vermindern.
Die Seitenwand 50 des Diffusorbechers 42 kann sich in einer Richtung radial nach außen plastisch etwas verformen. Jedoch ist die Verformung der Seitenwand nach außen relativ gering wegen des relativ großen Ausmaßes der Streckhärtung mit einem daraus resultierenden Ansteigen der Streckgrenze der Diffusorbecherseitenwand 50. Ein überlappender Eingriff des Diffusorbecherflanschs 56 mit dem Verbrennungsbecherflansch 66 hält den unteren Abschnitt der Diffusorbecherseitenwand 50 gegen Verformung zurück.
Wie oben beschrieben, ist das Aufblasvorrichtungsgehäuse 40 (3 und 4) aus drei Teilen aus Metallblech und dem Adapter 150 gebildet, die zusammengeschweißt sind. Dies ergibt, daß das Aufblasvorrichtungsgehäuse 40 relativ leichtgewichtig, stark, kostengünstig herzustellen und leicht zusammenzubauen ist. Wegen des strukturellen Zusammenwirkens der Bauteile des Aufblasvorrichtungsgehäuses und wegen der Verstärkung von Abschnitten der Bauteile des Aufblasvorrichtungsgehäuses während der Herstellung der Bauteile ist es möglich, die Bauteile des Aufblasvorrichtungsgehäuses 40 aus relativ dünnen Blechstücken zu bilden, ohne die Bauteile des Aufblasvorrichtungsgehäuses übermäßig zu schwächen.
Abschnitte des Aufblasvorrichtungsgehäuses verformen sich plastisch unter dem Einfluß des heißen Stickstoffgases während des Aufblasens des Gassacks 12. Die Festigkeit des Aufblasvorrichtungsgehäuses 40 ist so gesteuert, daß das Gehäuse während des Aufblasens des Gassacks nicht reißt oder anderweitig versagt. Die plastische Verformung des Aufblasvorrichtungsgehäuses 40 wird gesteuert durch Erhöhen der Streckgrenze von Abschnitten des Aufblasvorrichtungsgehäuses. Dies wird durch Streckhärtung von Abschnitten der Aufblasvorrichtungsgehäuses während des Formens der Bauteile des Aufblasvorrichtungsgehäuses erreicht. Die plastische Verformung des Aufblasvorrichtungsgehäuses 40 wird auch durch strukturelles Verstärken von Abschnitten des Aufblasvorrichtungsgehäuses gesteuert. Dies ermöglicht, daß das Aufblasvorrichtungsgehäuse verminderte Größe und Gewicht haben kann, ohne die Strukturfestigkeit des Aufblasvorrichtungsgehäuses zu beeinträchtigen.
Um die Festigkeit des Aufblasvorrichtungsgehäuses 40 zu testen, wurde das Aufblasvorrichtungsgehäuse einem hydraulischen Drucktest ausgesetzt. Während des hydraulischen Drucktests wurde der Verbrennungsbecher 44 mit Wasser gefüllt bei einem kontinuierlich ansteigenden Druck. Wenn das Wasser aus dem Aufblasvorrichtungsgehäuse 40 auszulaufen bzw. zu lecken begann, wurde der Test gestoppt.
Um zu ermöglichen, daß sich Wasserdruck in dem Aufblasvorrichtungsgehäuse 40 aufbauen konnte, wurde der Diffusorbecher 42 ohne Öffnungen 58 gebildet. Da die Öffnungen 58 in der Seitenwand 50 des Diffusorbechers 42 beseitigt waren, erhöhte sich der Wasserdruck sowohl in der Verbrennungsbecherkammer 240 als auch in der Diffusorbecherkammer 242. Als der Strömungsmitteldruck anstieg, verformte sich das Gehäuse 40 in der in 12 schematisch gezeigten Weise. Es sei bemerkt, daß der Diffusorbecher 42 sich in einem größerem Ausmaß verformte, als dies bei normalem Einsatz eines Gassacks 12 geschieht (siehe 11).
Aus der obigen Beschreibung der Erfindung wird der Fachmann Verbesserungen, Veränderungen und Abwandlungen erkennen. Solche Verbesserungen, Veränderungen und Abwandlungen innerhalb der fachmännischen Praxis sollen durch die beiliegenden Ansprüche umfaßt sein.

Claims

Vorrichtung zum Aufblasen einer Fahrzeuginsassenrückhalteeinrichtung, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist: ein Aufblasvorrichtungsgehäuse (40) aus Metall; und gaserzeugendes Material, das in dem Aufblasvorrichtungsgehäuse (40) angeordnet ist zum Liefern von Gas, um die Insassenrückhalteeinrichtung aufzublasen, wobei das Aufblasvorrichtungsgehäuse (40) eine sich axial erstreckende Gehäuseseitenwand (60), die sich um das gaserzeugende Material herum erstreckt, und eine Endwand (64), die mit der Gehäuseseitenwand (60) als ein Stück Metall ausgebildet ist und die sich von einem Ende der Gehäuseseitenwand (60) nach innen erstreckt, aufweist, wobei die Gehäuseseitenwand (60) eine durchschnittliche Streckgrenze aufweist, die mindestens 1,2mal so groß ist wie die durchschnittliche Streckgrenze der Endwand (64).
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Gehäuseseitenwand (60) streckgehärtet wurde, um eine Härte zu haben, die sich ändert entlang des axialen Ausmaßes der Gehäuseseitenwand (60) zwischen einem Gebiet einer minimalen Härte, die mindestens so groß ist wie die durchschnittliche Härte der Endwand (64), und einem Gebiet maximaler Härte, die mindestens 1,2-mal so groß ist wie die durchschnittliche Härte der Endwand (64).
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei sich die durchschnittliche Dicke der Gehäuseseitenwand (60) entlang deren axialen Ausmaßes ändert zwischen einem Gebiet einer minimalen Dicke und einem Gebiet einer maximalen Dicke, wobei das Gebiet der Gehäuseseitenwand (60) mit maximaler Härte bei dem Gebiet der Gehäuseseitenwand (60) mit maximaler Dicke angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gehäuseseitenwand (60) eine axiale Ausdehnung aufweist, die mindestens 20mal so groß ist wie die Dicke der Endwand (64).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Material der Gehäuseseitenwand (60) eine durchschnittliche Streckgrenze von mehr als 827,4 N/mm² (120 000 psi) und das Material der Endwand (64) eine durchschnittliche Streckgrenze von weniger als 689,5 N/mm² (100 000 psi) aufweist.