DE4444490A1 - Metallspiralwolle in Gasgeneratoren - Google Patents

Description

Gasgeneratoren dienen zur Erzeugung von Gas, das für Sicherheitseinrichtungen in Fahrzeugen benötigt wird. Als Gasquellen dienen in der Regel Natriumazid- Tabletten die mittels eines Füllstoffs in der Brenn­ kammer fixiert sind. Beim Befüllen der Brennkammer mit Treibstofftabletten wird das Leervolumen durch diesen flexiblen Füllstoff reduziert und vermeidet neben Rasselgeräuschen auch eine Beschädigung der Treibstoff­ pellets beim Schließen der Brennkammer in der Montage. Beim Zünden der Treibstofftabletten entsteht neben dem gewünschten Stickstoffgas aber auch Hitze und Stoffe, teilweise erst nach Abkühlung ihren festen Zustand ein­ nehmen. Aus diesem Grund ist die Brennkammer in der Regel mit einem Flammensieb umgeben, welches verhindern soll, daß brennende Partikel oder Flammen aus dem Brennraum herausgeschleudert werden und andere Teile in Brand setzen. Außerdem ist in der Regel das Flammensieb so konstruiert, daß die heißen Gase etwas abgekühlt werden, bevor sie im eigentlichen Filterbereich so gründlich gereinigt werden, daß nur noch ungefährliches Stickstoffgas aus dem Generator entweichen kann. Der Filterbereich besteht meistens aus einer oder mehreren Kammern, die verschiedene Grob- und Feinfilter enthalten. Diese verschiedenen Filteranordnungen dienen dazu, das heiße Gas abzukühlen und Partikel und Schlackestoffe aus dem Gas abzusondern.

Momentan werden für derartige Filter Gewebe (Fig. 3), Maschenware (Fig. 4), wie DE 37 42 383 A1 offenbart und zusammengepreßten Partikeln aus Tuch, Kohle-, Glas- und Keramikfaser sowie einfache Metallwolle verwendet. Diese Materialien werden durch entsprechende Vorbehand­ lung, wie Zuschneiden, Aufrollen, Zusammenpressen oder anderen aufwendigen Formgebungen eng in den Gasgene­ rator eingepaßt oder als Modul eingesetzt.

Nachteilig an den bisher verwendeten Füll-, Filter- und Kühlmaterialien ist aber, daß sie einen sehr geringen Oberflächen/Gewichts-Quotienten aufweisen, insbesondere bei Sieben nur sehr eingeschränkte gestalterische Möglichkeiten bieten, wenig oder keine Elastizität besitzen, nur sehr eingeschränkt in Verbund mit anderen Materialien eingesetzt werden können, im Falle von Tuch nicht resistent gegen hohe Temperaturen sind, nicht gegen hohe Drücke resistent sind, starre Oberflächenstrukturen ausbilden, in der Herstellung sehr aufwendig sind, zur Löcherbildung neigen, aus­ fransen in der richtigen Orientierung eingesetzt werden müssen und bei einem großen Ober­ flächen/Gewichtsquotienten sehr teuer sind. Nachteilig an der einfachen, relativ unflexiblen Metallwolle ist, daß sie in der Regel einen kreisförmigen glatten Quer­ schnitt aufweist und keine oder nur teilweise spiral­ förmige Strukturen ausbildet, so daß sie erst durch Zusammenpressen eine akzeptable Stabilität erhält.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Füll-, Filter- und Kühlmaterial für Gasgeneratoren zu schaffen, bei dem eine hervorragende Filterwirkung sowohl im Grob- als auch Feinbereich erzielt werden kann, das durchströmende Gas optimal abkühlt und das zusätzlich als flexibles Füllmaterial in der Brennkammer verwendet werden kann.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1-3 gelöst, hiernach erfüllt Metall­ spiralwolle diese Anforderungen. Dabei handelt es sich im Prinzip um einen langen Span mit einem annähernd rechteckigen Querschnitt, wie er z. B. beim Überdrehen eines langen metallenen Rundlings an der Drehbank ent­ steht und welcher sich bei diesem Vorgang über die ganze Länge spiralförmig aufrollt. Dabei verhaken sich die einzelnen Spiralwindungen untereinander, und lassen sich nur noch schwer auflösen. Vorteilhafte Weiterbil­ dungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen 4 und 5.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind:

• - Die Metallspiralwolle kann, bedingt durch ihre Elastizität und Flexibilität, ihr Volumen druckab­ hängig ändern. Wenn die Drücke im Gasgenerator i.a. kurz nach der Zündung am höchsten sind und anschließend linear bzw. später exponentiell abnehmen, erfolgt bei entsprechender Einbau­ situation zunächst eine Verdichtung der Metall­ spiralwolle, die sich später sukzessive verringert und damit mehr Volumen beansprucht, was nicht anderes bedeutet, als daß das Leervolumen steigt. Genau dieses Verhalten ist aber erwünscht, da mit fortschreitendem Treibstoffabbrand auch immer mehr Schlacke erzeugt wird, die dann in dem innerhalb der Metallspiralwolle entstehenden und sehr fein verteilten Leervolumen aufgefangen werden kann.
• - Die Metallspiralwolle zeichnet sich durch ein flexibles Volumen aus. Daher kann sie bei Einsatz in der Brennkammer neben den eigentlichen Aufgaben als Grobfilter bzw. Filtersieb auch als Füllkörper dienen. In diesem Fall füllt sie das beim Befüllen der Brennkammer mit Treibstofftabletten entstehende Leervolumen durch die hohe Flexibili­ tät ideal aus.
• - Die Metallspiralwolle weist aufgrund der i.a. geringen Spandicke einen sehr hohen Ober­ flächen/Gewichts-Quotienten auf. Beim Pressen zu Formkörpern kann die Dichte und Geometrie sehr einfach variiert werden, wodurch sich die gewünschte Filter- bzw. Kühlwirkung ideal einstellen läßt.
• - Der Herstellungsprozeß der Metallspiralwolle läßt auf einfache Weise auch ein Verwinden mit anderen Metallspänen bzw. Fasern (z. B. Glas-, Keramik­ faser) zu. Danach sind völlig neue und flexible bzw. einfach an die Filter- und Kühlungsanforde­ rung anpaßbare Kombinationen möglich, wodurch auch ein Einsatz als Feinfilter in Frage kommt.
• - Durch Veränderung der Herstellparameter wie Span­ breite, -dicke, -durchmesser und -länge sind unterschiedliche Varianten sehr leicht herstell­ bar.
• - Bei geeigneter Werkstoffauswahl bzw. Materialkom­ bination der Spiralwolle kann sie aufgrund der hohen Oberfläche auch als Reaktionspartner während der chemischen Umsetzung des Treibstoffes in Gas dienen und somit die Verschlackung der Rückstände bzw. die Oxydation oder Reduktion von Schadgasen begünstigen.
• - Metallspiralwolle kann sehr gut großserienmäßig und zu einem sehr günstigen Preis hergestellt werden.
• - Die Eigenschaften der Metallspiralwolle bzw. Kombination mit anderen Materialien sind bei allen Filterungs- bzw. Kühlungsvorgängen in strömenden Medien von Bedeutung insbesondere auch bei Airbag- Gasgeneratoren die keinen Oxidtreibstoff bein­ halten, sondern auf alternativen Treibstoffkon­ zepten beruhen.

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

Fig. 1 Einen Schnitt des Gasgenerators mit inte­ griertem Füll-, Filter- und Kühlmaterial.

Fig. 2 Schematische Darstellung von Metallspiral­ wolle.

Fig. 3 Schematische Darstellung von üblichen Gewebe­ filtern.

Fig. 4 Schematische Darstellung von üblichen Maschenfiltern.

Fig. 1 zeigt im Querschnitt einen Gasgenerator. Der Gasgenerator besteht aus einem Ober- (1) und einem Unterteil (2) welche zusammengeschraubt drei Kammern bilden. Die Zündkammer (3), Die Brennkammer (4) und die Filterkammer (5). Die Zünd- und Brennkammer sowie auch Brenn- und Filterkammer sind durch radial angeordnete Überströmbohrungen (6, 7) miteinander verbunden. In der Brennkammer (4) sind die Treibstoffpellets (8) in Füll­ material (9) eingebettet. Dieses Füllmaterial (9) besteht aus Metallspiralwolle die eventuell auch mit anderen Materialien vermischt sein darf. Die Aufgabe der Metallspiralwolle beim Einsatz als Füllmaterial ist, das Leervolumen in der Brennkammer aufzufüllen, um Rasselgeräusche oder eine Beschädigung der Treibstoff­ pellets zu vermeiden. Aufgrund der großen Oberfläche dient sie außerdem als Reaktionspartner während der chemischen Umsetzung des Treibstoffs in Gas. Bevor das Gas über den Ausströmungskanal (7) in die Filterkammer (5) eintritt werden am Flammensieb (10) die ersten festen bzw. brennenden Bestandteile festgehalten und ein Teil der Hitze abgeführt. Das Flammsieb (10) besteht aus Metallspiralwolle deren Beschaffenheit (Dichte, Spandicke, Spanlänge, Einarbeitung anderer Materialien) so gewählt wird, daß sie den verschiedenen Anforderungen in diesem Bereich gerecht wird. Gelangt nun das heiße Gas über den Ausströmkanal (7) in die Filterkammer (5) so findet zuerst eine Vorreinigung im unteren Vorfilter (11) statt. Auch hier wird die Beschaffenheit der Metallspiralwolle durch geeignete Wahl von Dichte, Spandicke, -länge und Einarbeitung anderer Materialien so gewählt, daß der Vorfilter (11) die gewünschten Eigenschaften bezüglich der Aufnahme von Feststoffen und Kühlung erhält. Danach steigt das Gas in den oberen Bereich der Filterkammer (5) wo es im wesentlich dichteren Hauptfilter (12) vollends gereinigt wird. Dort sammelt sich praktisch der ganze Staub und andere Partikel, die noch im Gas enthalten sind. Dabei soll auch das verbleibende Gas abgekühlt werden bevor es über die Austrittsöffnungen (13) am Halteblech (14) dem Verbraucher zugeführt wird.

In der Regel besteht der Hauptfilter aus unterschied­ lich dicht gepreßter Metallspiralwolle mit unterschied­ lich dicken Metallspänen. Auch hier können die gewünschten Eigenschaften durch die Beschaffenheit (Spandicke, -länge, Einarbeitung anderer Materialien) und die Formgebung (Dichte) auf die Erfordernisse ein­ gestellt werden.

Zur Erläuterung der Erfindung wurde der Gasgenerator auf der Fahrerseite gewählt. Selbstverständlich kann diese Anordnung auch auf die länglichen, zylindrischen Gasgeneratoren angewendet werden. Die beschriebenen Eigenschaften bezüglich der Füll-, Filter- und Kühl­ wirkung können auch bei Gasgeneratoren, die keinen Azid-Treibstoff beinhalten sondern auf alternative Treibstoffkonzepte beruhen, genutzt werden.

Die Unterschiede der Filtermaterialien sind deutlich aus Fig. 2, 3 und 4 ersichtlich. Fig. 2 zeigt die spiralförmige Struktur der Metallspiralwolle wobei sich einzelne Spiralwindungen miteinander verhaken und nur noch schwer auflösen lassen. Durch die spiralförmige Struktur ergeben sich Elastizität und Flexibilität in allen Richtungen.

Dagegen wird aus Fig. 3 deutlich, daß es bei Gewebe­ filtern viele offene Enden gibt, die ein Herausgleiten ganzer Fäden begünstigen und zu einer verstärkten Loch­ bildung neigen. Die Struktur ist sehr unflexibel.

In Fig. 4 wird durch die Maschenbildung eine bessere Elastizität erreicht jedoch neigt auch diese Anordnung wegen der vielen offenen Enden zum Ausfransen.

Claims (5)

1. Gasgenerator für Sicherheitseinrichtungen in Fahr­ zeugen mit mindesten einer Filterkammer gekennzeichnet dadurch, daß mindestens ein Teil des Filters aus Metallspiralwolle oder einem Verbund von Metallspiral­ wolle mit anderen Materialien (wie Glasfaser, Kohle­ faser, Keramikfaser, Kunststoffaser) besteht.

2. Gasgenerator für Sicherheitseinrichtungen in Fahr­ zeugen mit einer Brennkammer die über Ausströmöff­ nungen, welche von einem filterähnlichen Flammensieb bedeckt sind, mit einer Filterkammer verbunden sind, gekennzeichnet dadurch, daß mindestens eine Lage des filterähnlichen Flammensiebs aus Metallspiralwolle oder einem Verbund von Metallspiralwolle mit anderen Fasern besteht.

3. Gasgenerator für Sicherheitseinrichtungen in Fahr­ zeugen mit mindestens einer Brennkammer in der Treib­ stoff mittels Füllmaterial fixiert wird, gekennzeichnet dadurch, daß der Füllstoff aus Metallspiralwolle oder einem Verbund von Metallspiralwolle mit anderen Fasern besteht.

4. Gasgenerator nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, daß die Metallspiralwolle oder der Verbund von Metall­ spiralwolle mit anderen Materialien auch zur Kühlung des durchströmenden Gases dient.

5. Gasgenerator nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Metallspiralwolle bzw. deren Kombina­ tion mit anderen Materialien auch als Reaktionspartner während der chemischen Umsetzung des Treibstoffs in Gas dienen kann.