DE69308065T2 - Spiralförmig gewickelter Gasgeneratorfilter und Verfahren zur dessen Herstellung - Google Patents

Spiralförmig gewickelter Gasgeneratorfilter und Verfahren zur dessen Herstellung

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Description

  • Diese Erfindung betrifft im allgemeinem modulare Insassenrückhaltesysteme aufblasbarer Art für Kraftfahrzeuge oder, wie sie eher bekannt sind, Airbag-Rückhaltesysteme. Ein solches System kann in einem Auto oder anderen Fahrzeug zumindest teilweise als Teil des Lenkrades zum Schutz des Fahrers und ebenso in dem Armaturenbrett oder dem Instrumentenfeld auf der Beifahrerseite zum Schutz des Beifahrers im Falle eines Zusammenstoßes installiert sein. Insbesondere betrifft diese Erfindung eine verbesserte Filtereinheit zur Verwendung in Airbag-Rückhaltesystemen für die Beifahrerseite und ein Verfahren zur Herstellung der Filtereinheit.
  • Das Airbag-Rückhaltesystem befindet sich vor den Insassen und normalerweise in einem unentfalteten Zustand. Im Falle eines Zusammenstoßes wird der Airbag jedoch innerhalb von 20 bis 40 Millisekunden durch ein durch das Zünden eines Gaserzeugngsmaterials in einer Aufblaseinrichtung erzeugtes Gas aufgeblasen. Gemeinsame Merkmale solcher Aufblaseinrichtungen, die zum Aufblasen des Airbagkissen-Rückhaltesystems verwendet werden, sind die Einschließung einer gaserzeugenden Zusammensetzung in einem Gehäuse, die ein pelletisiertes Alkalimetallazid in einem Korb enthält, und eine außerhalb des Korbes liegende Filtereinheit zur Kühlung des Gases, die sich zwischen dem Korb und Gasabgabeöffnungen, wie sie durch das Gehäuse begrenzt werden, befindet. Der Gaserzeuger wird durch eine Zündkapsel gezündet. Der Gaserzeuger verbrennt rasch bei einer Temperatur von etwa 1.200º C und entwickelt einen Druck in dem Gehäuse von über 13,8 MN/m² (2000 psia). Weiterhin enthält das erzeugte Gas Verbrennungsrückstände einschließlich fein geschmolzener Teilchen aus Metall und/oder Reaktionspartneroxiden. Der sich aus dem schnellen Verbrennen des Gaserzeugungsmaterials ergebene Druck von Verbrennungsgasen bringt das Gas dazu, in den Beutel hinein vorzustoßen, um eine schnelle Entfaltung desselben zu bewirken. Das Kühlen und Filtern des Gases zur Entfernung der feinen Teilchen ist für die Sicherheit und den Komfort der Insassen von großer Bedeutung.
  • Typische nach dem Stand der Technik erhältliche Filtereinheiten schließen abwechselnd Siebschichten und keramisches Papier ein. So beschreibt zum Beispiel das US-Patent Nr. 4,998,751 (EP-A-449 506) von Paxton et al., auf welchem der Oberbegriff von Anspruch 1 basiert, einen Filter, welcher zwei Wicklungen aus nickelüberzogenem Kohlenstoff- oder rostfreiem Stahl mit 11,8 Löchern/cm (30 Maschen), dann einen Metallfilter mit zum Beispiel 31,5 x 275,6 oder 19,7 x 98,4 Löchern/cm (80 x 700 oder 50 x 250 Maschen) aus rostfreiem Stahl oder 15,8 x 70,9 Löchern/cm (40 x 180 Maschen) aus nickelüberzogenen Kohlenstoffstahl, dann eine einzelne Wicklung aus 2 mm (0,08 inches) dickem keramischem Filterpapier, gefolgt von zwei Wicklungen aus rostfreiem Stahl oder nickelüberzogenem Kohlenstoffstahl mit 11,8 Löchern/cm (30 Maschen) einschließt. Nahe an der Wand des röhrenförmigen Abschnitts kann sich eine Wicklung aus rostfreiem Stahl- oder nickelüberzogenem Kohlenstofffilter mit 2,0 Löchern/cm (5 Maschen) befinden, um Raum um darin befindliche Öffnungen herum für den ungehinderten Durchlaß erzeugter Gase zu erlauben.
  • Die Filtereinheiten werden typischerweise durch Rollieren der verschiedenen Filtermaterialien um den Umfang des Dorns herum ähnlich dem Rollieren von Packpapier um den Umfang eines Kerns herum hergestellt. So beschreibt Cunningham in dem US Patent Nr. 4,878,690 eine Filtereinheit dieses Herstellungstyps. Die Filtereinheiten werden als einzelne Einheiten von Hand und mit der Hilfe von Maschinen hergestellt. Die äußere Gestalt der Filtereinheit wird durch das Fahrzeug bestimmt, in welches die Filtereinheit eingebaut werden soll.
  • Die einzelnen Filterelemente für jede Filtereinheit werden zurechtgeschnitten und werden von Hand auf dem Dorn einer automatischen Wickelmaschine aufgebracht, welche die Filter aufwickelt und die äußere Schicht punktverschweißt. Die Filtereinheit wird dann von Hand von der Wickelmaschine abgenommen, und der Kreislauf wird für die nächste Filtereinheit wiederholt. Das Schneiden jedes Filtermaterialstücks und das Plazieren jedes Filtermaterialstücks auf der Wickelmaschine von Hand erhöht spürbar die Herstellungszeit, die Zeit des Kreislaufs, für jede Filtereinheit. Dieses Herstellungssystem ist nicht an die Anforderungen hoher Stückzahlenproduktionen angepaßt, die notwendig sind, die Bedürfnisse der Automobilindustrie zu befriedigen.
  • Die einheitliche und wirtschaftliche Herstellung von Filterelementen für Gaserzeuger für die Beifahrerseite, welche wirksam das Gas aus dem Gaserzeuger kühlen und säubern, ist von großer Wichtigkeit. Dies muß im Lichte der Tatsache erfolgen, daß die Größe des Erzeugers für die Beifahrerseite, und daher des Filterelements, entscheidend von der äußeren Gestalt des Fahrzeuginneren abhängt und sich daher deutlich von Automobil zu Automobil verändert.
  • Die Verwendung einer Spiralwicklung wird in dem US Patent Nr. 4,101,423 von Merrill et al. für eine Schicht mit Mikroporen über einer porösen inneren Schicht zum Filtern von Bakterien aus Flüssigkeiten beschrieben. Shevlin beschreibt in dem US Patent Nr. 4,398,931 eine Spiralwicklung eines Keramikfiltergewebes über einem starren röhrenförmigen Käfig für die radial nach innen gerichtete Filterung von Industrieheißgasen. Die Erfindung von Shelvin ist auf einen Druckabfall von 51 bis 152 mm (2 bis 6 inches) von Wasser bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 3,2 bis 24,2 pro Minute pro dm² Filterbereich zugeschnitten.
  • Ein Ziel dieser Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Filtereinheiten für Airbag-Aufblasvorrichtungen bereitzustellen, welches die zur Herstellung einer Filtereinheit für eine Airbag-Aufblasvorrichtung für die Beifahrerseite eines Kraftfahrzeugs erforderliche Zeit verringert. Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Filtereinheiten für Airbag-Aufblasvorrichtungen bereitzustellen, welches einen raschen Wechsel in der Länge der Filtereinheit liefert.
  • Diese Ziele wurden durch ein, Anspruch 1 entsprechend, neuartiges Filterelement und eine Einrichtung zur Herstellung desselben erreicht. Das Filterelement schließt einen an beiden Enden offenen hohlen zylindrischen Kern, mindestens eine Filterschicht, und eine äußere Schicht aus gasdurchlässigem Material ein, welche die Filterschicht um den hohlen zylindrischen Kern herum ohne Hinzufügung irgendwelcher äußeren Kräfte in einer zylindrischen Form hält.
  • Der hohle zylindrische Kern wird durch das spiralförmige Wickeln eines ersten gasdurchlässigen Trägermaterials hergestellt, welches eine erste und eine zweite Kante hat. Das Material, aus dem das erste gasdurchlässige Material besteht, ist derart biegbar, daß das Material der Ausgestaltung der Form entspricht und sie beibehält, über welche es gepreßt wird. Die zweite Kante des ersten gasdurchlässigen Trägermaterials ist derart mit der ersten Kante der benachbarten Wicklung verbunden, daß der hohle zylindrische Kern ohne Notwendigkeit einer weiteren Verklammerung eine zylindrische Form beibehält. Die zweite Kante kann die benachbarte erste Kante überlappen, oder die zweite Kante kann an die erste Kante anstoßen.
  • Die Filterschicht ist spiralförmig radial um das Äußere des hohlen zylindrischen Kerns gewickelt. Die Filterschicht umfaßt weiterhin wenigstens eine Schicht von gewickelten Filtermedien, wie etwa ein keramisches Papier, und wenigstens eine Schicht eines zweiten gasdurchlässigen spiralförmig gewickelten Trägermaterials, wie etwa ein Metalsieb, das radial außerhalb des Filtermediums angeordnet ist. Das zweite gasdurchlässige Trägermaterial hat eine innere und eine äußere Oberfläche. Die Schichten aus Filtermedien und gasdurchlässigem Trägermaterial können eine oder mehrere Schichten der jeweiligen Materialien enthalten. Gegebenenfalls kann wenigstens eine Schicht eines dritten gasdurchlässigen Materials, wie etwa ein grobmaschiges Metalsieb, spiralförmig radial um das Äußere des hohlen zylindrischen Kerns und radial von den Filtermedien nach innen gewickelt werden.
  • Die äußere Schicht ist spiralförmig radial um das Äußere der Filterschicht gewickelt und enthält wenigstens eine Schicht spiralförmig gewickelten vierten gasdurchlässigen Trägermaterials, wie etwa ein Metalsieb mit inneren und äußeren Oberflächen, einer dritten Kante und einer vierten Kante und einem Endabschnitt. Die innere Oberfläche der radial am weitesten außen liegenden dritten Kante und vierten Kante ist mit der äußeren Oberfläche der nächsten radial nach innen gerichteten Schicht des vierten gasdurchlässigen Trägermaterials oder mit der äußeren Oberfläche des radial am weitesten außen liegenden zweiten gasdurchlässigen Materials der Filterschicht durch eine Verbindungseinrichtung derart verbunden, daß die äußere Schicht die äußere Schicht und die Filterschicht in einer zylindrischen Beziehung um den hohlen zylindrischen Kern ohne weitere Strukturunterstützung hält.
  • Die jeweiligen Schichten aus Filtermaterial, Filtermedien, erstem gasdurchlässigem Trägermaterial, zweitem gasdurchlässigem Trägermaterial, drittem gasdurchlässigem Trägermaterial und viertem gasdurchlässigem Trägermaterial sind in einer solchen Weise spiralförmig gewikkelt, daß der Rand einer Schicht nicht mit dem Rand der anderen Filtermaterialschichten zusammentrifft. Die Überlappung der einzelnen Filtermaterialien an den Rändern benachbarter Wicklungen sollte derart auf einem Minimum gehalten werden, daß die Dicke des Filters nicht erhöht wird, ohne die Filterkapazität der Filtereinheit zu erhöhen. Ein leichtes Überlappen ist notwendig, so daß keine Lücken gebildet werden, welche den ungefilterten Strom erzeugten Gases erlauben.
  • Entsprechend den Merkmalen von Anspruch 11 umfaßt die Erfindung auch ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Filtereinheiten für die Verwendung in Kraftfahrzeug- Airbagaufblasvorrichtungen, indem man ein erstes gasdurchlässiges Trägermaterial, welches flexibel ist, spiralförmig um einen rotierenden Dorn wickelt, um einen hohlen zylindrischen Kern mit einer Innen- und Außenoberfläche zu bilden, radial außerhalb des hohlen zylindrischen Kerns wenigstens eine Filterschicht aufwickelt und schließlich wenigstens eine äußere Schicht radial von der Filterschicht nach außen spiralförmig aufwickelt.
  • Das erste gasdurchlässige Trägermaterial hat eine erste und eine zweite Kante. Der erste gasdurchlässige Bogen ist derart spiralförmig gewickelt, daß die erste Kante jeder Wicklung an die zweite Kante der benachbarten Wicklung oder der beim Spiralwicklungsvorgang linear stromabwärtigen Kante anstößt. Die erste Kante des ersten gasdurchlässigen Materials ist mit der zweiten Kante des ersten gasdurchlässigen Materials der benachbarten Spiralwicklung durch derartige Einrichtungen verbunden, daß der hohle zylindrische Kern ohne die Anwendung äußerer Kräfte eine zylindrische Form behält.
  • Als nächstes ist wenigstens eine Filterschicht von dem zylindrischen Kern spiralförmig radial nach außen gewickelt. Jede Filterschicht umfaßt das spiralförmige Wickeln von wenigstens einer Schicht aus Filtermedien mit einer ersten und einer zweiten Kante und einer inneren und äußeren Oberfläche radial außerhalb des zylindrischen Kerns und das spiralförmige Wickeln wenigstens einer Schicht aus einem zweiten gasdurchlässigen Trägermaterial von den Filtermedien radial nach außen. Das zweite gasdurchlässige Trägermaterial hat eine innere und äußere Oberfläche und eine dritte und vierte Kante. Gegebenenfalls ist wenigstens eine Schicht aus einem dritten gasdurchlässigen Trägermaterial radial von dem zylindrischen Kern nach außen und radial von der ersten Filterschicht nach innen spiralförmig gewickelt.
  • Der letzten Filterschicht folgt eine äußere Schicht, die spiralförmig von der Filterschicht nach außen gewickelt ist. Die äußere Schicht umfaßt wenigstens eine Schicht aus einem vierten gasdurchlässigen Trägermaterial. Das vierte gasdurchlässige Trägermaterial hat eine innere und äußere Oberfläche, eine fünfte und sechste Kante und einen Endabschnitt. Die inneren Oberflächen der fünften und der sechsten Kante sind mit der radial nächstinnenliegenden Schicht des vierten gasdurchlässigen Trägermaterials oder mit der äußeren Oberfläche des radial am weitesten außen liegenden zweiten dasdurchlässigen Trägermaterials der Filterschicht derart durch Verbindungseinrichtungen verbunden, daß die äußere Schicht die äußere Schicht und die Filterschicht ohne weitere Strukturverstärkung in einer zylindrischen Beziehung um den Kern hält. Auf diese Weise wird eine kontinuierliche spiralgewickelte Filtereinheit gebildet.
  • Schließlich wird die kontinuierlich spiralgewickelte Filtereinheit in Intervallen quer geschnitten, um einzelne spiralgewickelte Filtereinheiten der gewünschten Länge zu bilden.
  • Die Erfindung wird nun lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, in welchen gleiche Teile durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind, und in welchen
  • Figur 1 eine Vorderansicht ist, die die Herstellung einer spiralgewickelten Filtereinheit darstellt,
  • Figur 2 eine Reihe von Ansichten ist, die die einzelnen Filterelemente aus der Filtereinheit herausgebrochen zeigen, und
  • Figur 3 eine weggebrochene Ansicht ist, die die Plazierung der Filtereinheit in einer Airbag-Aufblasvorrichtung für die Beifahrerseite eines Kraftfahrzeugs zeigt.
  • Wie am besten in Figur 1 zu sehen, wird ein Verfahren für die kontinuierliche Herstellung eines Filters für die Airbag-Aufblasvorrichtung für die Beifahrerseite allgemein bei 10 gezeigt. Ein erstes gasdurchlässiges Trägermaterial 12 mit einer ersten Kante 14 und einer zweiten Kante 16 wird auf einem rotierenden Mitteldorn 18 plaziert. Die erste Kante 14 des ersten gasdurchlässigen Trägermaterials ist mit der zweiten Kante 16 der benachbarten Wicklung verbunden. Das erste gasdurchlässige Trägermaterial 12 bildet, wie in Figur 2 gezeigt, eine hohlen zylindrischen Kern 20, welcher seine zylindrische Form ohne äußere Verklammerung beibehält. Als nächstes ist eine Schicht aus ersten Filtermedien 22 spiralförmig radial von dem ersten gasdurchlässigen Trägermaterial 12 nach außen gewickelt. Als nächstes ist eine Schicht aus zweitem gasdurchlässigem Trägermaterial 24 spiralförmig radial von den ersten Filtermedien 22 nach außen gewikkelt. Zusätzliche (nicht gezeigte) Schichten aus Filtermedien und (nicht gezeigte) gasdurchlässige Trägerbögen werden hinzugefügt, um ausreichend Schichten aus Filtermedium und zweitem gasdurchlässigem Trägermaterial aufzubauen, um einen Filter mit dem geeigneten Kühl- und Filtervermögen herzustellen. Gegebenenfalls kann vor der Hinzufügung des ersten Filtermediums 22 ein drittes gasdurchlässiges Trägermaterial 26 spiralförmig radial von dem ersten gasdurchlässigen Trägerbogen 12 nach außen gewickelt werden. Eine äußere Schicht 28 eines vierten gasdurchlässigen Trägermaterials ist spiralförmig um das Filtermedium und das gasdurchlässige Trägermaterial herum gewickelt und durch Punktschweißungen 30 oder ähnliches verbunden, um so die Form der kontinuierlich hergestellten Filtereinheit 32, welche produziert wird, zu behalten.
  • Die kontinuierlich hergestellte Filtereinheit 32 wird über die Länge des Dorns mittels herkömmlicher Einrichtungen vorgetrieben, sobald die verschiedenen Wicklungen um den Dorn herum gewickelt sind.
  • Jede Filtermaterialschicht, das erste gasdurchlässige Trägermaterial, das erste Filtermedium, das zweite gasdurchlässige Trägermaterial, das dritte gasdurchlässige Trägermaterial und das vierte gasdurchlässige Trägermaterial, werden durch (nicht gezeigte) einzelne Preßwalzen auf dem mittigen Dorn 18 gehalten. Diese Preßwalzen können so befestigt sein, daß die Achsen der Preßwalzen zu den Verläufen der einzelnen Filtermaterialien, welche sie an dem mittigen Dorn 18 halten, senkrecht stehen. Die Preßwalzen befinden sich an den Stellen, wo die jeweiligen Filtermaterialien sich um den mittigen Dorn 18 zu wickeln beginnen. Der kontinuierlich hergestellte Filter wird dann durch eine rotierende Schnittklinge 34 oder ähnliches zurechtgeschnitten, um einzelne Filtereinheiten 36 der gewünschten Länge zu bilden, welche ihre Form ohne Hinzufügung äußerer Kräfte beibehalten. Die jeweiligen Filtermaterialien werden auf den mittigen Dorn in einer solchen Weise aufgebracht, daß die Überlappung benachbarter Wicklungen auf einem Minimum gehalten wird. Es ist eine ausreichende Überlappung erforderlich, so daß sich keine Lücken in den jeweiligen Filterschichten bilden, welche den ungefilterten Strom erzeugten Gases erlauben würde.
  • Eine durch das Verfahren dieser Erfindung hergestellte bevorzugte Filtereinheit ist in einer Reihe von Ansichten in Figur 2 gezeigt. Der hohle zylindrische Kern 20 ist mit den punktgeschweißten Nähten 38 gezeigt, welche die erste Kante 14 und die zweite Kante 16 benachbarter Wicklungen des ersten gasdurchlässigen Bogens 12 verbinden. Der erste gasdurchlässige Bogen kann aus Grobsieb bestehen. Bevorzugterweise besteht das Material, aus welchem der erste gasdurchlässige Bogen besteht, aus einem perforierten Bogen aus Kohlenstoffstahl. Es kann rostfreier Stahl verwendet werden, obwohl er für eine gute Wirkungsweise der sich ergebenden Filtereinheit nicht erforderlich ist. Die Perforierungen sollten solche sein, daß wenigstens 25 % der Bogenfläche für Gas durchlässig sind. Bevorzugterweise sollten die Perforierungen derart sein, daß etwa 25 % bis etwa 65 % des Bogens für Gas durchlässig sind, um rasches Dispargieren des Gases durch die Filtereinheit zu gewährleisten.
  • Der hohle zylindrische Kern 20 ist spiralförmig mit einem fakultativen dritten gasdurchlässige Trägermaterial 26 gewickelt. Vorzugsweise werden wenigstens zwei Schichten des dritten gasdurchlässigen Materials verwendet. Diese gasdurchlässigen Trägerbögen können aus irgendeinem geeigneten hochtemperaturleitenden Material, wie etwa Metallsieb aus Kohlenstoffstahl, vernickeltem Kohlenstoffstahl, rostfreiem Stahl oder zusammengepreßtem ungewebtem Material, bestehen. Rostfreie Stähle, die bei dieser Erfindung verwendet werden können, schließen rostfreien Stahl Serie 300 ein, d.h. 301, 304, 316 und 330, sind aber nicht darauf beschränkt. Das dritte gasdurchlässige Trägermaterial 26 sollte vorzugsweise aus grobmaschigem Sieb mit etwa 7,1 bis etwa 11,81 Löchern/cm (18 bis 30 Maschen) sein (fed. Std. RR-W-360). Die ersten Filtermedien 22 sind spiralförmig um den hohlen zylindrischen Kern 20 und den fakultativen dritten gasdurchlässigen Trägerbogen 26 gewickelt.
  • Die ersten Filtermedien und alle nachfolgenden Schichten aus Filtermedien können aus irgendwelchen keramischen Filterpapieren für hohe Temperaturen bestehen, die für die Verwendung bei Filtern für Airbag-Aufblasvorrichtungen verfügbar sind. Dieses keramische Filterpapier ist in der Lage, Temperaturen von bis zu ca. 1500ºC und einer Fließgeschwindigkeit zwischen etwa 76 und etwa 570 m³/min/m² (250 bis 1870 cfm/ft²) mit einer Durchlässigkeit zwischen etwa 12 und etwa 61 m³/min/m² (40 bis 200 cfm/ft²) bei einem Druckabfall von 12,7 mm (0,5 inch) Wassersäule zu widerstehen. Solche Filtermedien werden durch Lydall von New Hampshire and Carborundum von New York hergestellt.
  • Von den ersten Filtermedien 22 ist ein zweiter gasdurchlässiger Trägerbogen 24 spiralförmig nach außen gewickelt. Der zweite Bogen 22 kann wie der fakultative dritte gasdurchlässige Trägerbogen 26 aus Kohlenstoffstahl oder rostfreiem Stahl mit etwa 7,1 bis etwa 11,8 Löchern/cm (18 bis 30 Maschen) bestehen. Ein Sieb mit gröberen oder feineren Maschen kann abhängig vom Ausmaß der von dem hergestellten Filterelement benötigten Kühlung und Filtrierung verwendet werden. Vorzugsweise können, um die keramischen Filtermedien, welche normalerweise eine niedrige Zugfestigkeit aufweisen, zu unterstützen, das keramische Filtermaterial und eine Schicht aus gasdurchlässigem Trägermaterial nach deren Abgabe von ihren jeweiligen Walzen miteinander kombiniert und gleichzeitig spiralförmig um den mittigen Dorn 18 gewickelt werden.
  • Die bevorzugte Filtereinheit wird weiterhin unter Verwendung von zweiten Filtermedien 40 und einem vierten gasdurchlässigen Trägersieb 42 zusammengesetzt. Die zweiten Filtermedien 40 und das vierte gasdurchlässige Trägermaterial 42 sind wie oben beschrieben. Mehrere Schichten aus keramischen Filtermedien und -sieb können verwendet werden, wenn sie durch die endgültigen Erfordernisse des Filterelements benötigt werden. Drittes Filtermedium 44 und ein fünftes gasdurchlässiges Trägermaterial 46 sind in die in Figur 2 gezeigte bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung eingeschlossen. Auch kann jede Schicht aus Sieb und keramischen Filtermedien mehr als eine Wicklung des jeweiligen Filtermaterials enthalten. Die letzte Schicht aus Filtersieb vor der äußeren Wicklung sollte aus einem feinmaschigeren Sieb bestehen, zum Beispiel mit 9,5 x 43,3 bis zu 17,7 x 66,9 Loch/cm (24 x x110 bis 45 x 170 Maschen), üblicherweise bekannt als Holländisch gewebt, um das Gas vollständiger zu kühlen und zu filtern. Nichtgewebte metallische oder metallische/keramische Filtermedien können ebenfalls verwendet werden. Dies kommt der Natur von gepreßter Stahlwolle gleich.
  • Schließlich wird die äußere Schicht 28 durch das spiralförmige Wickeln mindestens einer Schicht aus viertem gasdurchlässigem Trägermaterial gebildet, wobei die Kanten der äußeren Schicht punktgeschweißt 30 oder an die darunterliegende Schicht aus gasdurchlässigem Träger angeschmolzen sind, um so die kontinuierlich hergestellte Filtereinheit 32 in zylindrischer Form zu halten. Um die äußere Schicht 28 punktzuschweißen, können, wie in Figur 1 gezeigt, die dritte Kante 48 und die vierte Kante 50 benachbarter Spirale leicht überlappt sein, ungefähr über die halbe Länge der Maschenöffnung, und die radial am weitesten außen befindliche Schicht des dritten Bogens kann dann punktgeschweißt werden. Das Überlappen benachbarter Wicklungen wird nicht bevorzugt, da dies die Gesamtdicke der Filtereinheit 36 erhöht, ohne zu der Leistungslähigkeit der Filtereinheit 36 beizutragen.
  • Die in Figur 3 gezeigte Aufblasvorrichtung 52 kann irgendeine aus einer Reihe von bekannten Konstruktionen, einschließlich der in dem US Patent Nr. 4,296, 084 von Schneiter erläuterten Konstruktion sein. Die Aufblasvorrichtung 52 schließt im allgemeinen ein äußeres Gehäuse 54 ein, in welches die spiralgewickelte Filtereinheit 36 dieser Erfindung eingefügt ist. Es kann dann von der Filtereinheit 36 ein innerer Korb 56 radial nach innen eingeführt werden, obwohl bei dieser Erfindung ein solcher Korb nicht gebraucht wird. Eine Zündkapsel 58, die Zündgranulate enthält, und das passende Zündsystem werden dann in das Zentrum der Aufblasvorrichtnng 50 eingefügt. Dann wird Gaserzeuger 60 in die Aufblasvorrichtung 50 eingefüllt, welche dann auf herkömmliche nach dem Stand der Technik bekannte Weise abgedichtet wird.
  • Auf diese Weise wurde entsprechend der Erfindung ein verbessertes Verfahren für die kontinuierliche Herstellung einer Filtereinheit für die Verwendung bei Aufblasvorrichtungen für Kraftfahrzeug-Airbags bereitgestellt. Es wurde auch ein Verbesserungsverfahren für die Herstellung von Filtereinheiten für die Verwendung für Kraftfahrzeug-Airbags bereitgestellt, welches die Zeit verringert, die man zur Herstellung einzelner Filtereinheiten braucht. Zusätzlich wurde ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Filtereinheiten für die Verwendung in Kraftfahrzeugen bereitgestellt, welches die Kreislaufzeit bei der Herstellung der Filtereinheiten verringert.
  • Die metrischen Maschengrößen in der Beschreibung sind in Löchern pro linearem Zentimeter angegeben. Die Bezugnahmen in der Beschreibung auf nichtmetrische Maschengrößen beziehen sich auf die Anzahl der Löcher pro linearem inch.

Claims (17)

1. Gewickeltes Gasgeneratorfilterelement (36) mit:
einem hohlen zylindrischen Kern mit einem ersten und zweiten offenen Ende und inneren und äußeren Oberflächen, der ein erstes gasdurchlässiges Trägermaterial (12) umfaßt,
wenigstens einer Filterschicht (22, 24), die von dem Kern radial nach außen gewickelt ist, wobei jede Filterschicht wenigstens eine Schicht von gewickelten ersten Filtermedien (22) mit einer inneren und einer äußeren Oberfläche sowie wenigstens eine Schicht von gewickeltem zweitem gasdurchlässigem Trägermaterial (24) umfaßt, und
einer von der gewickelten Filterschicht (22, 24) radial nach außen angeordneten Außenschicht, die wenigstens eine Schicht eines gewickelten dritten gasdurchlässigen Trägermaterials (28) mit einer Innen- und einer Außenoberfläche umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß
das erste gasdurchlässige Trägermaterial (12), das den Kern bildet, biegbar und spiralförmig gewickelt ist und eine erste Kante (14) und eine zweite Kante (16) hat und benachbarte Wicklungen des ersten gasdurchlässigen Trägermaterials (12) bildet, wobei die erste Kante (14) des ersten gasdurchlässigen Trägermaterials (12) mit der zweiten Kante (16) des ersten gasdurchlässigen Trägermaterials der benachbarten Wicklung durch eine Verbindungseinrichtung derart verbunden ist, daß der hohle zylindrische Kern ohne Notwendigkeit einer weiteren Verklammerung eine zylindrische Form behält,
die wenigstens eine Filterschicht (22, 24) spiralförmig mit dem zweiten gasdurchlässigen Trägermaterial (24) von den ersten Filtermedien (22) nach außen gewickelt ist und
das dritte gasdurchlässige Trägermaterial (28), das die Außenschicht bildet, spiralförmig unter Bildung benachbarter Wicklungen gewickelt ist und eine dritte Kante (48) und eine vierte Kante (50) und einen Endabschnitt hat, wobei die dritte Kante (48) und die vierte Kante (50) der radial am weitesten außen liegenden Schicht (28) des dritten gasdurchlässigen Trägermaterials mit dem radial am weitesten außen liegenden gasdurchlässigen Trägermaterial (24) durch Punktschweißen derart verbunden ist, daß die Außenschicht (28) diese Außenschicht und die Filterschicht (22, 24) in einer zylindrischen Beziehung um den Kern (20) ohne weitere Strukturunterstützung hält.
2. Gasgeneratorfilterelement nach Anspruch 1 weiterhin mit einem vierten gasdurchlässigen Trägermaterial (26), das von dem hohlen Kern (20) radial nach außen und von den ersten Filtermedien (22) radial nach innen angeordnet ist.
3. Gasgeneratorfilterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste gasdurchlässige Trägermaterial (12) in der Form einer perforierten Bogens vorliegt.
4. Gasgeneratorfilterelement nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der gasdurchlässigen Trägermaterialien (24, 26, 28), welches nicht das erste Trägermaterial (12) ist, Siebmaterial umfaßt.
5. Gasgeneratorfilterelement nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (20) aus Kohlenstoffstahl oder rostfreiem Stahl der Serie 300 besteht.
6. Gasgeneratorfilterelement nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite gasdurchlässige Trägermaterial (24) aus Kohlenstoffstahl, vernickeltem Kohlenstoffstahl oder rostfreiem Stahl der Serie 300 besteht.
7. Gasgeneratorfilterelement nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite gasdurchlässige Trägermaterial (24) aus Siebmaterial mit etwa 7,09 bis etwa 11,81 Löchern/cm (18 bis 30 Maschen) besteht.
8. Gasgeneratorfilterelement nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite gasdurchlässige Trägermaterial (24) aus Siebmaterial mit 17,72 x 66,93 Löchern/cm (45 x 170 Maschen) besteht.
9. Gasgeneratorfilterelement nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Filtermedien (22) aus einem keramischen Filterpapier bestehen, wobei dieses Filterpapier Temperaturen bis zu etwa 1500ºC und einer Fließgeschwindigkeit zwischen etwa 76 und etwa 570 m³/min/m² (250 bis 1870 cfm/ft²) mit einer Durchlässigkeit zwischen etwa 12 und etwa 61 m³/min/m² (40 bis 200 cfm/ft²) bei einem Druckabfall von 12,7 mm (0,5 inch) Wassersäule widerstehen kann.
10. Gasgeneratorfilterelement nach Anspruch 2 mit mehreren von dem hohlen zylindrischen Kern (20) radial nach außen spiralig gewickelten vierten gasdurchlässigen Trägermaterialien (26), drei von dem vierten gasdurchlässigen Material (26) radial nach außen spiralig gewickelten Filterschichten, wobei jede dieser Filterschichten ein spiralig gewickeltes erstes Filtermedium (22, 40, 44) und ein von dem ersten Filtermedium radial nach außen spiralförmig gewickeltes zweites gasdurchlässiges Trägermaterial (24, 42, 46) umfaßt, und einer an diesen spiralig gewickelten Filterschichten radial nach außen angeordneten Außenschicht, mit zwei benachbarte Wicklungen der dritten gasdurchlässigen Trägermatenahen bildenden spiralig gewickelten dritten gasdurchlässigen Trägermaterialien (28), wobei dieses dritte gasdurchlässige Trägermaterial (28) eine Innen- und eine Außenoberfläche, dritte (48) und vierte (50) Kanten und einen Endabschnitt hat, wobei die dritte Kante (48) und die vierte Kante (50) der von dem dritten gasdurchläsigen Trägermaterial (28) radial am weitesten außen liegenden Schicht mit dem nächstliegenden radial nach außen angeordneten gasdurchlässigen Trägermaterial (28) durch Bindungseinrichtungen gebunden ist, so daß diese Außenschicht die Außenschicht und die Filterschichten in einer zylindrischen Beziehung um den Kern (20) ohne weitere Strukturunterstützung hält.
11. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Filtereinheiten (36) für die Verwendung in Kraftfahrzeug-Airbagaufblasvorrichtungen, indem man ein erstes gasdurchlässiges Trägermaterial (12) aus biegbarem Material spiralförmig um einen rotierenden Dorn (18) wickelt, um einen hohlen zylindrischen Kern (20) mit einer Innen- und einer Außenoberfläche zu bilden, wobei dieses erste gasdurchlässige Trägermaterial (12) eine erste Kante (14) und eine zweite Kante (16) hat, und benachbarte spiralförmige Wicklungen des ersten gasdurchlässigen Trägermaterials (12) bildet, wobei man die erste Kante (14) des ersten gasdurchlässigen Trägermaterials mit der zweiten Kante (16) des ersten gasdurchlässigen Trägermaterials der benachbarten Spiralwicklung derart verbindet, daß der zylindrische Kern (20) ohne Anwendung äußerer Kräfte eine zylindrische Form behält,
radial außerhalb dieses zylindrischen Kerns (20) spiralförmig wenigstens eine Filterschicht aufwickelt, wobei jede Filterschicht ein spiralförmiges Aufwickeln wenigstens einer Schicht von erstem Filtermedium (22) von dem hohlen zylindrischen Kern (20) radial nach außen umfaßt, und wenigstens eine Schicht eines ersten gasdurchlässigen Trägermaterials (24) von dem ersten Filtermedium (22) radial nach außen spiralförmig aufwickelt,
eine Außenschicht von der Filterschicht radial nach außen spiralförmig aufwickelt, indem man wenigstens ein drittes gasdurchlässiges Trägermaterial (28) unter Bildung benachbarter spiralförmiger Wicklungen des dritten gasdurchlässigen Trägermaterials (28) spiralförmig aufwickelt, wobei dieses dritte gasdurchlässige Trägermaterial Innen- und Außenoberflächen, dritte (48) und vierte (50) Kanten und einen Endabschnitt aufweist, wobei die dritte Kante und die vierte Kante der radial am weitesten außen befindlichen spiralförmigen Wicklung des dritten gasdurchlässigen Trägermaterials (28) mit der nächsten radial nach außen liegenden Schicht derart verbunden wird, daß die Außenschicht diese Außenschicht und die Filterschicht (22, 24) in einer zylindrischen Beziehung um den zylindrischen Kern ohne weitere Strukturunterstützung behält und dabei eine kontinuierliche spiralförmig gewickelte Filtereinheit (32) bildet,
und die kontinuierliche spiralförmig gewickelte Filtereinheit in Abständen unter Bildung einzelner spiralförmig gewickelter Filtereinheiten (36) erwünschter Längen zerschneidet.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem man weiterhin ein viertes gasdurchlässiges Trägermaterial (26) von dem hohlen Kern (20) radial nach außen und von dem ersten Filtermedium (22) radial nach innen aufwickelt.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das erste gasdurchlässige Trägermaterial (12) in der Form eines perforierten Bogens vorliegt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß jedes von dem ersten Trägermaterial verschiedene gasdurchlässige Trägermaterial Siebmaterial umfaßt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und/oder zweite gasdurchlässige Trägermaterial (12, 24) aus Kohlenstoffstahl, vernickeltem Kohlenstoffstahl oder rostfreiem Stahl der Serie 300 besteht.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite und/oder dritte gasdurchlässige Trägermaterial (24, 28) Siebmaterial mit etwa 7,09 bis etwa 11,81 Löchern/cm (18 bis 30 Maschen) ist.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Filtermedium aus einem keramischen Filterpapier besteht, wobei dieses Filterpapier Temperaturen bis zu etwa 1500ºC und einer volumetrischen Fließgeschwindigkeit zwischen etwa 76 und etwa 570 m³/min/m² (250 bis 1870 cfm/ft²) mit einer Durchlässigkeit zwischen etwa 12 und etwa 61 m³/min/m² (40 bis 200 cfm/ft²) und einem Druckabfall von 12,7 mm (0,5 inch) Wassersäule widerstehen kann.
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