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Dokumentenidentifikation DE112005002025T5 27.09.2007
Titel Drahtgewebefilter mit verbesserter Umfangsfestigkeit
Anmelder ACS Industries, Inc., Woonsocket, R.I., US
Erfinder Greenwood, George C., Tiverton, R.I., US
Vertreter Müller Schupfner Patentanwälte, 80336 München
DE-Aktenzeichen 112005002025
Vertragsstaaten AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BW, BY, BZ, CA, CH, CN, CO, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, DZ, EC, EE, EG, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KM, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NA, NG, NI, NO, NZ, OM, PG, PH, PL, PT, RO, RU, SC, SD, SE, SG, SK, SL, SM, SY, TJ, TM, TN, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VC, VN, YU, ZA, ZM, ZW, EP, AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IS, IT, LT, LU, LV, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR, OA, BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG, AP, BW, GH, GM, KE, LS, MW, MZ, NA, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZM, ZW, EA, AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM
WO-Anmeldetag 16.08.2005
PCT-Aktenzeichen PCT/US2005/029063
WO-Veröffentlichungsnummer 2006023474
WO-Veröffentlichungsdatum 02.03.2006
Date of publication of WO application in German translation 27.09.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.09.2007
IPC-Hauptklasse B60R 21/26(2006.01)A, F, I, 20070702, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B01D 39/12(2006.01)A, L, I, 20070702, B, H, DE   

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung 1. Das Umfeld der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Filter, insbesondere Filterelemente, die geeignet sind, heiße Gase zu filtern, die beim Einsatz von Passagier-Airbags angewendet werden und Verfahren zur Herstellung und Nutzung solcher Filter und auf Airbags und Fahrzeuge, die solche Filter aufweisen.

2. Stand der Technik

Relativ neue Bedenken betreffend die Sicherheit von Passagieren in Landfahrzeugen haben zur Entwicklung der „Airbag" Technologie geführt, ein passives Rückhalte- und Schutzsystem, das einen Balg oder einen kissenförmigen Sack aufweist, der in einer extrem kurzen Zeitspanne mittels komprimiertem oder chemisch hergestelltem Gas aufgeblasen wird, das den Balg auffüllt. Der aufgeblasene Balg wird in einem inneren Bereich der Passagierkabine des Fahrzeugs angeordnet oder eingesetzt, nämlich zwischen diesem und der Vorderseite oder der Seite des Passagiers.

Die erste Generation von pyrotechnischen Fahrzeug-Airbag-Insassen-Rückhaltesystemen nutzte Azid-Zusammensetzungen (typischerweise Sodiumazid, NaN3, vermischt mit einem Schwermetalloxid) um das Gas zu generieren, das zum Aufblasen des Airbags benutzt wurde. Diese explosiven Gemische verursachen ein Gas mit über 1000°F während der Initialphase der Reaktion der Gasgenerierung. Eine große Menge von kondensierbaren, geschmolzenem und/oder festem Teilchenmaterial wird zusammen mit dem Gas in einem solchen reaktiven Generator hergestellt. Ein Großteil dieses Materials ist nicht nur extrem heiß, sondern besteht auch aus einem beizenden Gemisch und das Teilchenmaterial, das sich mit einer hohen Geschwindigkeit bewegt, ist für die Unversehrtheit des Balgs und der dadurch zu schützenden Insassen potenziell gefährlich. Einige Airbag-Designs weisen große Ventilationslöcher in den Balgen auf, um das Gas in den Passagierinnenraum zu ventilieren, so dass das Gas, das zum Aufblasen dieser Bälge benutzt wird, gefiltert werden muss, um zu verhindern, dass die Teilchen in den Passagierinnenraum zusammen mit dem ventilierten Gas eintreten. Bei dieser Art von Design entweicht das gesamte hergestellte Gas aus der Reaktionskammer und wird in Richtung des Airbags geschleudert, so dass die Gase und jegliche Teilchen unvermeidbar zumindest auf den Balg selbst auftreffen, falls kein Filter vorgesehen ist. Falls keine Maßnahmen getroffen werden, um die nachteiligen Effekte des Vielphasen-Reaktionsmischungsprodukts zu verbessern, würden die generierten Gase und Teilchen wahrscheinlich in den Balg eindringen und in besonders schlimmen Fällen Verletzungen bei den Passagieren hervorrufen.

Verschiedene Maßnahmen wurden getroffen, um die nachteilhaften Effekte des Gases zu reduzieren, einige dieser Maßnahmen sind in den US-Patenten Nr. 4,902,036 und 5,318,323 diskutiert, die beide hiermit durch Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung aufgenommen werden. Eine Technik zur Verminderung der nachteilhaften Effekte war die Nutzung von Opferschichten, um das Teilchenmaterial abzubremsen und die Nutzung von statischen, zentrifugalen oder aufprallartigen Teilchenabscheidetechniken. Im Stand der Technik wurden auch dichtere und/oder längere Filtervorrichtungen verwendet. Bei diesen Lösungen besteht ein Kompromiss im Design zwischen der Notwendigkeit, die Gase zu filtern und der Notwendigkeit, einen Druckabfall vorzusehen, der klein genug ist, um Probleme mit (Reduktion) der Geschwindigkeit zu vermeiden, mit der der Airbag aufgeblasen wird. Es gibt andere Einschränkungen, da Teilchenabscheidevorrichtungen typischerweise teuer hergestellte Teile sind, die aus schweren Stahlplatten hergestellt werden; da diese ungeeignet sind, um durch Prägung hergestellt zu werden, erhöhen sich ihre Herstellungskosten. Im Allgemeinen mussten sich Airbag-Designer mit dem Entfernen von kondensierten, festen, giftigen Produkten (in der Regel nicht reagierte Sodium-Azide und Sodium-Oxide, die bei der Reaktion hergestellt wurden), mit dem Abkühlen der Gase, bevor diese die Kissen aufbliesen und der Zur-Verfügung-Stellung eines homogenen und gleichmäßig verteilten Gasstroms herumschlagen, der von einer explosiven Quelle erzeugt wurde.

Viele Filtervorrichtungen, die heutzutage benutzt werden, beinhalten verschiedene Lagen von metallenen Schirmen aus verschiedenen Gewebegrößen und eine oder mehrere Lagen eines nicht-entflammbaren faserförmigen Materials, das zwischen den Schirmen verpackt angeordnet ist. Die Effizienz dieses Filtertyps hängt davon ab, wie dicht das Material verpackt ist; eine dichtere Verpackung führt zu einer effizienteren Filterung, aber auch zu einem höheren Druckabfall. Nach dem vorgenannten 323 Patent besteht auch ein Problem mit der Qualitätskontrolle in der Massenfertigung solcher zusammengesetzten Schirmmatten, mit Rücksicht auf die Zur-Verfügungstellung eines einheitlichen Druckabfalls für jeden hergestellten Filtertyp.

Darüber hinaus besteht ein weiteres Problem bei der Gestaltung von Airbag-Filtervorrichtungen, nämlich dass der Druckabfall über den Filter ansteigt, sobald der Filter verstopft. Dementsprechend verstärken sich die mechanischen Einflüsse auf den Filter und das Gas und die Teilchen bewegen sich durch den Filter mit einer höheren Geschwindigkeit, was dazu führt, dass eine verbesserte Filterfestigkeit und -zähigkeit notwendig ist, um den höheren Durchflussraten, dem Druckabfall und der Teilchengeschwindigkeit in den Filter zu widerstehen.

Neben den vorgenannten Patenten werden typische Filter für Airbags aus einem komprimierten Drahtgewebe oder Stahlwolle hergestellt, wie dies beispielsweise in dem US-Patent 3,985,076 (Metallgewebe), EP 674,582 (gefilterte Metallfiberstruktur), US-Patent 4,017,100 (Mehrlagenstruktur aus Glasfaser, Stahlwolle und Schirme und perforierte Platten), DE 2,350,102 (Glaswolle), GB 2,046,125 (Metallkugeln, die zum Teil zusammengesintert sind, um einen starren, porösen Körper zu bilden) US-Patent 5,204,068 (Metallfiberfilz, der beschichtete Fibern, wie beispielsweise Nickel aufweist, das mit Silikonkomponenten beschichtet ist), WO 94/14608 (metallenes Drahtgewebe, das mit einer nicht verwebten Matte von Metallfasern durch Sintern verbunden ist) und anderen beschrieben wird, wobei die Offenbarung all dieser Dokumente hiermit durch Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung aufgenommen wird. Die Mischung zur Herstellung des Gases, oftmals eine Azid (Azoimid)-Mischung mit Kupfer, generiert heiße Gase und Teilchen einer Kupferschlacke. Das Bestreben des Designers ist es, die Kupferschlacke-Teilchen auszufiltern, so dass die geschmolzenen Metalltröpfchen nicht auf den Airbag auftreffen. Das endgültige Filterdesign wurde ein Kompromiss aus (i) einem ausreichend dichten Filtermaterial, um die Schlackepartikel einzufangen, (ii) der Zur-Verfügungstellung einer ausreichenden Masse in dem Filter, um die gefilterten Schlackepartikel abzukühlen, bevor diese durch das Gewebe oder Wolleelemente des Filters hindurch schmelzen oder in kleinere Tröpfchen fragmentieren, die dasselbe tun könnten, und (iii) die Beschränkungen hinsichtlich der Dichte und des Gewichtes des Filters. Das heißt, falls der Filter aus einem sehr feinen Drahtgewebe oder Drahtwolle besteht um sicherzustellen, dass alle der geschmolzenen Schlackepartikeln aufgefangen werden, dann werden die Gewebe- oder Wollefasern eine unzureichende Masse aufweisen, um die auftreffenden Schlackepartikeln bis zur Festigkeit herabzukühlen, so dass die geschmolzenen Schlackepartikel durch das Gewebe oder die Wolle hindurch schmelzen und/oder in kleinere Teilchen fragmentieren, die möglicherweise durch den Filter hindurch dringen und auf den Airbag auftreffen oder durch diesen hindurch brennen, bis sie auf den Insassen auftreffen.

Die neue Generation von Gasgeneratoren verwendet sauberere und weniger giftige nicht-azide gasgenerierende Mischungen (wie beispielsweise im US-Patent 5,525,170 beschrieben, dessen Offenbarungsgehalt hiermit in die vorliegende Beschreibung durch Bezugnahme aufgenommen wird), die im Verhältnis mehr Gas zur Verfügung stellen als die azid-basierten Mischungen. Während die Notwendigkeit, das generierte Gas zu filtern, deswegen weniger problematisch ist, existieren Standards der Bundesregierung, die Schranken für die zulässige Menge an lösbaren und nicht-lösbaren Teilchen setzen, so dass nach wie vor die Notwendigkeit besteht, das Gas zu filtern. Die Notwendigkeit, das generierte Gas abzukühlen, ist nach wie vor ein notwendiger Schritt beim Einsatz des Airbags. Darüber hinaus liefern diese Gasgeneratoren der neueren Generation nach wie vor eine beträchtliche explosive Kraft, gegen die das Filterelement stabilisiert werden muss.

Da mehr kraftvolle, gasgenerierende Vorrichtungen beim Einsatz von Airbags benutzt werden, besteht ein Bedarf für den Filter, größeren explosiven Kräften zu widerstehen. US-Patent 6,277,166, dessen Offenbarung hiermit durch Bezugnahme in die Beschreibung aufgenommen wird, beschreibt die Formung eines Drahtgewebes, wobei die Form einen Teil des Gewebes in Rippen zwängt, die die Umfangfestigkeit des Filters erhöhen. Diese Rippen erstrecken sich außerhalb des Filters, erhöhen den Durchmesser des Filters. Da die Kammer, in die der Filter eingesetzt wird, eine bestimmte und beschränkte Größe aufweist, insbesondere in einem Lenkrad eines Fahrzeugs, in dem der Raum limitiert ist, muss der Hauptkörper eines solchen Filters kleiner sein, um die Rippen aufzunehmen.

Während des Einsatzes des Airbags, wenn eine explosive Ladung im inneren Umfang des Filters gezündet wird, strömen die Explosionsgase durch den Filter und dann durch Löcher in einem passenden Gehäuse, die derart verbunden sind, dass der Airbag aufgeblasen wird. Um die Umfangsfestigkeit des Filters zu erhöhen, haben einige Airbag-Hersteller ein perforiertes oder gestrecktes Metallband benutzt, um die Umfangfestigkeit des Drahtgewebefilters zu verstärken. Es bestehen Bedenken, dass der Bruch oder die Dehnung dieses Metallbands die Löcher in dem passenden Gehäuse blockiert, was den Airbag effektiv in eine Bombe verwandelt, mit ernsthaften Konsequenzen für die Insassen des Fahrzeugs.

Zusammenfassung und Aufgaben der Erfindung

Im Licht der vorhergehende Beschreibung umfassen die Aufgaben der Erfindung die Erhöhung der Umfangsfestigkeit eines verknüpften Drahtgewebefilters, während im wesentlichen der Raum, der für den Filter in einer bestimmten Anwendung vorgesehen ist, ausgenutzt wird, Verbesserung der Filtercharakteristiken und Verbesserung der Eigenschaft des Filters als Hitzesenke, ohne dass weitere signifikante Herstellungskosten oder -schritte nötig sind oder ohne dass die Filter- und Hitzesenke-Eigenschaften des Filters negativ beeinflusst werden und ohne dass der Bedarf für die Nutzung eines perforierten oder gestreckten Metallbands besteht, das versagen könnte.

In einer Ausführungsform stellt die Erfindung einen Drahtgewebefilter zur Verfügung, der ein komprimiertes Drahtgewebe aufweist, das einen Kreisring formt und das mindestens einen Umfangsdraht um die Außenseite des Filters herum aufweist und der sich mit dem Drahtgewebe verbindet, beziehungsweise verkoppelt oder verriegelt, sobald der Filter kompressionsgeformt wird.

In einer anderen Ausführungsform stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Drahtgewebefilters zur Verfügung, indem eine verknüpfte Drahtgeweberöhre oder -vorkern zur Verfügung gestellt wird, in dem mindestens ein Umfangsdraht um die Außenseite der Röhre und/oder des Vorkerns herum gewickelt wird, in dem die gewickelte Röhre oder der gewickelte Vorkern in eine Form eingesetzt wird, und in dem die gewickelte Röhre oder der gewickelte Vorkern in der Form komprimiert wird, um einen komprimierten Drahtgewebering herzustellen, wobei der Umfangsdraht mit dem Gewebe während des Formungsprozesses verbunden, bzw. verkoppelt wird.

Kurze Beschreibung der Figuren

1 ist eine im wesentlichen plane, photographische Ansicht längs der Achse des Kreisrings eines Filters, der gemäß der Erfindung hergestellt wurde.

2 ist eine Seitenansicht des Filters, der in 1 gezeigt wurde.

3A, 3B, 3C, 3D und 3E zeigen Beispiele eines Presskolbens und einer Kombination aus aufnehmender Form und entsprechendem Dorn für diese Erfindung, sowie solche, die geeignet sind, um einen Filter mit äußeren Rippen herzustellen.

4A und 4B sind idealisierte, perspektivische und seitliche Ansichten des Vorkerns mit dem Umfangsdraht.

5 und 6 sind Graphen, die die Ergebnisse von vergleichenden Tests zeigen.

Detaillierte Beschreibung von speziellen Ausführungsformen

Kurz gesagt, Draht eines speziell ausgesuchten Typs und Durchmessers wird mit einer verknüpften Geweberöhre oder -vorform mit einer speziellen Breite und Dichte für die gewünschte Filteranwendung verknüpft. Ein Teil der Geweberöhre wird hinsichtlich eines bestimmten Gewichts abgeschnitten, in Abhängigkeit der Gewichts- und Filteranforderungen, der Umgebung und des Fluids, das gefiltert werden soll. Die Geweberöhre wird dann in die gewünschte Form des Filters kompressionsgeformt (verpresst); zur Herstellung eines Kreisrings wird eine Form mit einer aufnehmenden Form, einem Dorn und einem Presskolben oder eine Presse zur Herstellung eines Filters eingesetzt, der einen Kreisring mit den gewünschten physikalischen Dimensionen, Gewicht und Dichte aufweist.

Die bevorzugten Filterelemente der vorliegenden Erfindung umfassen ein Drahtgewebe, besonders bevorzugt verknotet, und dann in eine gewünschte Geometrie komprimiert, bevorzugt kreisringförmig, kreisförmig oder elliptisch (oval), obwohl geradlinige Geometrien wie beispielsweise triangulare, quadratische und oktagonale Hohlkörper ebenfalls möglich sind. Das Gewebe wird bevorzugt durch eine herkömmliche Drahtverknüpfungsmaschine hergestellt (wie beispielsweise ein beliebig kommerziell erhältlicher Drahtgewebeverknüpfer, der beispielsweise erhältlich ist von Tritech Int., England) hergestellt; Beispiele solcher Drahtgewebe und -verknüpfungen, die als Dichtungen und Unterstützungsmatten in Hochtemperaturanwendungen eingesetzt werden, können in US-Patenten Nr. 4,683,010 und 5,449,500 gefunden werden, deren Offenbarungen durch Bezugnahme hiermit in die vorliegende Beschreibung aufgenommen werden. Die Drahtverknüpfungsmaschine stellt typischerweise eine nachgiebige Gewebehülse oder -röhre her und ist sehr ähnlich zu einer herkömmlichen Verknotungsmaschine, weist aber größere Verknotungsnadeln auf.

Der Draht, der zur Herstellung des Gewebes benutzt wird, kann aus einer Vielzahl von Zusammensetzungen bestehen und ist bevorzugt ausgewählt aus einem rostfreien Stahl, einschließlich austinitische und Nickellegierungen wie beispielsweise, jedoch ohne Beschränkung auf, 304, 309 und 310 Graden von rostfreiem Stahl, oder Kombinationen dieser. Die Zusammensetzung des Drahts wird derart ausgewählt, dass dieser chemisch kompatibel ist (soweit möglich) mit der Umgebung, in der der Filter eingesetzt wird und mit dem Fluid (oder vermischte Phasen), die gefiltert werden. Dementsprechend können auch andere Metalle und sogar Polymerfasern benutzt werden, abhängig von der Umgebung und der Eigenschaften der Materialien, die gefiltert werden, und abhängig von dem Grad zu dem diese zu einem komprimierten Filter geformt werden können und in besonders bevorzugten Ausführungsformen zu einem Filter der Rippen längs des äußeren Umfangs aufweist.

Der Draht, der für das Gewebe benutzt wird, das zur Herstellung von Airbag-Filtern verwendet wird, weist bevorzugt einen Durchmesser von etwa 0,03 Inch bis etwa 0,002 Inch auf (von etwa 0,75 mm bis etwa 0,05 mm im Durchmesser oder von etwa 21 bis etwa 47 gauge (britischer Standard); obwohl größere und/oder kleinere Drähte ebenfalls benutzt werden können). Falls verschiedene Gewebe zusammen in einem einzigen Filter verwendet werden, werden die Drähte mit dem größeren Durchmesser bevorzugt für die innersten Filterbereiche und die Drähte mit den kleineren Durchmessern bevorzugt für die äußersten Filterbereiche verwendet, wobei die Größe des Drahts in der radial nach außen gewandten Richtung abnimmt. Wie oben bereits mit Rücksicht auf einen Airbag-Filter erwähnt, setzt die explosive Ladung Teilchen eines geschmolzenen Metalls (Schlacke) frei, die auf den Filter auftreffen. Die Verwendung eines dickeren Gewebedrahts und/oder eines dichteren Radialinnenbereichs tendiert dazu, die durch die korrosive Explosionsmischung hervorgerufene Verschlechterung des Filters zu verbessern. Beispielsweise führt ein dickerer Draht in der Nähe des Zentrums des Filters, wo die Ladung explodiert und die Schlacke generiert wird, die auf den Filter auftrifft (a) zu einer höheren Festigkeit als ein dünnerer Draht, um die explosiven Kräfte besser zu absorbieren, und (b) hat eine größere effektive Hitzekapazität, die größere und/oder heißere Schlackepartikel besser tolerieren kann als ein verhältnismäßig dünnerer Draht (beispielsweise bevor ein geschmolzenes Schlacketeilchen durch den Draht hindurch gebrannt ist).

Der Draht, der für den gesamten Filter oder für einen der Einzelteile oder Bereiche des Filters verwendet wird, kann rund oder flach im Querschnitt sein. Der verwendete Draht kann auch aus einer Kombination von zwei oder mehreren unterschiedlichen Geometrien und/oder Drahtzusammensetzungen bestehen. Verschiedene Typen, Durchmesser, und/oder Geometrien des Drahts können in einem einzigen Gewebe miteinander verknotet werden, um ein Gewebe zur Verfügung zu stellen, das eine einheitliche Mischung von unterschiedlichen Drähten oder eine Mischung von Drähten aufweist, die längs der Länge der Geweberöhre sich verändert. Darüber hinaus kann zusätzliche Festigkeit durch Wärmebehandlung erreicht werden, wie beispielsweise durch Glühen des Filters in einer Sauerstoff beinhaltenden Atmosphäre (wie beispielsweise Umgebungsluft); solch ein Glühverfahren wird in dem oben genannten US-Patent 5,449,500 beschrieben (dessen Beschreibung hiermit durch Inbezugnahme aufgenommen wird). Derselbe Draht kann für zwei unterschiedliche Bereiche des Filters verwendet werden und er kann komprimiert oder derart verdichtet werden, dass verschiedene Dichten in jedem Bereich erzielt werden. Ebenso können unterschiedliche Drähte (bezüglich Geometrie und/Zusammensetzung) verwendet werden, um unterschiedliche Filterbereiche herzustellen, die jeweils dieselbe Dichte aufweisen. Neben einem Drahtgewebe und einer Stahlwolle können eine oder mehrere Bereiche des Filters andere Typen von Drahtfiltermedien aufweisen (wie beispielsweise solche, die kommerziell erhältlich sind von Memtec, Ltd., Australien). Solche Medien können ebenso ein verdichtetes und/oder geglühtes Drahtgewebe beinhalten und falls sie separat beschafft werden, können diese auch in eine gewünschte Form gebracht werden (beispielsweise ein Streifen, der geschnitten und in einen kreisförmigen Ring zusammen geschweißt wird), bevor diese mit dem komprimierten Gewebe der vorliegenden Erfindung integriert werden.

Die Dichte des Filters wird in der Regel durch den Designer der gesamten Airbag-Vorrichtung spezifiziert. Die Dichte des Filters kann dadurch bestimmt werden, dass das Volumen des Filters bekannt ist (oder das Volumen, das für den Filter zur Verfügung steht, eine Konstruktionsbeschränkung, die beispielsweise auf der Größe und der Konfiguration des Lenkrads basiert) und die spezifische Dichte des Drahts (rostfreier Stahl hat in der Regel eine Dichte von etwa 0,29 lb./in3 (in etwa 8,03 g/cc)). Demnach kann das Gewicht des Gewebes für einen bestimmten Bereich des Filters, der eine spezifizierte Dichte aufweist, und in wessen Bereich das Gewebe volumenmäßig passen muß, aus der Dichte berechnet werden.

Bevorzugt wird das endgültige Filterteil durch eine Serie von Kompressionen hergestellt, indem mit der verknüpften Drahtröhre begonnen wird. Wie bereits bemerkt wurde, ist die Dichte des endgültigen Filters ein Design-Parameter der Airbag-Vorrichtung. Wenn es gewünscht wird, einen Filter herzustellen, der eine im wesentlichen gleichförmige Dichte aufweist, wird der Filter bevorzugt in einer Serie von Kompressionen hergestellt. Bei der ersten Kompression wird die vorbestimmte, gewünschte Menge an verknüpfter Drahtröhre in einen Kreisring gepresst, indem eine zylindrische aufnehmende Form mit einem Dorn benutzt wird (um die äußeren und inneren Durchmesser des Kreisrings herzustellen) und ein Presskolben, mit der Geometrie einer Hülse, um die verknüpfte Röhre in den Raum zwischen dem Dorn und der aufnehmenden Form zu pressen. In der Form kann dieser Zwischenartikel, ein Vorkern oder eine Vorform, unter Bezugnahme auf ein „Basis"-Ende am Boden der Form und ein „Arbeits"-Ende, das durch den Presskolben kontaktiert wird, definiert werden. Typischerweise werden beispielsweise 14 Inches einer verknüpften Drahtröhre zu einem 3 R bis 4 Inch hohen Kreisring komprimiert (längs der Achse des Kreisrings gemessen).

Zur Reduzierung der Kompression und entsprechend einer uneinheitlichen Dichte, die leicht entsteht, wird das Arbeits-Ende des Vorkerns zuvorderst in die Form eingeführt, so dass dieses Ende zum Basis-Ende im nächsten Verfahrensschritt wird; das heißt, der Zwischenartikel wird umgedreht, so dass dieser von dem gegenüberliegenden Ende her komprimiert wird, gegenüber der ursprünglichen Richtung. Bei diesem nächsten Schritt wird der 3 S bis 4 Inch lange Vorkern zu einem Kreisring mit etwa 1 bis 2 Inch in Länge komprimiert (erneut längs der Achse des Kreisrings gemessen). Um diesen zweiten Kompressions-Formungsschritt zu vereinfachen, sollten die Dimensionen der Form, die in dem ersten Kompressions-Formungsschritt verwendet wurde, zu einem Kreisring führen, der einen größeren Innendurchmesser und einen kleineren Außendurchmesser aufweist als der Endartikel, so dass der Vorkern problemlos über den Dorn und in die Form passt, die benutzt wird, um den Endartikel herzustellen. Zur Deformierung des Gewebes und zur Herstellung dieser Artikel sind Pressen erforderlich, die 70 bis 80 Tonnen an Druck und möglicherweise bis zu 100 Tonnen generieren. Es ist ersichtlich, dass das Gewebe von gegenüberliegenden Enden gleichzeitig komprimiert werden könnte, wobei ein solcher Pressvorgang zu einer Trennlinie führen kann oder zu einem Dichtegradienten längs der Achse mit den am wenigsten dichten Bereichen in Richtung des Zentrums. Das Bestreben besteht darin, einen komprimierten Filter mit einer verhältnismäßig einheitlichen Dichte herzustellen und deswegen wird bevorzugt in zwei Stufen, wie vorne beschrieben, komprimiert.

Gemäss der vorliegenden Erfindung und wie in den 4A (perspektivisch) und 4B (seitlich) gezeigt, werden ein oder mehrere Umfangsdrähte 107 entweder vor der Herstellung des Vorkerns oder vor dem endgültigen Verdichten des Vorkerns oder vor beidem um die Außenseite der Röhre und/oder des Vorkerns 401 (je nachdem welcher Fall betroffen ist) herum gewickelt. Diese Wicklung kann einen einzelnen Draht beinhalten, der schraubenförmig um die Rundung herum gewickelt wird, wie dies in diesen Figuren gezeigt wird, mehrere Drähte, die um die Rundung herum gewickelt werden, ein oder mehrere Drahtbänder, die um die Rundung herum platziert werden oder eine beliebige Kombination derselben Methoden. Der eine oder die mehreren Umfangsdrähte werden an der Röhre und/oder dem Vorkern bevorzugt durch Bördeln befestigt aber jede andere Methode, die den Umfangsdraht bis und durch den nächsten Kompressionsschritt hindurch befestigt, ist anwendbar. Obwohl der Umfangsdraht in diesen Figuren zur besseren Illustration dunkler und dicker dargestellt ist, kann dieser gleich sein zum oder sich unterscheiden vom Draht, der für das Gewebe verwendet wird, dementsprechend unabhängig zu jedem einzelnen Parameter wie Durchmesser, Geometrie im Querschnitt und Zusammensetzung. Typischerweise ist der Umfangsdraht in jeglicher Hinsicht identisch zu dem Draht, der für das Gewebe benutzt wird.

Während der Kompression verkoppeln sich die Schleifen des Gewebes physisch (durch physische Deformation) und halten sich gegeneinander am Ort. Wenn sich der Umfangsdraht um die Außenseite der Röhre oder des Vorkerns oder beidem während der Kompression (und der Deformation des Gewebes) befindet, wird der Umfangsdraht mit dem Gewebe vor Ort verbunden, bzw. verkoppelt. Der Umfangsdraht, der eine konstantere umfängliche Orientierung aufweist als das Gewebe, verleiht dem Filter eine höhere Umfangsfestigkeit.

Die 1 und 2 sind Fotografien eines Filters mit einer Struktur und einer Herstellung entsprechend der vorliegenden Erfindung. 1 ist im Wesentlichen eine plane Aufsicht der Vorrichtung. Ein Drahtgewebe wurde in einen Filter 101 kompressionsgeformt, mit der Geometrie eines Kreisrings, der eine äußere Wand 103 und eine innere Wand 105 aufweist, die eine kreisringförmige Öffnung definieren. 2 ist eine seitliche, fotografische Ansicht der Vorrichtung gemäß 1, wobei ein Draht 107 mehrere Umrundungen um die Außenseite des Filters beschreibt.

Die Form, in der die Kompression durchgeführt wird, besteht bevorzugt aus einem harten Werkzeugstahl. Die Vorrichtung, die für die Formung verwendet wird, wird auch in den 3A und 3B gezeigt. Insbesondere zeigt 3A einen Dorn, der für die vorliegende Erfindung benutzt wird. Der Dorn hat eine scheibenförmige Basis 301, an der ein Dorn 303 orthogonal und mittig angebracht ist. Die Größe der Basis sollte dergestalt sein, dass sie sicher in dem Boden einer aufnehmenden Form befestigt werden kann, wie dies in 3B gezeigt wird. Die verknüpfte Geweberöhre oder der Vorkern wird über den Dorn derart positioniert, dass dieser in der Ausnehmung der aufnehmenden Form positioniert ist und der hülsenförmige Presskolben 305 wird in die Form gepresst. Der Presskolben hat einen äußeren Durchmesser 307, der mit dem inneren Durchmesser der aufnehmenden Form korrespondiert und einen inneren Durchmesser 309, der mit dem äußeren Durchmesser 311 des Dorns korrespondiert.

In bestimmten Ausführungsformen kann es wünschenswert sein, dass ein verhältnismäßig langer komprimierter Artikel gewünscht wird, der für die Form zu lang ist oder bei dem eine Form mit der gewünschten Länge zu teuer werden würde. In diesen Fällen können eine Mehrzahl von ringförmig komprimierten Gewebeartikeln Ende an Ende miteinander verbunden werden, bevorzugt mittels einer Verbindung. Die bevorzugte Verbindung ist eine Zungen- und Rillen-Konfiguration, wobei der Vorkern eine Zunge an einem Ende und eine Rille in dem anderen Ende aufweisen würde. Dies kann dadurch verwirklicht werden, dass die Konfiguration der Basis des Dorns und des Arbeitsendes des Presskolbens verändert wird. Insbesondere kann in der Basis des Dorns eine kreisförmige Rille oder ein kreisförmiger Rücken geformt werden, so dass, wenn das Drahtgewebe durch den Presskolben dagegen gedrückt wird, eine Zunge oder eine Rille (entsprechend) in dem entsprechend anliegenden Ende des komprimierten Gewebeartikels geformt wird. Das Arbeitsende des Presskolbens wird dann entsprechend modifiziert, um die entgegen gesetzte Konfiguration eines Rückens oder einer Rille aufzuweisen, wodurch eine Rille oder eine Zunge in den gegenüberliegenden Enden des komprimierten Gewebeartikels geformt wird. Somit weisen komprimierte Gewebeartikel, die in dieser Art geformt werden, eine kreisförmige Rille an einem Ende und eine kreisförmige Zunge an dem anderen Ende auf und können somit Ende an Ende miteinander verbunden werden, um einen längeren (axial betrachtet) Artikel zur Verfügung zu stellen. Alternativ kann die Zunge und die Rille in Fragmente (kreisbogenförmige Segmente) unterbrochen sein, die wie Schlitze und Nasen wirken, um zwei komprimierte Filter miteinander zu verbinden.

Darüber hinaus können die Gewebefilter externe Rippen auf der äußeren Peripherie aufweisen, die axial abstehen, wie dies in dem US-Patent Nr. 6,277,166 beschrieben und gezeigt wird (wie oben erwähnt). Wie in den 3C3E gezeigt, wird ein Werkzeug zur Herstellung eines Filters mit Rippen benutzt, in dem sich die Rippen nur längs eines Teils der axialen Länge des Filters erstrecken. Das Werkzeug hat eine aufnehmende Form 303 mit einer inneren Bohrung 300, die bevorzugt zwei innere kreisförmige Umfänge 325 und 327 aufweist. Einer der kreisförmigen Umfänge beinhaltet eine Vielzahl von Rillen oder Kanälen 329, die gleichmäßig voneinander beabstandet um den Umfang herum und sich parallel längs zur Achse der Form (orthogonal zum Umfang) hin erstreckend angeordnet sind. Wenn der Gewebefilter in das Werkzeug mittels des Presskolbens gedrückt wird, verformen die Kanäle den äußeren Umfang des Filters, so dass das Gewebe die Gänze des inneren Raums des Formungswerkzeugs ausfüllt. Danach wird der Filter mit den Rippen aus dem Formwerkzeug herausgenommen.

Wenn die komprimierten Gewebeartikel der vorliegenden Erfindung als Airbagfilter verwendet werden, stellt der Airbaghersteller eine „Dose" zur Verfügung, in die der Gewebefilter eingesetzt wird und in den Kreisring des Filters wird die explosive Ladung eingesetzt (mit einem Zünder) und die Dose wird versiegelt. Die Dose beinhaltet eine Anzahl von Ventilationsöffnungen, durch die das generierte Gas entweicht und die Öffnungen werden normalerweise mit Papier als Sperrschicht versiegelt (z.B. gegen die Penetration von Wasser). Vor der Erfindung des vorgenannten '166 Patents musste der Hersteller in die Dose eine Lokalisierungsvorrichtung einsetzen, um die Position des Filters zu lokalisieren und dann wurde um den Filter eine geschweißte, perforierte Röhre eingesetzt, um eine verbesserte Umfangsfestigkeit zu erreichen. Die Vorrichtung wird nicht nur benutzt, um den Filter zu lokalisieren, sondern auch um sicherzustellen, dass der Filter nicht die Wände der Dose berührt und die Versiegelung der Löcher in der Dose beeinträchtigt. Die vorliegende Erfindung, ähnlich der des '166 Patents, eliminiert sowohl die Lokalisierungsvorrichtung als auch die perforierte Röhre aus dem Herstellungsprozess und liefert dadurch eine erhebliche Kostenersparnis und Vereinfachung des Herstellungsprozesses.

Die neuen Artikel der vorliegenden Erfindung eignen sich auch, um Gewebeersatzteile herzustellen, zur mechanischen Dämpfung von Bewegung, insbesondere zur Absorption von Energie, zur Einschränkung von Bewegung oder zur Ermöglichung einer nachgiebigen Bewegung. Diese Artikel sind somit zum Austausch von Gummilagern und flexiblen Röhren geeignet (flexible, zylindrische oder ringförmige Vorrichtungen zur Verbindung von Leitungen).

Vergleichende Beispiele

Die vorliegenden Filter wurden mit Filtern getestet, die keine Umfangsdrähte an der äußeren Oberfläche aufwiesen, um den relativen Effekt des Umfangdrahtes bezogen auf die Umfangsfestigkeit festzustellen.

Das getestete Teil war ähnlich zu denjenigen, das in den 1 und 2 gezeigt wird und hatte folgende Eigenschaft: 13,0 mm innerer Durchmesser, 39,9 mm äußerer Durchmesser, 57,0 mm Länge, 200,0 g Gewicht, 41,1% Dichte und hergestellt aus einem 0,020''0 Karbonstahl (194 g) mit einer Umfangsdrahtwicklung eines 0,023''0 Schwarzoxidkarbonstahls (6 g) um den äußeren Durchmesser. Die äußere Wicklung des Umfangsdrahtes begann an einem Ende, wurde dreimal an diesem Ende an derselben Stelle herumgewickelt und dann in Richtung des anderen Endes gequert (schraubenförmig gewickelt), mit einer Beabstandung von etwa 4 mm zwischen den einzelnen Wicklungen; sobald das andere Ende erreicht war, wurde der Draht erneut dreimal an derselben Stelle an dem anderen Ende herumgewickelt.

Ein Instron 5882 wurde zum Testen benutzt, in Kombination mit einem von zwei expandierenden Drehdornen (erhältlich von MSC Direct, Melville, New York), einer der von etwa 1,3 mm (1/2 Inch) bis etwa 1,4 mm (9/16 Inch) und ein anderer, der von etwa 1,4 mm (9/16 Inch) bis etwa 1,7 mm (21/32 Inch) expandierte. Der expandierende Dorn wurde in den Innendurchmesser des getesteten Teils eingesetzt. Die Instronvorrichtung wurde derart programmiert, dass der Dorn mit Druck expandiert, wobei die Kraft aufgezeichnet wurde, die für die Expansion als eine Funktion der Expansion oder der Auslenkung des Dorn benötigt wurde.

In 5 werden die Ergebnisse des ersten benutzten Dorns gezeigt, der von 1,3 mm bis 1,4 mm expandierte und 6 zeigt die Ergebnisse des anderen Dorns, der von 1,4 mm bis 1,7 mm expandierte. Die Ergebnisse werden als „Auslenkung" (in mm) gezeigt, als Penetration des Dorns in die Hülse versus der Kraft (in kgf), die benötigt wurde, um die gezeigte Penetration zu erreichen. Wie in beiden Figuren gezeigt, nach etwa einer 3 mm-Auslenkung in 5 und nach einer etwa 5 mm Auslenkung in 6 benötigten die umwickelten Dorne eine signifikant größere Kraft für eine bestimmte Auslenkung, bezogen auf das Vergleichsbeispiel, das ansonsten identisch war aber nicht umwickelt mit einem Umfangsdraht.

Obwohl die Penetration langsam erfolgte, sind die Ergebnisse zumindest teilweise simulierend für die Funktionsweise der Vorrichtung während des explosiven Einsatzes eines Airbags. Während des Einsatzes wird eine explosive Ladung innerhalb des Innendurchmessers des Filters gezündet und die expandierenden Gase üben eine signifikante Kraft auf den Innendurchmesser des Filters aus, während die Gase durch den Filter hindurch penetrieren und den Airbag aufblasen. Die erhöhte Umfangsfestigkeit, die sich aus dem Test ergibt, bedeutet, dass kein Bedarf an der Nutzung von perforierten oder gestreckten Metallbändern zur Vergrößerung der Umfangsfestigkeit besteht.

Die vorbezeichnete Beschreibung soll die vorliegende Erfindung nicht beschränken, sondern illustrieren. Verschiedene Änderungen, Modifikationen und Ergänzungen werden dem Fachmann bei sorgfältiger Lektüre dieser Beschreibung in den Sinn kommen und diese sind dazu bestimmt, innerhalb des Bereichs und des Geistes dieser Erfindung zu liegen, wie sie durch die Patentansprüche definiert wird.

Zusammenfassung

Ein komprimierter Drahtgewebefilter für eine Airbag-Vorrichtung hat einen oder mehrere Drähte um den äußeren Umfang des Filters gewickelt, bevor das Gewebe endgültig komprimiert wird, um die Umfangsfestigkeit des Filters zu verbessern.


Anspruch[de]
Ein komprimierter, verknüpfter Drahtgewebefilter mit (i) einer inneren Wand, die einen Kreisring definiert, der eine Achse definiert und (ii) eine äußere Wand, wobei der Filter einen oder mehrere Umfangsdrähte aufweist, die die äußere Wand umlagernd angeordnet sind und die sich mit dem Drahtgewebefilter während der Kompression des Drahtgewebefilters verbinden. Der Filter nach Anspruch 1, wobei der Draht rund ist. Der Filter nach Anspruch 1, wobei der Draht flach ist. Der Filter nach Anspruch 1 wobei der Umfangsdraht schraubenförmig gewickelt ist. Der Filter nach Anspruch 1, wobei der Umfangsdraht aus Metall besteht. Der Filter nach Anspruch 1, wobei der Umfangsdraht polymerisch ist. Der komprimierte Drahtgewebefilter nach Anspruch 1, wobei der Gewebedraht aus Karbonstahl, Karbonstahl mit einer Oxydbeschichtung, gebläutem Karbonstahl, rostfreiem Stahl oder aus einer Kombination derselben besteht. Der komprimierte Drahtgewebefilter nach Anspruch 7, wobei der Umfangsdraht aus Karbonstahl, Karbonstahl mit einer Oxydbeschichtung, gebläutem Karbonstahl oder rostfreiem Stahl oder einer Kombination derselben besteht. Eine verbesserte Airbag-Vorrichtung mit einem Gasgenerator, einem aufblasbaren Balg und einem Filter, durch den ein explosiv hergestelltes Gas hindurch läuft und den Balg aufbläst, wobei der Filter ein komprimierter Drahtgewebefilter mit einer kreisförmigen Geometrie ist, die eine Achse und eine äußere Wand definiert, wobei die Verbesserung ein oder mehrere Umfangsdrähte beinhaltet, die um die äußere Wand herum angeordnet und mit dem komprimierten Gewebe verbunden sind. Ein Passagierfahrzeug, das einen Gasgenerator, einen aufblasbaren Balg und einen Filter aufweist, durch den explosiv hergestelltes Gas hindurch läuft und den Balg aufbläst, wobei der Filter ein komprimierter Drahtgewebefilter mit einer ringförmigen Geometrie ist, die eine äußere wand definiert, wobei die Verbesserung darin besteht, dass ein oder mehrere Umfangsdrähte um die äußere Wand herum angeordnet und mit dem komprimierten Gewebe verbunden sind. Ein Verfahren zur Herstellung eines Filters, beinhaltend die Verknüpfung eines Drahts zu einem ringförmigen Gewebe, das eine äußere Wand aufweist, die Verwendung einer vorbestimmten Menge des verknüpften Gewebes und Einführen des Gewebes in eine Form und Komprimieren des Gewebes zur Herstellung eines Filters, wobei mindestens ein Umfangsdraht vor der Komprimierung um die äußere Wand herum gewickelt wird. Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei das ringförmige Gewebe zwei Enden aufweist und wobei das Gewebe in eine aufnehmende Form gebracht und ein erstes Mal längs der Achse der Röhre gegen ein erstes der Enden komprimiert wird, um einen Vorkern zu bilden, wobei der Vorkern dann aus der aufnehmenden Form entfernt wird und das erste Ende als erstes in die Form eingeführt wird und dann ein zweites Mal gegen das zweite Ende komprimiert wird. Das Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Umfangsdraht um das ringförmige Gewebe herum gewickelt wird. Das Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Umfangsdraht um den Vorkern vor dem ersten Komprimieren herum gewickelt wird. Das Verfahren nach Anspruch 14, wobei ein erster Umfangsdraht um das Gewebe vor der ersten Komprimierung herum gewickelt und ein zweiter Umfangsdraht um den Vorkern vor der zweiten Komprimierung herum gewickelt wird. Das Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Umfangsdraht um den Vorkern herum gewickelt wird, bevor das zweite Mal komprimiert wird. Das Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Form Rillen aufweist, die derart wirken, dass mindestens eine Rippe längs der Außenseite des komprimierten Filters entsteht.






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