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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Filter, der zumindest einen Streckmetallblechstreifen umfasst, der zu einem mehrlagigen, ein Filterelement bildenden Zylinder aufgewickelt ist.
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Derartige Filter finden in vielen Bereichen Anwendung. Sie filtern störende Partikel aus Gasen oder Flüssigkeiten, die durch die Mantelfläche des Zylinders strömen. Grundbestandteil eines Filters der eingangs genannten Art ist ein Streckmetallstreifen oder -band. Streckmetallstreifen werden beispielsweise dadurch hergestellt, dass in einen Metallstreifen bei intermittierendem Vorschub sukzessive seitlich gegeneinander versetzte Schnitte unter gleichzeitig streckender Verformung des Streifens eingebracht werden. Beispielsweise wird es mittels eines geeignet geformten, oftmals kammartigen Messers durch ein Schnittstanzen über eine Kante hergestellt. Verfahren zur Herstellung von Streckmetallstreifen sind grundsätzlich bekannt.
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Ein Streckmetallstreifen weist eine Vielzahl von Öffnungen auf. Deren Eigenschaften können beliebig an die jeweils vorliegenden Anforderungen angepasst werden.
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Der Streckmetallstreifen wird anschließend in geeigneter Form gewickelt, so dass die übereinanderliegenden Streckmetallstreifenlagen ein zylindrisches Filterelement bilden. Die Filterwirkung des erhaltenen Filterelements hängt insbesondere von den Eigenschaften des Streckmetalls (z.B. Anzahl, Größe und Geometrie der Öffnungen) und der Anzahl der Streckmetallstreifenlagen ab. Diese Parameter können bedarfsgerecht an die jeweils vorliegenden Anforderungen angepasst werden, um den durch den Mantel des zylinderförmigen Filterelements strömenden Fluidstrom zu filtern und unerwünschte oder gar schädliche Partikel zuverlässig zurückzuhalten.
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Derartige Filter können beispielsweise in der Verfahrenstechnik eingesetzt werden. Eine weitere Anwendung ist ihr Einsatz bei Airbags. Sie sind dort zwischen einem Treibsatz des Gasgenerators und dem eigentlichen Airbag angeordnet, der durch das von dem Treibsatz erzeugte Gas aufgeblasen wird. Der Filter sorgt dafür, dass keine Partikel aus dem Gasgenerator in den Airbag gelangen, die diesen schädigen könnten. Um einen zuverlässigen und sicheren Betrieb des Airbags zu gewährleisten, ist es unerlässlich, dass der Filter wohldefinierte Eigenschaften aufweist und zuverlässig für den Rückhalt schädlicher Partikel sorgt.
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Zwar existieren verschiedene Bauformen von Filtern der eingangs genannten Art. Allerdings besteht immer noch ein stetig wachsender Bedarf nach noch zuverlässigeren Filtern mit genau definierter Filterwirkung.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch einen Filter mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Erfindungsgemäß weist zumindest ein Ende des Streckmetallstreifens eine keilförmige Schräge auf. D.h. die Dicke des Streckmetallstreifens nimmt im Bereich der Schräge also ausgehend von dem Ende des Streifens bis zu dem Ende der Schräge – linear oder nichtlinear – zu.
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Diese Schräge ermöglicht ein verbessertes Aufwickeln des Streckmetallstreifens und verhindert die Entstehung unerwünschter Hohlräume im Inneren des Filterelements. Wickelt man nämlich einen herkömmlichen Streckmetallstreifen auf, so ergibt sich eine Stufe, wenn der Anfang des Streifens von einer nachfolgenden Lage überdeckt wird. Eine ähnliche Situation stellt sich ein, wenn der als Filterelemente fungierende Zylinder von einem weiteren Bauteil, beispielsweise einem als Schutzmantel fungierenden Streifen (z.B. ebenfalls ein Streckmetallbauteil) umgeben wird. Auch hier bildet dann das Ende des den Zylinder bildenden Streifens eine Stufe, die bei der Umwicklung mit einem weiteren Metallstreifen zu einem Hohlraum zwischen dem weiteren Metallstreifen und dem Zylinder führt. Ein solcher Hohlraum beeinträchtigt die Filterwirkung des Filters.
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Durch das Vorsehen der Schräge "läuft" das nachfolgende Material wie auf einer Rampe auf. D.h. der nachfolgende Streifen bzw. Streifenabschnitts kann sich an die keilförmige Schräge anschmiegen, so dass die Bildung eines störenden Hohlraums vermieden wird.
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Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen angegeben.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Schräge eine radial nach außen weisende Fläche. D.h. eine Basis des keilförmigen Endabschnitts des Streckmetallstreifens ist dem Inneren des Zylinders zugewandt.
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Gemäß einer kostengünstigen Herstellungsvariante ist die keilförmige Schräge durch Prägen erzeugt. Beispielsweise wird der Streckmetallstreifen nach dem Zuschneiden auf die geeignete Länge durch ein geeignetes Werkzeug in dessen Endbereich geprägt, so dass die vorstehend beschriebene Schräge entsteht. Das Zuschneiden und Prägen kann auch in einem einzigen Schritt erfolgen.
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Zwar ist es grundsätzlich möglich, dass die keilförmige Schräge einen gekrümmten Querschnitt aufweist ist. Allerdings ist eine im Wesentlichen ebene Ausgestaltung der Schräge in vielen Fällen vorteilhaft.
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Die Schräge kann – in einer Seitenansicht des Streckmetallstreifens gesehen – einen Winkel von 20° bis 70° mit einer Längserstreckungsrichtung des Streckmetallstreifens einschließen. Die Winkelangabe bezieht sich auf den Streckmetallstreifen vor dem Aufwickeln. Mit anderen Worten können die Schräge und eine Basisfläche des Keilbereichs einen Winkel von 20° bis 70° einschließen.
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Wie vorstehend erläutert, kann ein Schutzmantel vorgesehen sein, der das als Filter fungierende zylinderförmige Filterelement schützt. Beispielsweise ist der Mantel selbst ein Streckmetallstreifen (Schutzstreckmetallstreifen), der an den Streckmetallstreifen – d.h. die Außenseite des Zylinders – angeschweißt ist und der auf den Zylinder aufgewickelt wird, so dass er den Streckmetallstreifen zumindest abschnittsweise in Umfangsrichtung umgibt.
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Sowohl der Streckmetallstreifen als auch der Schutzstreckmetallstreifen können über eine keilförmige Schräge verfügen. Beispielsweise sind beide Enden des Streckmetallstreifens mit einer Schräge versehen, so dass weder an der Innenfläche des Zylinders eine Stufe entsteht, noch an dessen Außenseite. Im letzteren Fall ermöglicht dies, den Schutzstreckmetallstreifen eng anschmiegend auf den Zylinder aufzuwickeln.
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Um die gewünschte Filterwirkung zu erzeugen, kann der Streckmetallstreifen mehrere Abschnitte aufweisen, die sich hinsichtlich ihrer Eigenschaften unterscheiden. Beispielsweise haben die Abschnitte unterschiedlich viele Öffnungen pro Flächeneinheit und/oder unterschiedliche Öffnungsgeometrien. Es kann vorgesehen sein, dass alle Abschnitte unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Es ist jedoch auch möglich, dass sich Abschnitte mit gleichen Eigenschaften wiederholen. Durch das Aufwickeln eines Streifens mit lokal variierenden Eigenschaften wird zuverlässig verhindert, dass zu viele Öffnungen in benachbarten Lagen fluchtend übereinanderliegen, was die Filterwirkung des Filterelements reduzieren würde.
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Der Schutzstreckmetallstreifen kann einfacherer Bauweise sein und beispielsweise Öffnungen mit einer einheitlichen Größe und/oder Geometrie aufweisen.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Filters, insbesondere eines Fahrzeug-Airbagfilters, umfassend zumindest ein Streckmetallstreifen, der zu einem mehrlagigen, ein Filterelement bildenden Zylinder aufgewickelt ist, mit den Schritten:
- – Herstellung eines Streckmetallstreifens aus einem Metallblech,
- – Prägen eines Endabschnitts des Streckmetallstreifens, so dass dieser eine keilförmige Schräge aufweist,
- – Wickeln des Streckmetallstreifens zu einem Zylinder.
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Zur Fixierung des aufgewickelten Zustandes kann ein Endabschnitt des Streckmetallstreifens mit einem Abschnitt des Streckmetallstreifens, der in einer benachbarten Lage angeordnet ist, verschweißt sein. Dabei kommt vorteilhafterweise ein Kondensatorimpulsschweißverfahren zum Einsatz.
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Es kann ferner vorgesehen sein, ein Schutzstreckmetallstreifen an den Streckmetallstreifen zu Schweißen, insbesondere mittels eines Kondensatorimpulsschweißens. Der Schutzstreckmetallstreifen wird dann auf den Zylinder aufgewickelt, so dass der Schutzstreckmetallstreifen den aufgewickelten Streckmetallstreifen zumindest abschnittsweise in Umfangsrichtung umgibt. Falls erforderlich, insbesondere wenn der Schutzstreckmetallstreifen so lang ist, dass er auf sich selbst aufgewickelt wird, kann auch der Schutzstreckmetallstreifen mit einer keilförmigen Schräge versehen sein.
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Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 ein zur Bildung eines Filterelements aufgewickelter Streckmetallstreifen kurz vor dem Verschweißen,
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2a und 2b ein herkömmliches Filterelement,
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3 das Erzeugen der keilförmigen Schräge eines Endabschnitts eines Streckmetallstreifens durch Prägen und
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4a und 4b ein Filterelement eines erfindungsgemäßen Filters.
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1 zeigt einen Streckmetallstreifen 10, der zu einem Zylinder aufgewickelt wurde. Der Zylinder bildet ein Filterelement 12 eines Airbag-Filters. Grundsätzlich kann das Filterelement 12 aber auch in anderen Bereichen als der Fahrzeugtechnik zum Einsatz gelangen.
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Der Streckmetallstreifen 10 wird in an sich bekannter Weise aus einem Metallblech gefertigt. Die Öffnungen in dem Streifen 10 sind zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeigt. Dies gilt auch für die folgenden Zeichnungen.
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Der Streckmetallstreifen 10 weist ein in aufgewickeltem Zustand radial innen liegendes erstes Ende 14a und ein radial außen liegendes Ende 14b auf. Zur Fixierung des aufgewickelten Zustandes wird ein dem Streifenende 14b zugeordneter Endabschnitt 16b des Streifens 10 mit einer darunterliegenden Lage des Streckmetallstreifens 10 verschweißt. Dabei wird ein Kondensatorimpulsschweißverfahren verwendet. Separate, federunterstützte Elektroden 18 werden zu diesem Zweck an den Endabschnitt 16b herangeführt. Es kommt eine mikroprozessorgesteuerte Schweißeinrichtung mit Spitzenzündung zum Einsatz. Gegenüber üblicherweise verwendeten Standardwiderstandsschweißverfahren weist das Kondensatorimpulsschweißen erhebliche Vorteile auf. Innerhalb weniger Millisekunden können präzise Schweißpunkte erzeugt werden. Dabei ist der Wärmeeintrag vergleichsweise gering, so dass es u.a. auch nicht zu nachteiligen Verfärbungen des geschweißten Materials in einem Bereich um die Schweißstelle kommt. Kondensatorimpulsschweißverfahren zeichnen sich ferner durch eine geringe Abnutzung der Schweißelektroden, vergleichsweise geringe Energiekosten und eine exzellente Reproduzierbarkeit der Schweißergebnisse aus.
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2a zeigt ein Filterelement 12' herkömmlicher Bauart. Es umfasst zusätzlich zu dem zu einem Zylinder gewickelten Streckmetallstreifen 10 einen Schutzstreckmetallstreifen 20, der den Zylindermantel in Umfangsrichtung teilweise umgibt. Beispielsweise ist der Schutzstreckmetallstreifen 20 im Bereich einer Schweißverbindung 22 an dem Streckmetallstreifen 10 befestigt und wird auf die Außenseite des gewickelten Streckmetallstreifens 10 aufgewickelt. Anschließend wird er mit einer zweiten Schweißverbindung 22' fixiert (insbesondere eine Kondensatorimpulsschweißverbindung). Es versteht sich, dass das Aufwickeln des Schutzstreckmetallstreifens 20 auch ausgehend von der Schweißverbindung 22' erfolgen kann.
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Bei dem Aufwickeln des Schutzstreckmetallstreifens 20 entsteht ein Hohlraum 24 im Inneren des Filterelements 12', der in 2b deutlicher gezeigt ist. Die 2b zeigt den in 2a durch einen Kreis hervorgehobenen Bereich des Filterelements 12' in einer Vergrößerung.
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Der Hohlraum 24 entsteht, wenn der Schutzstreckmetallstreifen 20 im oder gegen den Uhrzeigersinn über das eine Stufen bildende Streifenende 14b des Streifens 10 gewickelt wird. Der Hohlraum 24 sorgt für eine Beeinträchtigung der Filterwirkung des Elements 12', da zu filterndes Fluid beispielsweise praktisch ungehindert in axialer Richtung des Elements 12' strömen kann.
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Erfindungsgemäß wurde das vorstehend beschriebene Problem erkannt und eine Maßnahme zu dessen Lösung entwickelt. Es wird vorgeschlagen, das Streifen 14b des Streckmetallstreifens 10 anzuschrägen, um ein verbessertes Aufwickeln des Schutzstreckmetallstreifen 20 zu ermöglichen. Wie in den 4a und 4b (eine Vergrößerung des durch einen Kreis gekennzeichneten Bereichs der 4a) gezeigt ist, kann sich nämlich dann der Streifen 20 an eine entsprechende keilförmige Schräge 26 anschmiegen. Es ist ersichtlich, dass die Bildung eines nachteiligen Hohlraums 24 durch die erfindungsgemäße Maßnahme auf einfache Weise vermieden wird. Dies führt unmittelbar zu einem Filterelement 12 mit verbesserten Filtereigenschaften.
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Nicht nur das Streifenende 14b kann mit einer keilförmigen Schräge 26 versehen sein. Es ist auch durchaus möglich, das Streifen 14a entsprechend auszugestalten, um eine im Wesentlichen stufenfreie Innenmantelfläche des Filterelements 12 zu erhalten.
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Ferner ist es auch möglich, die Enden oder eines der beiden Enden des Schutzstreckmetallstreifens 20 mit einer Schräge 26 zu versehen. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn sich der Schutzstreckmetallstreifen 20 mehr als einmal um den durch den Streckmetallstreifen 10 gebildeten Zylinder wickeln lässt. In diesem Fall wird nämlich der Streifen 20 auf sich selbst aufgewickelt. Durch das Vorsehen einer entsprechenden Schräge 26 kann die Bildung eines nachteiligen Hohlraums (analog zu dem Hohlraum 24) auf einfache Weise vermieden werden.
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Die Ausbildung der Schräge 26 kann durch einen Prägeprozess mit einem entsprechenden Prägewerkzeug 28 erfolgen (siehe 3). Das Prägen kann gleichzeitig mit oder nach einem Zuschneiden des Streifens 10 bzw. 20 erfolgen.
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Der Öffnungswinkel des erzeugten keilförmig angeschrägten Endabschnitts beträgt vorzugsweise zwischen 20° und 70°. Bevorzugt sind die Schweißverbindung 22, 22' des Filterelements 12 durch ein Kondensatorimpulsverfahren hergestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Streckmetallstreifen
- 12, 12'
- Filterelement
- 14a, 14b
- Streifenende
- 16b
- Endabschnitt
- 18
- Elektrode
- 20
- Schutzstreckmetallstreifen
- 22, 22'
- Schweißverbindung
- 24
- Hohlraum
- 26
- Schräge
- 28
- Prägewerkzeug
