DE68908819T2

DE68908819T2 - Filterzusammenbau für Aufblasvorrichtung in nichtgeschweisster Bauweise.

Info

Publication number: DE68908819T2
Application number: DE89308319T
Authority: DE
Inventors: Jess Cuevas
Original assignee: Talley Automotive Products Inc
Current assignee: Talley Automotive Products Inc
Priority date: 1988-08-17
Filing date: 1989-08-16
Publication date: 1994-02-17
Anticipated expiration: 2009-08-17
Also published as: EP0359408A2; JPH0764245B2; EP0359408B1; EP0359408A3; US4865635A; DE68908819D1; JPH02152510A; KR900003005A

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf passive Rückhalte-Sicherheitseinrichtungen für Automobile und insbesondere auf eine Filteranordnung zur Verwendung in einer leichtgewichtigen pyrotechnischen Gas-Generatoreinheit zum Aufblasen von Automobil-Airbags.

Hintergrund der Erfindung

Eine große Anzahl von Leuten werden jährlich getötet oder verletzt bei Automobilunfällen, wobei der Fahrer und/oder die Passagiere nach vorne geworfen werden, so daß sie gegen feste Oberflächen innerhalb des Fahrzeuges auftreffen. Es bestand daher ein beträchtliches Bedürfnis für die Entwicklung von passiven Rückhaltesystemen zur Verwendung in solchen Fahrzeugen. Ein System, das sehr extensiv geprüft worden ist, erfaßt die rasche Abbremsung des Fahrzeuges, wie sie beispielsweise beim primären Auftreffen zwischen einem Automobil und beispielsweise einem anderen Fahrzeug auftritt. Sie löst somit das Aufblasen eines Sackes zwischen der Innenoberfläche des Fahrzeuges und dem Fahrzeuginsassen vor dem Auftreten irgendeiner sekundären Kollision zwischen dem Fahrer und/oder den Passagieren und dem Inneren des Fahrzeuges aus. Das Aufblasen des Sackes muß daher innerhalb von Millisekunden nach dem primären Aufprall auftreten, um irgendwelche Insassen abzubremsen, bevor sie aufgrund sekundärer Kollisionen gegen die festen Oberflächen innerhalb des Fahrzeuges verletzt werden.
Darüber hinaus ist es erwünscht, den Sack zu entlüften, sobald der Aufprall bei einem Unfall stattgefunden hat, so daß der Insasse nicht innerhalb des Fahrzeuges durch einen aufgeblasenen Sack gefangen ist. Es ist ferner wünschenswert, den Sack schnell zu entlüften, so daß im Falle eines unbeabsichtigten Aufblasens die Rückhaltung der Person, die das Fahrzeug steuert, hinreichend kurz ist, so daß sie nicht die Kontrolle über das Fahrzeug verliert. Um diese Kriterien zu erfüllen, sind Spezifikationen errichtet worden, wodurch ein Sack in ungefähr 30-60 Millisekunden nach der Auslösung ausreichend aufgeblasen werden muß, um einen Insassen zurückzuhalten und wobei eine wesentliche Entlüftung ungefähr nach 100 Millisekunden auftreten muß.
Eines der Probleme bei der Anordnung eines solchen passiven Rückhaltesystems zum Schutz des Fährers des Fahrzeuges während eines Unfalles besteht in der Anordnung und Positionierung der Einrichtung auf der Lenkradsäule. Aus Gründen des Stylings und der Verbraucherakzeptanz sowie zur ungestörten Bewegung des Fahrers und seiner Sicht auf die Instrumentenkonsole und um die Steuerdynamik des Fahrzeuges nicht herabzumindern, ist es erwünscht, die Unfall-Rückhaltevorrichtung so zweckmäßig wie möglich anzuordnen und trotzdem so anzuordnen, daß sie effektiv ihre beabsichtigte Schutzfunktion verwirklicht. Da ferner eine Aufblasvorrichtung für solch ein Unfäll-Rückhaltesystems in der Lage sein muß, ein relativ großes Gasvolumen in einer sehr kurzen Zeitperiode (beispielsweise 30-60 Millisekunden) abzugeben, gibt es nicht nur Sicherheitsbetrachtungen bezüglich der Anordnung der Aufblasvorrichtung innerhalb des Automobiles, sondern auch in bezug auf die Handhabung, Installierung, den Austausch und die Reparatur solcher Aufblasvorrichtungen.
Zusätzlich ist im speziellen Fall auf der Fahrerseite, d.h. der Lenkradinstallierung, die Verwendung einer Aufblasvorrichtung mit einem geringen Gewicht aus verschiedenen Gründen von Bedeutung. Zunächst befindet sich die Lenkradanordnung in einer freitragenden Position am Ende der Lenkradsäule. Daher kann ein übertriebenes Gewicht auf der Lenkradanordnung ein übertriebenes Säulenwippen hervorrufen, das vertikalen Beschleunigungen aufgrund von Straßenschlägen (z.B. Höcker oder Schlaglöcher) zugeordnet ist, welche die Fahrerkontrolle herabmindern oder zu ihrem Verlust führen. Wenn zweitens aus Gründen des Stylings oder der Blickfeldfreiheit des Fahrers die Aufblasvorrichtung symmetrisch in bezug auf die Mittellinie der Steuersäule angeordnet werden muß, so führt jegliches exzessive Gewicht, das dieser Vorrichtung hinzugefügt wird, zur Bildung eines Widerstands-Drehmomentes des Lenkrades, wodurch die Rotationsdynamik der Lenkradanordnung herabgemindert wird und ein möglicher Verlust der Fahrersteuerung oder eines anderen ungewöhnlichen oder unerwünschten Fahrzeug-Handhabungs-"gefühls" unter bestimmten Fahrzuständen herbeigeführt wird.
Die jüngste Betonung der Gewichtsreduktion für den Zweck der Treibstoffersparnis in motorisierten Fahrzeugen hat somit eine Notwendigkeit und eine Forderung nach einem Aufblassystem mit leichterem Gewicht geschaffen. Dies ist von besonderer Bedeutung bei einem Unfall-Schutzsystem für den Fahrer, bei dem die Aufblasvorrichtung auf dem Lenkrad des Fahrzeuges montiert ist. Die Verfägbarkeit einer Aulblasvorrichtung mit leichtem Gewicht für die Installierung an dieser Stelle gestattet ferner eine Reduzierung im Gewicht des Lenkrades des Fahrzeuges und der Lenkradsäule, auf der die Aufblasvorrichtung montiert ist, wodurch sich gleichzeitig eine Verbesserung der Steuerbarkeit des Automobils ergibt.
In dieser Hinsicht benutzen einige jüngst eingeführte Aufblasvorrichtungen Gehäusematerialien aus Aluminium. Die Verwendung von leichteren Materialien, wie beispielsweise Aluminium, beim Aufbau von Airbag- Aufblasvorrichtungen für Automobile, schafft jedoch bestimmte Schwierigkeiten, da Techniken entwickelt werden müssen, um rasch die aus diesem Material gebildeten Komponenten in einer solchen Weise miteinander zu verbinden, daß die Bildung einer strukturellen Abdichtung dazwischen sichergestellt ist, auch dann, wenn der Generator während des Aufblaszyklus unter Druck gesetzt wird.
Wie zuvor erwähnt, gibt es im Stand der Technik verschiedene Vorrichtungen, die das Aufblasen eines schützenden Sackes vor dem Fahrer des Automobils oder dem Passagier hervorrufen, um den Aufprall mit einem Lenkrad, einem Armaturenbrett oder einer anderen Innenfläche des Fahrzeuges abzufedern. Gewöhnlich wird die Vorrichtung durch einen Schwerkraftschalter aufgrund eines primären Unfallaufpralles aktiviert. Dieser Schwerkraftschalter ruft seinerseits das rasche Aufblasen eines zusammengefallenen Sackes einer Aufblasvorrichtung in eine Schutzstellung vor dem Fahrer oder Passagier hervor.
Das Aufblasgas wird allgemein sowohl aus einer Druckluftquelle als auch einem anderen komprimierten Gas geliefert, wie beispielsweise in der US-A- 3,41 1,808 von Chute und der US-A-3,413,013 von Wissing et al. und einer Zahl von anderen Patenten auf dem Gebiet der Unfällvermeidung gezeigt. In verschiedenen anderen US-Patenten des Standes der Technik (beispielsweise 3,880,447 von Thorn et al.; 4,068,862 von Ishi et al.; 4,711,466 von Breed; und 4,547,675 und 4,722,551 von Adams et al.) wird der Sack durch die Zündung eines pyrotechnischen Treibladungsgemisches und das Richten der hierdurch erzeugten gasförmigen Verbrennungsprodukte direkt in den Sack erzeugt.
Die US-A-4,722,551 beschreibt eine Anordnung, die eine ringförmige Verbrennungskammer umfaßt, in der gleichförmig Gastabletten verteilt sind, die durch ein Abschirmpaket umgehen sind. Eine äußere ringförmige Filterkammer ist mit einem Deflektorring und einer äußeren Abschirmpackung versehen.
Die erste zuvor erläuterte Technik zum Aufblasen eines Airbags erfordert ein Reservoir von Gas, das mit einem sehr hohen Druck gespeichert ist und welches in den Sack abgegeben werden kann, sobald ein Aufprall erfaßt wird. Um ein ausreichendes Gasvolumen zum Aufblasen eines Rückhaltesackes für den Insassen eines Fahrzeuges zu erzielen, ist jedoch ein relativ großes Gasreservoir mit Drücken von 211 kg/cm² (3000 psi) oder mehr erforderlich. Um das Gasreservoir in dem sehr kurzen Zeitintervall zu öffnen, das für die Sicherstellung der Sicherheit der Insassen des Fahrzeuges erforderlich ist, sind explosive Anordnungen im Stand der Technik verwendet worden, um eine Membran aufzubrechen oder einen strukturellen Teil des Reservoirs aufzutrennen. Derartige explosive Anordnungen besitzen beträchtliche anhaftende Sicherheitsprobleme, wie beispielsweise die Erzeugung von Schrapnellen bei der Explosion sowie den relativ hohen Schallpegel, der innerhalb des Passagierabteils aufgrund der Explosion erreicht wird. Der psychologische Faktor von solchen Explosivstoffen in jedem Automobil kann ebenfalls nicht vernachlässigt werden.
Die Gasflaschentechnik (d.h. das Reservoir) zum Aufblasen eines Airbags zeigt ferner einen zusätzlichen Nachteil, bei dem der Gasdruck am Beginn der Sackentfaltung am höchsten ist und mit der Zeit abhimmt, wenn das Gas sich in dem Speicherreservoir erschöpft. Darüber hinaus ist der Druck/Zeitverlauf von solchen Aufblasvorrichtungen mit Gas unter Druck schwierig, wenn nicht gar unmöglich, mit vernünftigen Kosten und Zuverlässigkeit zu steuern. Ferner ist die Technik mit Gas unter Druck unerwünscht, da eine geringe Leckmenge dazu führen kann, daß alles Gas während der langen Zeitperiode verlorengeht, in der das Passagier-Rückhaltesystem in dem Automobil vor irgendeinem Unfall verbleibt.
Zusätzlich vermindert die adiabatische Kühlung des Gases, wenn es sich von dem Speicherzustand mit erhöhtem Druck auf nahezu Umgebungsdruck des aufblasbaren Sackes expandiert, das wirksame Volumen des für das Aufblasen des Sackes verfügbaren Gases. Dieser Kühleffekt erfordert somit, daß der Hersteller der Vorrichtung ein gesamtes Gasspeichervolumen vorgibt, das beträchtlich größer ist als in dem Fall, wo das Gas anfänglich mit einer erhöhten Temperatur gespeichert wird.
Die zweite zuvor erläuterte Technik verwendet einen pyrotechnischen Gasgenerator, der ein darin gespeichertes, rasch abbrennendes Treibmittelgemisch besitzt, um ein wesentliches Volumen an heißen Gasprodukten zu erzeugen, welche dann in den aufblasbaren Sack geleitet werden. Einige Gemische sind erhältlich, welche ein Verbrennungsgas mit hinreichend niedriger Temperatur erzeugen, so daß das Gas im wesentlichen direkt in den Sack geleitet werden kann, ohne daß Gefahr für die Insassen des Fahrzeugs besteht. Andere Systeme erzeugen ein Verbrennungsprodukt mit hoher Temperatur, welches Mittel für die Kühlung des Gases erfordert, bevor dieses in den Sack eingeführt wird.
Viele Formen von Gasgeneratoren oder Aufblasvorrichtungen sind im Stand der Technik bekannt, die brennbare, feste treibgaserzeugende Gemische für das Aufblasen eines Unfallschutzes, d.h. von Airbag-Rückhaltesystemen verwenden. Gemeinhin angetroffene Merkmale bei Generatoren, die für diesen Zweck verwendet werden, umfässen: (1) ein äußeres Metallgehäuse, (2) eine gaserzeugendes Gemisch innerhalb des Gehäuses, (3) Mittel zum Zünden des Gaserzeugers aufgrund eines Signales, das von einem Sensor empfangen wird, der an einer Stelle entfernt von der Aufblasvorrichtung positioniert ist, und (4) Mittel zum Filtern und zum Kühlen des Gases, die zwischen dem Treibladungsgemisch und mehreren Gas-Abgabeöffnungen angeordnet sind, die durch das Generatorgehäuse vorgegeben werden.
Ein solcher Gasgenerator umfäßt eine ringförmige Verbrennungskammer, welche durch ein geschweißtes äußeres Gehäuse bzw. eine Gehäusestruktur abgegrenzt ist. Die Verbrennungskammer umfaßt einen aufbrechbaren Behälter bzw. eine Kartusche, die hermetisch abgedichtet ist und welche einen Feststoff- Gaserzeuger in Tablettenform enthält, der durch eine ringförmige Filteranordnung umgeben ist. Die Vorrichtung umfaßt ferner eine zentrale Zünd- bzw. Auslösezone und eine ringförmige Filterkammer, die die Verbrennungskammer umgibt und verbindet. Ein Innengehäuse bzw. eine Gehäusestruktur ist in eng umrundender und abstützender Beziehung zu dem aufbrechbaren Behälter angeordnet, wobei das innere Gehäuse durch einen Zylinder gebildet wird, der in gleichförmigem Abstand angeordnete periphere Durchbrüche bzw. Öffnungen in der Nähe eines Endes aufweist. Diese Öffnungen bilden Austrittslöcher, um den Gasfluß aus der Verbrennungskammer zu erleichtern.
Alternativ sind Aufblasvorrichtungen aufgebaut, welche erste und zweite strukturelle Komponenten oder Hülsen und insbesondere eine erste Diffusorhülse und eine zweite Basishülse aufweisen. Beide Hülsen sind geschmiedet und wärmebehandelt und danach werden sie maschinell bearbeitet, um einen geeigneten Sitz zwischen sich zu erzielen. Die erste strukturelle Komponente, z.B. die Diffusorhülse, umfaßt drei integrale konzentrische Zylinder. Diese Zylinder bilden die inneren strukturellen Wände der Aufblasvorrichtung und sie definieren Kammern, die den festen Gaserzeuger, die Zündeinrichtung und die Filteranordnung enthalten. Die Zylinderwände definieren ferner Austrittsöffnungen oder Anschlüsse für den Durchtritt von Gasen zwischen benachbarten Kammern und anschließend aus der Aufblasvorrichtung in den schützenden Airbag.
Die zweite strukturelle Komponente, z.B. die Basishülse, ist mit einer Auslösevorrichtung versehen, z.B. mit einer elektrischen Zündladung, um die Haupt-Treibladung zu zünden. Ein Flansch ist um den Außenumfäng der Basishülse vorgesehen, um den Airbag damit zu befestigen. Die Basishülse umfaßt zusätzlich drei konzentrische aneinander angepaßte Oberflächen entsprechend den konzentrischen Zylindern der Diffusorhülse. Die drei konzentrischen Zylinder der Diffusorhülse sind somit auf die entsprechenden konzentrischen angepaßten Oberflächen angepaßt, die an der Basishülse durch ein Verfahren, wie beispielsweise Schwerkraftschweißen, angeordnet sind.
Wie zuvor erwähnt, werden normalerweise Gasfiltersysteme mit Generatoren des zuvor beschriebenen Typs verwendet, um das Gas zu kühlen und partikelförmige Produkte zu entfernen, die infolge der Verbrennung des pyrotechnischen Materials erzeugt werden.
Filter, die bei bekannten Gasgeneratoren des zuvor beschriebenen Typs enthalten sind, umfässen üblicherweise eine Reihe von Zonen oder Kammern, die Schichten aus Metallgittermaterial enthalten, welche eine Vielzahl von Gittergrößen und/oder eine oder mehrere Schichten aus inerten Fasern enthalten. Diese Filterkomponenten sind typischerweise von der zentralen Verbrennungskammer durch dicke Stützwände getrennt, welche bei diesem Typ von Generatoraufbau erforderlich sind, um den erhöhten Drücken standzuhalten, die während der Zündung und Verbrennung des Gaserzeugers erzeugt werden. Mehrere Öffnungen oder Anschlüsse sind in diesen Wänden vorgesehen, durch welche das Gas hindurchtreten muß, um die Filterzone zu erreichen. Darüber hinaus ist irgendeine Art von Stütz- bzw. Fußanordnung innerhalb der Filterzone normalerweise erforderlich, um die mehreren Abschirmungen, Kissen usw. in geeigneter Position und Ausrichtung zu halten.
Gaserzeuger müssen enormen thermischen und mechanischen Beanspruchungen für eine kurze Periode während des Gas-Erzeugungsprozesses standhalten. Aufblasvorrichtungen, die derzeit bei Automobil-Airbaganordnungen benutzt werden und benutzt worden sind, sind somit unter Verwendung von sehr dickem Stahl für das Gehäuse und die anderen strukturellen Gehäusekomponenten hergestellt worden, wobei diese Komponenten beispielsweise miteinander durch Gewindeschrauben, Rollbördelung oder Verschweißen miteinander verbunden worden sind. Insbesondere wird jede Gaserzeugungseinheit, die sich gegenwärtig in kommerzieller Herstellung befindet, beispielsweise durch die Verwendung irgendeiner Form von Schweißtechnik zusammengebaut und abgedichtet, wie beispielsweise Inertgasschweißen oder Elektronenstrahlschweißen.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache, leicht installierbare Filter-Anordnungskomponente für die Verwendung in einem leichten, nicht-geschweißten Aufblasteil einer passiven Sicherheitseinrichtung eines Automobils zu schaffen, die in der Lage ist, einen ausreichenden Betrag eines gasförmigen Verbrennungsproduktes zu erzeugen, um einen Automobil- Airbag in ungefähr 30-60 Millisekunden im wesentlichen aufzublasen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Filter-Anordnungskomponente vorzugeben, die einer doppelten Funktion innerhalb der Aufblasvorrichtung dient, indem sie nicht nur das gasförmige Verbrennungsprodukt filtert, das erzeugt wird, wenn das pyrotechnische gaserzeugende Material abgebrannt wird, sondern auch die äußere Begrenzung der Verbrennungskammer innerhalb des Gehäuses der Aufblasvorrichtung definiert.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Filter-Anordnungskomponente vorzugeben, die in der Lage ist, die durch die Aufblasvorrichtung erzeugten gasförmigen Verbrennungsprodukte auf eine Temperatur zu kühlen, die sich der Umgebungstemperatur annähert, bevor diese in einen Automobil-Airbag eintreten, der operativ der Aufblasvorrichtung zugeordnet ist, und die im wesentlichen alles partikelförmige Material daraus entfernt.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Filter- Montagekomponente vorzugeben zur Verwendung mit einer Aufblasvorrichtung für einen Airbag, die in der Lage ist, eine gasdichte Abdichtung gegen einen Innenteil des Aufblasgehäuses zu schaffen, in der sie installiert ist infolge der nach außen wirkenden Druckluftbeanspruchung, die innerhalb des Filters erzeugt wird, wenn die Aufblasvorrichtung gezündet wird.
Die Filter-Montagekomponente der vorliegenden Erfindung dient somit nicht nur der Filterung der gasförmigen Verbrennungsprodukte, die infolge der Zündung einer Treibladung innerhalb der Aufblasvorrichtung eines Automobil- Airbags erzeugt werden, sondern dient auch dazu, die Innenwand der Filtereinheit, z.B. die Seite in kreisförmiger Nachbarschaft der pyrotechnischen Treibladungskomposition innerhalb des Aufblasgehäuses, der Außenbegrenzung der Verbrennungskammer zu begrenzen.
Somit wird bei dem Aufbau einer leichten, nicht-geschweißten Aufblasvorrichtung des Typ, wie sie für die Verwendung mit der vorliegenden Filteranordnung beabsichtigt ist, die Filteranordnung einfach in ein offenes Ende eines haubenförmigen Diffusorgliedes abgesenkt, worauf das Treibmittel in die Verbrennungsausnehmung abgesenkt wird, die durch den ringförmigen Filterring gebildet wird. Eine Schließplatte wird dann auf das offene Ende des Diffusorgliedes angepaßt und die Einheit mechanisch abgedichtet, vorzugsweise durch Magnaformung der unteren Lippe des Diffusorgliedes über die Außenkante des Schließplattengliedes.
Im Gegensatz zu anderen handelsüblich erhältlichen Aufblasvorrichtungen, bei denen die Filterung der gasförmigen Verbrennungsprodukte in einem getrennten Abteil bzw. einer ringförmigen "Zone" auftritt, bildet die Filter- Anordnungseinheit der vorliegenden Erfindung tatsächlich einen Teil der Verbrennungskammer innerhalb der Aufblasvorrichtung, wie zuvor vermerkt, wodurch das Erfordernis nach zusätzlichen Gewicht hinzufügenden Unterteilungen oder strukturellen Wänden entfällt, die Öffnungen aufweisen, durch welche das Gas hindurchgedrückt werden muß, um die Filteranordnung zu erhalten.
Die Filter-Anordnungskomponente der vorliegenden Erfindung umfäßt zwei ringförmige Metallblechstanzteile, die so angepaßt sind, daß ein erster innerer Ring teilweise durch einen zweiten äußeren Ring überlappt ist. Das äußere Ringglied ist mit verschiedenen Laschenelementen versehen, die einen integralen Bestandteil bilden und sich davon nach außen erstrecken, um einen Justierabstand zwischen den zwei ringförmigen Komponenten zu erhalten. Um einen spiralförmigen Gasstromweg durch die verschiedenen Schichten der Filteranordnung zu erreichen, erstrecken sich eine Anzahl von geschlitzten Öffnungen durch die Filteranordnung. Dieser serpentinenförmige Gasweg wirkt sowohl, um das Gas auf eine Temperatur zu kühlen, die sich der Umgebungstemperatur annähert, als auch um im wesentlichen alle Partikel daraus zu entfernen. Diese Merkmale sind von besonderer Bedeutung, da in dem Fall, wo den heißen Gasen und/oder den geschmolzenen Partikeln das Auftreffen auf die Innenfläche des Airbags während seiner Entfaltung gestattet wird, der Sack durchbrennen kann, was als Folge zu einem katastrophalen Fehler des Sicherheitssystems führt, von dem er einen Teil bildet.
Eine Anzahl von überlappenden Filterschichten, die eine Reihe von Metallabschirmungen mit veränderlicher Gittergröße und eines oder mehrerer Kissen, die aus inerten Keramikfäsern gebildet werden, umfassen, sind kreisförmig überlappend angeordnet, wobei sich eine auf der anderen befindet zwischen den ersten und zweiten ringförmigen Gliedern, welche den Rahmen des Filters bilden. Betrachtet man somit den Filter von dem ersten inneren Rahmenglied (d.h. in Nachbarschaft zur Verbrennungsausnehmung) und wandert man in der Richtung, die die gasförmigen Verbrennungsprodukte nehmen, d.h. zu dem zweiten äußeren Rahmenglied, so führt das Gas über das innere Ringglied durch eine Doppelschicht eines Schlackenfilters, das ein grobes Abschirmmaterial, beispielsweise mit der Gittergröße 14 umfäßt, um einen Flanschteil des Filterrahmens herum durch eine zweite Doppelschicht einer "Schlackenabschirmung" zwischen zwei entsprechenden Flanschteilen des ersten und zweiten ringförmigen Filtergliedes durch eine feine Abschirmung (100 Mikron) dann durch ein Kissen, das aus inerten Keramikfasern gebildet wird, durch eine zweite Abschirmung mit 100 Mikron und danach durch eine Doppelschicht einer Abschirmung mit einer Maschengröße von 28, der in Nachbarschaft der Innenwand des Aufblasgehäuses liegt, und prallt gegen mehrere Aufblasöffnungen, die gleichmäßig entlang der Kreisumfangsfläche des Diffusors angeordnet sind, durch welche das Gas aus der Aufblasvorrichtung austritt. Die Filter-Montageeinheit wird zusammengehalten, indem die äußere Schicht mit der Maschengröße 28 mit den sie umgebenden ringförmigen Rahmengliedern am Außenumfang der Einheit verschweißt wird.
Ein weiteres wesentliches Merkmal der vorliegenden Filterkomponente liegt darin, daß die Metallblechstanzteile, welche die inneren und äußeren ringförmigen Rahmenglieder der Anordnung bilden, so ausgebildet sind, daß sie sich nach außen entlang ihrer oberen und unteren Kreisumfangsflächen in einem Winkel von 1 1/2º (an jeder Oberfläche) erstrecken, der größer als der interne Kontaktwinkel zwischen dem Diffiisor und dem entsprechenden Schließplattenglied ist, welche das Aufblasgehäuse bilden, so daß ein kreisförmiger Linienkontakt mit dem Aufblasgehäuse insgesamt um die Filtereinheit geschaffen wird. Dies schafft einen Keileffekt zwischen der Filter- Montageeinheit und dem benachbarten Aufblasgehäuse.
Wenn daher die Filtereinheit einer nach außen gerichteten Druckluftbeanspruchung unterworfen wird, die während der Verbrennung eines pyrotechnischen Gemisches innerhalb des Verbrennungshohlraumes erzeugt wird, so wird der Filter nach außen gedrückt, so daß er sich mit dem Diffusor und dem Schließplattenglied verkeilt. Dies bildet seinerseits eine gasdichte Abdichtung zwischen der Filteranordnung und der Innenwand des Aufblasgehäuses, wodurch sichergestellt ist, daß das Gas durch den Filter geleitet wird, bevor es die Aufblasvorrichtung verläßt. Somit besteht keine Einrichtung, durch die das Gas den Filter umgehen und direkt die Aufblasvorrichtung aus der Verbrennungskammer verlassen kann. Die Filteranordnung wirkt daher als eine selbstdichtende Einheit, wenn sie als eine Komponente der Gas-Aufblaseinheit verwendet wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Gaserzeugungseinrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;
Fig. 2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in Fig. 1;
Fig. 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 in Fig. 1;
Fig. 4 ist eine Bodenansicht der Vorrichtung des Amnelders;
Fig. 5 ist eine Explosivdarstellung eines Rahmenteils einer Filteranordnung zur Verwendung mit der Aufblasvorrichtung von Fig. 1;
Fig. 6 ist eine Draufsicht auf die vorliegende Filteranordnung;
Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht der Filteranordnung von Fig. 6; und
Fig. 8 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 8-8 in Fig. 7.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Unter anfänglicher Bezugnahme auf Fig. 1 ist dort die Airbag- Aufblasvorrichtung 10 des Anmelders dargestellt. Die Aufblasvorrichtung 10 umfäßt sechs Hauptkomponenten, die für eine einfache Robotermontage entworfen und angepaßt sind. Diese Komponenten umfassen: (a) ein haubenförmiges Diffusorglied, welches an einem Ende offen ist; (b) ein Schließglied zum Abdichten des offenen Endes des Diffusors und somit zur Bildung des Aufblasgehäuses; (c) eine abgemessene Menge eines pyrotechnischen Treibladungsgemisches, die innerhalb des Gehäuses angeordnet ist; (d) eine innerhalb des Gehäuses angeordnete Filteranordnung außerhalb und in Nachbarschaft zur Treibladung für das Kühlen und das Filtern der gasförmigen Produkte, die bei der Verbrennung der Treibladung erzeugt werden; (e) eine Zündvorrichtung zum Zünden der Verbrennung der Treibladung, und (f) ein ringförmiges Glied in kreisförmiger Nachbarschaft zu einem Teil des Diffüsors, welches das Schließglied überlappt, um die Bildung einer hermetischen Abdichtung zwischen diesen Komponenten während deren Zusammenbau zu unterstützen. Die Funktion eines jeden Segmentes (a-f) der Aufblasvorrichtung 10 ist unten in Einzelheiten beschrieben.
Wie in Fig. 1 gezeigt, wird das Gehäuse der Aufblasvorrichtung 10 in Form eines haubenförmigen Druckgefäßes hergestellt, da dieser Entwurf wohlbekannt ist, um die optimale Form für die Aufnahme einer Atmosphäre unter Druck zu schaffen, wie dies der Fall ist, wenn die Treibladung innerhalb der Aufblasvorrichtung 10 gezündet wird. Darüber hinaus gestattet die haubenförmige Form die Verwendung einer Aufblasvorrichtung mit einem geringeren Durchmesser als die bislang für möglich angesehen wurde, ohne ein gleichzeitiges Erfordernis zur Verdickung der inneren Stützwände der Vorrichtung, wodurch ebenfalls eine Vorrichtung geschaffen wird mit einem geringeren Gewicht als jene, die derzeit verfügbar sind.
Insbesondere veranschaulicht Fig. 1 den Diffusor 12, der einen ersten (oberen) Teil des Aufblasgehäuses bildet. Der Diffusor 12 ist an einem Ende durch einen haubenförmigen Dachabschnitt geschlossen, wie dies zuvor erläutert wurde. Die Umfangswände dieser Komponente definieren ferner mehrere Diffusoröffnungen 14. Die Öffnungen 14 sind somit in gleichem Abstand entlang der Wandteile angeordnet, die die periphere Umlangsbegrenzung des Diffusors 12 definieren. Jede der Diffusoröffnungen 14 steht durch die Diffusorwand mit der Verbrennungskammer in Verbindung, die innerhalb des Aufblasgehäuses angeordnet ist, wobei eine arliegende ringförmige Filteranordnung (weiter unten erläutert) dazwischen angeordnet ist.
Ein Vorteil der vorliegenden Aufblaskonfiguration gegenüber bestehenden Aufblasvorrichtungen liegt in ihrer Einfachheit des Aufbaus und ihrem leichten Zusammenbau. Die Filteranordnung wird einfach an Ort und Stelle innerhalb des Diffusors 12 abgesenkt, wonach die Treibladung in die Filterausnehmung abgesenkt wird, und woraufhin das Schließglied (nicht dargestellt) abgesenkt wird und an den Diffusor 12 durch Bildung der Diffusorlippe (siehe beispielsweise Fig. 3) unter Verwendung einer bekannten Technik, wie beispielsweise durch Magnaformung angepaßt wird, was weiter unten in Einzelheiten beschrieben ist.
Das Zusammenbauverfahren des Diffusors/Schließgliedes wird im Stand der Technik durch Verschweißen dieser zwei Komponenten miteinander durchgeführt, wie dies zuvor erläutert wurde. Diese Praxis erfordert jedoch die Verwendung von dicken (d.h. schweren) Wänden oder Stützgliedern im Innern des Generatorgehäuses, welche bei der vorliegenden Vorrichtung nicht erforderlich sind; ebenso erfordert sie eine kostspielige, zeitaufwendige Inspektion von jeder Schweißung. Dieser Schweiß-Inspektionsschritt erfordert eine teure Röntgenstrahlen-Inspiziervorrichtung und eine ausgebildete Bedienungsperson zur Ausführung dieser Inspektionen. Der durch den Anmelder bevorzugte Prozeß für die Abdichtung des vorliegenden Aufblasgehäuses 10 verwendet ein Verfahren, das als Magnaformung bekannt ist und wie es in der US-A-2,976,907 auf Harvey at al. (das "'907-Patent") beschrieben ist, dessen Offenbarung hier ausdrücklich durch Bezugnahme eingeschlossen wird.
Der Anmelder hat ferner festgestellt, daß die besten Resultate mit der vorliegenden Magnaformung-Technik erzielt werden, wenn die Härte des Metalls, aus dem die Komponenten der Aufblasvorrichtung 10 gebildet werden, so hoch wie möglich ist, ohne so zu sein, daß das Metall während des Magnaformungs-Prozesses aufgrund übertriebener Brüchigkeit bricht. Dies stellt sicher, daß die Aufblasvorrichtung 10 aus leichtgewichtigen Materialien (wie beispielsweise Aluminium) aufgebaut werden kann, während noch ein hinreichendes Maß an struktureller Festigkeit verbleibt, um den Kräften zu widerstehen, die innerhalb der Einheit während der Verbrennung dem Treibladung erzeugt werden.
Durch die Verwendung eines Magnaformungs-Prozesses, wie er in dem '907- Patent beschrieben ist, wird ein variables magnetisches Feld in Nachbarschaft des Werkstückes, d.h. in dem Bereich geschaffen, wo sich der Diffusor 12 und das Schließglied (nicht dargestellt) überlappen. Nachfolgend werden ein oder mehrere Kraftimpulse, die durch das magnetische Feld errichtet werden, gegen die untere Lippe des Diffusors 12 gerichtet, welche unter einer ersten nach außen divergierenden Position ausgerichtet ist, d.h. von den Umfangskanten des Schließgliedes weg. Die Wirkung dieser Kraftimpulse liegt darin, die Diffusorlippe sanft nach innen über die Kante des Schließgliedes in eine zweite Position unter einem Winkel von im wesentlichen 1800 mit dem Rest der Umfängswand des Diffusors 12 zu zwingen, ohne das Erfordernis des physikalischen Kontakts der Diffusorlippe mit irgendeiner mechanischen Vorrichtung. Dieses Verfahren schafft eine hermetische Kompressionsabdichtung zwischen dem Diffüsor 12 und dem darunterliegenden Schließglied. Somit sind keine Schweißungen erforderlich, um die Aufblasvorrichtung 10 zusammenzubauen, da der Prozeß der Magnaformung sowohl schneller als auch zuverlässiger als das zuvor ausgeübte Schweißverfahren ist.
In der speziellen durch den Anmelder bevorzugten Technik der Magnaformung wird der Treibring 16 verwendet, um die Wirkung der Kraftimpulse bei der Abdichtung der zwei Aufblaskomponenten zu verbessern. Der Ring 16 ist vorzugsweise aus dem gleichen Material gebildet, der benutzt wird, um das Aufblasgehäuse herzustellen, d.h. aus Aluminium, obgleich andere feste, aber leichtgewichtige Materialien das Aluminium ersetzen können, welches für die Bildung der Aufblasvorrichtung 10 verwendet wird, so z.B. rostfreier Stahl 301 oder Titan. Der Treibring 16 wird anfänglich über das haubenförmige Ende der Aufblasvorrichtung 10 gestreift und es wird ihm ein Gleiten nach unten bis zu dem offenen Ende an den Punkt gestattet, wo die weite untere Lippe des Diffüsors 12 jegliche weitere Abwärtsbewegung verhindert.
Da das durch die Vorrichtung zur Magnaformung (nicht dargestellt) erzeugte magnetische Feld diese Komponenten umgibt, wird der Treibring 16 nach innen gezogen und veranlaßt die Metallippe des Diffusors 12 zum Fließen und zur Abdichtung gegen die Umfängskarte des Schließgliedes in dem Bereich, wo sich ihre Oberflächen überlappen. Somit dient die Verwendung des Treibringes 16 bei dem Prozeß der Magnaformung, wie er benutzt wird, um das Aufblasgehäuse zu bilden, der Verbesserung und dem Richten der Wirkung der Energieimpulse und ruft eine Verstärkung der zwischen den zwei Metallstucken gebildeten Verbindung, d.h. zwischen dem Diffusor 12 und dem Schließglied hervor. Der Ring 16 dient der Mittelung des Energiebetrages, der zu irgendeiner Stelle gerichtet wird, und gestattet somit eine festere Abdichtung, die weniger Energie zur Erzeugung erfordert.
Somit liegt, wie zuvor erwahnt, der Vorteil der Verwendung des Prozesses der Magnaformung durch den Anmelder bei der Abdichtung der Komponenten des Aufblasgehäuses 10 in der Geschwindigkeit, mit der diese Anordnung nunmehr vervollständigt werden kann, d.h. in Sekunden statt in Minuten, im Gegensatz zu der mühsamen und aufwendigen Schweißtechnik, auf die sich der Stand der Technik verläßt. Wie in dem '907-Patent offenbart, ist diese Technik der Magnaformung jedoch im Stand der Technik wohlbekannt und wird durch den Anmelder nicht als durch ihn entwickelt beansprucht.
Ein Schweiß-Inspektionsschritt, wie er für alle Gas-Aufblasvorrichtungen erforderlich ist, die gegenwärtig hergestellt werden und die eine teure und schwierig zu bedienende Ausrüstung erfordern, wird nunmehr durch des Anmelders Verwendung der Magnaformung-Technik, wie hier offenbart, vermieden, da die Wirksamkeit der Magnaformungs-Operation des Anmelders sehr viel leichter ohne Röntgendurchstrahlung der Aufblasvorrichtung 10 festgestellt werden kann, indem einfach die Abmessungen der vollständigen Einheit berechnet werden, um festzustellen, ob sie in vorbestimmte Bereiche fallen.
Zusätzlich besteht bei der Verwendung des vorliegend beschriebenen Montageprozesses für die Bildung der Aufblasvorrichtung 10 nicht länger irgendeine Notwendigkeit zur Verwendung einer Abstützmethode für die Abdichtung der Aufblasvorrichtung, wie beispielsweise durch Bördelung oder Vernieten des Diffusors und des Schließgliedes, d.h. Verfahren, auf die man sich in der Vergangenheit gestützt hat. Dies bildet eine weitere Ersparnis sowohl an Zeit und Energie als auch in den Kosten der Teile. Darüber hinaus gestattet die Anwendung des vorliegend beschriebenen Prozesses die Verwendung von billigen Schmiede-Metallteilen anstelle von teureren, bearbeiteten Komponenten sowohl für den Diffusor 12 als auch für das Schließglied.
Wendet man sich nunmehr zur Fig. 2, so ist dort eine Querschnittsansicht dargestellt, die durch die Diffusoröffnungen 14 genommen wurde und die verschiedenen Schichten zeigt, welche die Filteranordnung 20 aufweist. Diese Schichten umfässen beginnend von der Seite in Nachbarschaft des Treibladungsabteils einen ersten Rahmengliedteil 22, zwei Schichten eines groben Schlackenschirmmaterials 24, vorzugsweise ein Schirm mit Maschengröße 14 (d.h. 1400 Mikron); einen zweiten Rahmengliedteil 26; zwei zusätzliche Schichten aus Schlackenschirmmaterial 28; einen dritten Rahmengliedteil 30; eine Schicht aus einem feinen Abschirmmaterial 31 mit einer Maschengröße von 100 Mikron; eine Schicht aus einem inerten Keramik- Faserkissen 32, wie beispielsweise Fiberfrax (d.h. eine Mischung aus Aluminiumoxid und Siliciumoxid, das durch die Firma Sohio Carborundum, Inc. in Niagara Falls, NY, einer Abteilung der Standard Oil Corp. verkauft wird); eine zweite Schicht aus Abschirmmaterial 34 mit einer Maschengröße von 100 Mikron und schließlich eine Doppelschlcht 36 aus einem sehr feinmaschigen Gittermaterial, d.h. mit einer Maschengröße 28, welche an der Innenoberfläche der Diffusoröffnung 14 anliegt. Laschen 38 (von denen eine gestrichelt dargestellt ist), welche vorzugsweise vier an der Zahl sind, dienen der Beibehaltung der erforderlichen Trennung zwischen den Filter-Rahmengliedern (siehe z.B. Fig. 8).
Innerhalb des Innenteils des Generators in Nachbarschaft zur Filteranordnung 20 befindet sich die Treibladungsausnehmung, welche einen abgemessenen Betrag einer pyrotechnischen gaserzeugenden Gemisches 40 enthält.
Die Filteranordnung 20 ist vorgesehen, um das Gas zu kühlen, das durch die Verbrennung der Treibladung 40 in der Treibladungsausnehmung gebildet wird, wenn es einen Spiralweg durch die veschiedenen Schichten aus Abschirnnnaterial und keramischen Fasern wandert und um den Durchtritt von partikelförmigen Reaktionsprodukten zu verhindern, die während der Verbrennung der pyrotechnischen Komposition 40 gebildet werden. Die Gittergrößen der Abschirmschichten werden somit zünehmend kleiner, wie in Fig. 2 veranschaulicht, wenn das Gas den Filter 20 an der Treibladungsausnehmung zu den Diffusoröffnungen 14 durchquert. Dies dient dazu, sicherzustellen, daß heiße, partikelförmige Materialien die Aufblasvorrichtung 10 während der Gaserzeugungsstufe nicht verlassen und auf die Innenobertläche des Sackes (nicht dargestellt) auftreffen und somit die Wirksamkeit der passiven Rückhaltevorrichtung beeinträchtigen und eine Gelegenheit für die Verletzung des Fahrers und/oder Passagiers des Fahrzeuges schaffen.
Fig. 3 veranschaulicht eine Querschnittansicht durch die Aufblasvorrichtung 10, die bestimmte Merkmale der in Fig. 2 nicht sichtbaren Einheit veranschaulicht. Das heißt, die vorliegende Zeichnungsfigur veranschaulicht Merkmale, wie beispielsweise die Einrichtung, durch die die Verbrennung des pyrotechnischen gaserzeugenden Gemisches 40 ausgelöst wird. Die Verbrennung beginnt durch die Verwendung einer vorzugsweise elektrisch aktivierten Auslöse-Zündladung 42, welche eine kleine Ladung eines elektrisch zündbaren Verbrennungsmaterials enthält, die über Leitungen 44 an wenigstens einer entfernt angeordneten Sensorvorrichtung (nicht dargestellt) eines im Stand der Technik bekannten Typs angeschlossen ist. Solche Sensorvorrichtungen können beispielsweise in der vorderen Stoßstange und/oder den seitlichen Kotflügeln des Automobils angeordnet sein. In die Aufblasvorrichtung 10 kann die Zündladung 42 beispielsweise durch eine Öffnung eingeschraubt sein, die in dem Schließglied 18 angeordnet ist oder, wie im vorliegenden Fall, kann sie eingegossen, d.h. eingeleimt sein durch die Verwendung eines Epoxids 50 zwischen zwei Schultern 52, die durch das Schließglied 18 gebildet werden. Die Leitungen 44 erstrecken sich von der Aufblasvorrichtung 10 nach außen zur Verbindung mit der entfernt angeordneten Sensorvorrichtung.
Ein oberer Teil der Zündladung 42 stößt gegen ein Verstärkerpaket 46, das eine Menge eines gaserzeugenden Materials, wie beispielsweise eine Mischung aus Bor-Kaliumnitrat, d.h. BKNO&sub3; 48 enthält, welches vorzugsweise in pulverisierter Form verwendet wird, um die maximal verfügbare Verbrennungsoberfläche für das schnellstmögliche Ansprechen vorzugeben.
Andere rasch brennbare Materialien, die dem Fachmann bekannt sind, können ebenfalls für den gleichen Zweck verwendet werden, aber der Anmelder hat fortdauernd günstige Ergebnisse bei der Verwendung von BKNO&sub3; erhalten. Im Betrieb heizt die sich ergebende elektrische Entladung bei einem Signal von einem entfernten Sensor (nicht dargestellt) einen Drahtstreifen (nicht dargestellt) innerhalb der Zündleitung 42 auf, welcher die Treibladung innerhalb des Körpers der Zündladung zündet. Ein Strom heißer Gase, der durch diese Verbrennung erzeugt wird, wird sodann (aufgrund der Ausrichtung der Zündladung 42) in das Verstärkerpaket 46 gerichtet, worauf die pulverisierte Mischung 48 aus BKNO&sub3; zu brennen beginnt.
Während BKNO&sub3; sehr erfolgreich bei der Zündung der Haupt-Treibladung 40 ist, leidet es an einem ernsthaften Nachteil, da die Selbstentzündungstemperatur dieses Materials extrem hoch ist, d.h. bei ungefähr 315-371ºC (600-700ºF). Da die für die HauptTreibladung der Aufblasvorrichtung 10 gewählten Kompositionen bei noch höheren Temperaturen in den Fällen zünden, die normalerweise beispielsweise bei einem Autobrand angetroffen werden, würde sich das BKNO&sub3; innerhalb der Einheit auf einer Temperatur oberhalb von 315ºC (600ºF) befinden, bevor eine Zündung stattfinden würde.
In einer solchen Situation würde das Generatorgehäuse noch höheren Temperaturen unterliegen, d.h. im Bereich von 427-482ºC (800-900ºF) und die Haupt-Treibladung würde sich ebenfalls auf einer hohen Temperatur befinden, vielleicht auf 204-260ºC (400-500ºF). Unter diesen Bedingungen und unter den Gesetzen der Temperatur und des Druckes, wie sie dem Fachmann in der Treibladungstechnik wohlbekannt sind, würde die Treibladung sehr rasch verbrennen und somit eine Situation schaffen, in der eine explosive Zerlegung des geschwächten Generatorgehäuses möglich wird.
Es ist daher bevorzugt ein Selbstzündungsmaterial mit dem BKNO&sub3; innerhalb des Verstärkerpaketes 44 einzuschließen. Dieses Material ist in der Lage, sich bei einer niedrigeren Temperatur als BKNO&sub3; zu entzünden. Seine Verwendung resultiert in einer Zündung der Haupt-Treibladung 40, während sich diese Ladung auf einer sehr viel niedrigeren Temperatur als die zuvor beschriebene befindet. Somit brennt die Haupt-Treibladung 40 mit einer sehr viel geringeren Geschwindigkeit und erzeugt Gas mit einem beträchtlich niedrigeren Druck.
Dieses zusätzliche "Selbstzündungs"-Material ist vorzugsweise eine stabilisierte Nitrozellulose-Komposition, wie beispielsweise IMR 4895, welche sich bei weniger als ungefähr 204ºC (400ºF) selbst entzündet. Das bevorzugte Material wird durch die Firma DuPont Corporation hergestellt, aber irgendein anderes brennbares Material, das in der Lage ist, sich in dieser Weise zu verhalten, wäre für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung akzeptabel.
Der Endeffekt der Kombination eines solchen Selbstentzündungsmaterials mit beispielsweise der BKNO&sub3;-Verstärkerkomposition, um diese Mischung als integralen Teil der Zündkette des Anmelders zu erhalten, liegt darin, eine Schwächung des Generatorgehäuses zu verhindern und somit die Gefahr eines explosiven Überdruckes zu vermindern, oder insgesamt zu entfernen. Dies beseitigt eine mögliche Gefahr für Passagiere und/oder Umstehende im Fall eines Autobrandes.
Die rasche Erzeugung heißer Gase, die durch die Verbrennung der BKNO&sub3;- Selbstzündungs-Kompositionsmischung erzeugt wird, bewirkt einen Aufprall auf die Wände des Verstärkerpaketes 46 und trifft auf die Haupt- Treibladungskomposition 40 auf, die vorzugsweise eine Mischung aus Natriumazid und wenigstens einem stöchiometrischen Betrag eines Metalloxids, wie beispielsweise Kupferoxid, umfaßt. Eine Vielzahl von Gemischen, die dem gewöhnlichen Fachmann wohlbekannt sind, können als Haupt-Treibladung 40 der hier beschriebenen Aufblasvorrichtung 10 verwendet werden.
Der Anmelder bevorzugt zur Verwendung in dem hier beschriebenen Generator die verschiedenen Gemische, die in der US-A-3,895,098 von John F. Pietz beschrieben sind, welche am 15. Juli 1975 ausgegeben und am 26. Januar 1988 neu ausgegeben wurde, und mit MESSER AND COMPOSITION FOR GENERATING NITROGEN GAS betitelt ist. Die Offenbarung desselben ist daher durch Bezugnahme eingeschlossen. Unter den Treibladungsgemischen, die in dem vorliegenden Patent offenbart sind, befindet sich jene, die eine Mischung aus Natriumacid mit einem stöchiometrischen Betrag an Kupferoxid aufweist, welche - wie zuvor erwähnt - bevorzugt wird.
Alternativ können Gemische mit Nickel- und Eisenoxid als Ersatz verwendet werden, aber diese Gaserzeuger erfordern, obgleich sie in der Lage sind, einen geringfügig höheren effektiven Gasausstoß gegenüber der zuvor beschriebenen CuO/NaN&sub3;-Mischung zu zeigen, den Zusatz eines Ammoniumperchlorat-Verstärkers für die Verbrennungsgeschwindigkeit, um ihr volles Potential zu erreichen (wie in dem US-Patent No. 4,604,151 offenbart, das am 8. Mai 1986 auf Knowlton und Pietz ausgegeben wurde und das durch Bezugnahme eingeschlossen ist und mit METHOD AND COMPOSITION FOR GENERATING NITROGEN INCLUDING AMMONIUM PERCHLORATE CATALYST betitelt ist). Da, wie zuvor erläutert, eine große Anzahl von unterschiedlichen pyrotechnischen Gemischen innerhalb der Aufblasvorrichtung 10 betrieben werden können, sollte die vorliegende Erfindung nicht alleine auf die zuvor offenbarten Gemische beschränkt werden.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Haupt-Treibladungsmischung 40 in kleinen Tabletten gebildet, ungefähr in der Größe von Aspirin-Tabletten. Ein geeigneter Betrag dieser Tabletten, der berechnet ist, um einen ausreichenden Betrag an gasförmigem Verbrennungsprodukt für das Aufblasen eines zugeordneten Airbags innerhalb von 30-60 Millisekunden zu erzeugen, ist entweder innerhalb eines abgedichteten Plastiksackes angeordnet, der durch die Verwendung entweder einer Wärme-Versiegelungseinrichtung oder durch ein klebendes Material geschlossen ist oder er ist in einem Folienpaket angeordnet, das in der gleichen Weise geschlossen und abgedichtet ist und wird dem Diffusor 12 innerhalb der Treibladungsausnehmung angeordnet, die durch die Filteranordnung 20 definiert wird.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Treibladungskomposition in ein einzelnes poröses Korn gegossen oder gespritzt werden, welches an die Größe und Form der Treibladungsausnehmung angepaßt ist. Ein wichtiger Gesichtspunkt bei der Verwendung eines solchen Kornes besteht jedoch darin, sicherzustellen, daß es in hinreichendem Maße porös ist, so daß eine ausreichende Brennoberfläche vorgegeben wird, die der Flammenfront das Fortschreiten durch das Korn mit ausreichender Geschwindigkeit gestattet, um innerhalb einer Periode von 30-60 Millisekunden ein gewünschtes Gasvolumen vorzugeben, das ausreichend ist, den Airbag aufzublasen.
Der Plastik- oder Folienbehälter, der verwendet wird, um die Treibladungsmischung zu halten, erleichtert den Zusammenbau der Einheit durch die Vorgabe einer passenden im voraus abgewogenen Packung, die für den einfachen Robotereinsatz in das Diffusorgehäuse geeignet ist. Die dünne äußere Packung bildet keine Behinderung bei der raschen Expansion der Gase, die bei der Verbrennung der Treibladung erzeugt werden, d.h. sie wird einfach durch das Gas aufgeblasen.
Wenn das Gas aufgrund der Verbrennung der Treibladung 40 erzeugt wird, so wandert es in einer Spiralstrecke durch die Filteranordnung 20, wobei es abgekühlt wird und wobei im wesentlichen alle geschmolzenen Partikel entfernt werden, bevor es durch die Diffusoröffnungen 14 austritt und in den Airbag (nicht dargestellt) eintritt. Infolge des Verlaufs dieses spiralförmigen Gasweges ergibt sich somit keine Notwendigkeit, das Gas vorzufiltern vor seinem Durchgang durch die Filteranordnung, wie dies meist bei den Aufblasvorrichtungen im Stand der Technik geschehen muß.
Es kann ebenfalls aus Fig. 3 entnommen werden, daß die ringförmige Filteranordnung 20 so positioniert ist, daß sie zwischen dem Diffusor 12 und dem Schließglied 18 bei der Bildung des Aufblasgehäuses eingeklemmt wird.
Hierbei ist zu sagen, daß die Filteranordnung 20 an ihren oberen und unteren Oberflächen entsprechend so ausgestaltet ist, daß sie sich nach außen unter einem Winkel von ungefähr 11/20 größer als der interne Kontaktwinkel des Diffusors 12 und des Schließgliedes 18 erstreckt. Dies schafft einen kreisförmigen Linienkontakt zwischen der Filteranordnung 20 mit dem Diffusor 12 (entlang seiner oberen Oberfläche) und mit dem Schließglied 18 (an seiner unteren Oberfläche) um den gesamten Umfang des Filters 20. Eine dichte Abdichtung wird somit geschaffen, welche das durch die Verbrennung der pyrotechnischen Mischung 40 erzeugte Gas daran hindert, sich in irgendeiner anderen Richtung als durch den Filter 20 zu bewegen. Wenn somit die Aufblasvorrichtung 10 einen internen Druck sensiert, der durch die Verbrennung der Treibladungskomposition 40 geschaffen wird, so wird die Filteranordnung 20 nach außen gezwungen aufgrund der durch die Verbrennung erzeugten Druckluftbeanspruchung und ferner in den verkeilten Teil der Aufblasvorrichtung 10, um somit die Abdichtung entlang der Kanten der Filteranordnung 20 zu verbessern.
Darüber hinaus kann im Interesse des Erzielens der dichtest möglichen Abdichtung zwischen dem Diffusor 12 und dem Schließglied 18 ein nachgiebiger O-Ring, der vorzugsweise aus Gummi hergestellt ist (nicht dargestellt), zwischen der unteren Lippe des Diffusors 12 und der Außenkante des Schließgliedes 18 während des Prozesses der Magnaformung, d.h. in dem Raum 54, angeordnet werden. Während die Abdichtung, die durch das Vorhandensein des O-Ringes vorgegeben wird, nicht erforderlich ist, um die Unversehrtheit der Aufblasvorrichtung 10 während der Zusammenbaustufe vorzugeben, kann man sich auf ihn verlassen, um als zusätzliche Versicherung bei der Verbesserung der Abdichtung zwischen dem Diffüsor 12 und dem Schließglied 18 zu dienen.
Fig. 4 ist eine Boden-Draufsicht auf die Aufblasvorrichtung 10, die die umlaufende Beziehung zwischen dem Treibring 16 veranschaulicht, der die Lippe des Diffusors 12 überlappt und der über der Umfangskante des Schließgliedes 18 gebildet ist. Wie zuvor erwähnt, erstrecken sich Leitungen 44 von der Zündleitung 42 nach außen durch die Öffnung 54, die durch das Schließglied 18 definiert wird und stehen in Verbindung mit einer entfernten Abprall-Sensorvorrichtung (nicht dargestellt), die irgendwo an dem Fahrzeug angeordnet ist.
Fig. 5 veranschaulicht die Glieder 56, 58, die miteinander verriegelt sind, um einen Rahmen für die Filteranordnung 20 zu bilden. Die Glieder 56, 58 sind vorzugsweise aus Metallblech-Stanzlängen (z.B. Aluminium) hergestellt, um das Gewicht der Anordnung zu reduzieren. Laschen 38 wirken als Abstandshalter und halten ein Maß der Trennung zwischen den Ranmengliedern 56, 58 aufrecht, das ausreichend ist, um die Anordnung der Abschlrrnungen und der inerten Faserkissen dazwischen zu gestatten, die in bezug auf Fig. 2 beschrieben wurden und die dazu dienen, die Partikel aus dem gasförmigen Verbrennungsprodukt herauszufiltern und einige Hitze zu absorbieren, so daß das Gas auf eine Temperatur gekühlt wird, die sich der Umgebungstemperatur annähert. Dies verhindert das Auftreffen der heißen Gase und der geschmolzenen Partikel direkt gegen die innere Oberfläche des Sackes, was wahrscheinlich zu einem Ausfall des Sackes während des Aufblaszyklus führen würde.
Fig. 6 ist eine Ansicht von oben der Filteranordnung 20, wie sie innerhalb des Gehäuses der Aufblasvorrichtung 10 ausgerichtet ist, wenn sie auf der Lenkradsäule eines Automobils montiert ist. Diese Darstellung zeigt die Erscheinungsform der Filteranordnung 20, wenn die Rahmenglieder 56, 58 miteinander eingeschnappt sind und die Filterschichten aus dem Schlackenschirm, der feinen Abschirmung und der inerten keramischen Faser darumgewickelt sind. Die Anordnung wird vorzugsweise zusammengehalten, indem das äußerste Maschengitter mit beiden Rahmengliedern 56, 58 verschweißt wird, d.h. an dem Außenumfäng des Rahmens, wobei aber alternative Verfahren verwendet werden können, wie beispielsweise Befestigungsmittel oder Kleber.
Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht der Filteranordnung 20, welche ferner die ringförmige Anordnung dieser Gemische veranschaulicht. Die äußerste Schicht des Gittermaterials 36, welche einen feinen Gitterschirm mit Maschengröße 28 umlaßt und der gegen die Innenseite der Diffusoröffnungen 14 anstößt, wenn die Filteranordnung innerhalb der Aufblasvorrichtung 10 positioniert ist, ist klar ersichtlich. Die verbleibenden Schichten von Gittern und Faserkissen liegen direkt unterhalb der Schicht 36 in einer ringröhrenförmigen Anordnung. Das bevorzugte Verfahren der Abdichtung der Anordnung 20 miteinander, d.h. durch Schweißen, ist ebenfalls klar ersichtlich. Die Schweißung verläuft vollständig um sowohl die oberen und unteren Kanten der Filteranordnung 20, um eine sichere Abdichtung zwischen den Komponenten sicherzustellen und eine Demontage aufgrund der enormen Drücke zu verhindern, die während der Zündung des Treibladungsgemisches 40 ausgeübt werden.
Fig. 8 zeigt eine seitliche Querschnittsansicht durch die Filteranordnung 20 und veranschaulicht mehr die Filteranordnungen in der Weise, wie sie in dem Längsschmtt gemäß Fig. 2 dargestellt sind. Betrachtet man die Anordnung von dem (inneren) Rahmenglied 56 zu dem äußeren Glied 58, so wandert das durch die Verbrennung der Treibleitung 40 erzeugte Gas über die Oberseite des Gliedes 56 und nach unten durch den Schlackenschirm 24, um das Rahmenglied 58, durch den Schlackenschirm 28 und danach durch: (a) den Schirm 31 mit 100 Mikron Maschengröße; (b) das Fiberfrax -Kissen 32; (c) einen zweiten Schirm mit 100 Mikron Maschengröße; und (d) zwei Schichten des Schirmes 36 mit Maschengröße 28. Beim Austritt aus der Filteranordnung ist im wesentlichen alles partikelförmige Material aus dem Gas entfernt.
Während es auf der Hand liegt, daß die hier offenbarte Erfindung wohl berechnet ist, um die zuvor vermerkten Ziele zu erfüllen, sei vermerkt, daß zahlreiche Modifikationen und Ausführungsbeispiele durch den Fachmann angegeben werden können. Es ist beabsichtigt, daß die beigefügten Ansprüche alle derartigen Modifikationen und Ausführungsbeispiele abdecken, so daß sie in dem wahren Geist und Rahmen der vorliegenden Erfindung liegen.

Claims

1. Selbstabdichtender ringförmiger Filter zum Betreiben innerhalb eines Luftpumpengehäusebereiches einer pyrotechnischen Luftpumpeneinrichtung, wobei der Filter aufweist:

(a) erste und zweite ringförmige Bauteile (56, 58), die ausgebildet sind, ringförmige Rahmenmittel des Filterteils zu bilden, wobei zumindest eines der ringförmigen Bauteile (56) wenigstens ein Laschenelement (38) aufweist, das daran integriert ausgebildet ist und sich davon nach außen zum anderen ringförmigen Bauteil (58) erstreckt, um einen Justierabstand zwischen den ringförmigen Bauteilen (56, 58) zu erhalten; und

(b) eine Vielzahl von Filtrationsmitteln (24, 28, 31, 32, 34, 36), die auf dem Filterrahmenmittel gehalten werden, wobei jedes Filtrationsmittel derart positioniert ist, um eine vorhergehende Unterlegung eines der Filtrationsmittel um eine gesamte äußere ringförmige Fläche des Filterrahmenmittels herum zumindest teilweise zu überdecken,

wobei die ersten und zweiten ringförmigen Bauteile (56, 58) obere und untere Ränder zum Erreichen einer kreisförmigen Linienberührung mit einem Innenbereich des Luftpumpengehäusebereiches aufweisen und den Filter veranlassen, selbstabdichtend gegen den Innenbereich infolge nach außen gerichteter Ringbelastungen zu sein, die auf den Filter durch Aktivierung der pyrotechnischen Luftpumpeneinrichtung erzeugt werden, um ein gasförmiges Verbrennungsprodukt, das durch die Aktivierung der pyrotechnischen Luftpumpe erzeugt wird, am Umgehen des Filters zu hindern und das gasförmige Verbrennungsprodukt durch die Vielzahl der Filtrationsmittel in einen Serpentinenweg zu leiten, um das Gas zu kühlen und zu filtern.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftpumpengehäusebereich aufweist:

(a) ein gewölbtes Diffusorelement (12) mit einem ersten offenen Ende und einem zweiten verschlossenen Ende; und

(b) ein Verschlußplattenelement (18), das das offene Ende des Diffusorelementes (12) abdichtet,

wobei das Verschlußplattenelement (18) und das Diffusorelement (12) ohne Verschweißen irgendeines dieser Elemente (12, 18) miteinander abgedichtet sind, um ein Luftpumpengehäuse zu bilden, das geeignet ist, erhöhten Drücken zu widerstehen, die während der Aktivierung der Luftpumpeneinrichtung erzeugt werden.

3 Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umfängslippenbereich am offenen Ende des Diffusorelementes (12) über eine äußere Umfingskante des Verschlußplattenelementes (18) durch mechanische Mittel abgedichtet ist, um dazwischen eine hermetische Abdichtung zu erzeugen.

4. Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Abdichtmittel magnaformend ist.

5. Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten ringförmigen Bauteile (56, 58) jeweils ein metallisches Preßstück mit einem im wesentlichen geraden Wandabschnitt mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende und einen integriert mit den ersten Ende ausgebildeten, sich vom Wandabschnitt in einem spitzen Winkel nach außen erstreckenden abgewinkelten Flanschabschnitt aufweisen, wobei die ringförmigen Bauteile (56, 58) für eine Eingriffsbefestigung dazwischen vorgesehen sind, um das ringförmige Rahmenmittel zu bilden.

6. Filter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich der abgewinkelte Flanschabschnitt jedes der ringförmigen Bauteile (56, 58) von seinem korrespondierenden geraden Wandabschnitt in einem Winkel von etwa 11/20 größer als ein innerer Berührungswinkel zwischen dem Filter und jeweils dem Diffusorelement (12) und dem Verschlußplattenelement (18) weg erstreckt, so daß der Filter im wesentlichen gegen den Innenbereich des Luftpumpengehäuses verkeilt ist, um dazwischen eine gasdichte Abdichtung infolge der Aktivierung der pyrotechnischen Luftpumpeneinrichtung zu erzeugen.

7. Filter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechnische Luftpumpeneinrichtung funktional mit einer passiven Automobil-Airbag-Sicherheitseinrichtung verbunden ist.

8. Filter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Diffusorelement (12) weiterhin eine Anzahl Diffusoröffnungen (14) aufweist, die gleich weit um seinen peripheren Umlangsabschnitt beabstandet sind, wobei die Anzahl der Öffnungen (14) eine Fluidverbindung zwischen einem innerhalb des Luftpumpengehäuses durch den Filter begrenzten Verbrennungshohlraum und einem Innenabschnitt der passiven Automobil-Airbag-Sicherheitseinrichtung erzeugen, um dessen Entfaltung infolge der Aktivierung der Luftpumpe zu ermöglichen.

9. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Filtrationsmittel (24, 28, 31, 32, 34, 36) zumindest zwei Schichten eines Metallfiltermaterials (24, 28, 31, 34, 36) mit voneinander unterschiedlichen Maschengrößenabmessungen und wenigstens eine Schicht eines inerten Fasermaterials (32) aufweisen.

10. Filter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das inerte Fasermaterial (32) ein keramisches Faserpolster (32) aufweist, wobei das Polster (32) zwischen zumindest zwei Metallfilterschichten (24, 28, 31, 34, 36) eingebracht ist.

11. Filter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Faserpolster (32) eine Mischung als Aluminiumoxid- und Siliciumoxidfasern aufweist.

12. Filter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Maschengrößenabmessungen der zumindest zwei Metallfaserschichten (24, 28, 31, 34, 36) jeweils von einer Innenkante, benachbart eines Verbrennungshohlraumes, zu einer Außenkante, angrenzend an den Innenwandabschnitt des Luftpumpengehäuses, vermindert, um die Filtration von im wesenflichen allen Partikelmaterials zu sichern, das infolge der Aktivierung der Luftpumpeneinrichtung erzeugt wird.

13. Filter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfiltermaterialschicht (36) benachbart ihrer Außenkante mit einer korrespondierenden benachbarten Kantenfläche jedes der ringförmigen Rahmenbauteile (56, 58) durch mechanische Mittel oder Klebemittel befestigt ist, um die Vielzahl der Filtrationsmittel (24, 38, 31, 32, 34, 36) in exakter Anordnung zu halten.

14. Filter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Mittel eine Schweißung zwischen der Außenschicht des Metallfiltermaterials (36) und den ringförmigen Filtertahmenbauteilen (56, 58) ist.

15. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Filtrationsmittel (24, 28, 31,32, 34, 36) in der Reihenfolge von einer Innenkante des Filters, benachbart eines VerbrennungshohlraumeS, zu einer Außenkante des Filters, angrenzend an einen Innenwandabschnitt des Luftpumpengehäuses, aufweist:

(a) eine erste Schicht eines groben Schlackefilters (24);

(b) eine zweite Schicht eines groben Schlackefilter (28);

(c) eine dritte Schicht eines 100-Mikrometer-Filters (31);

(d) eine vierte Schicht eines inerten Keramikpolsters (32);

(e) eine fünfte Schicht eines Filters (34) mit 100'er- Maschengröße;

(f) eine sechste Schicht eines Filters (26) mit 28'er- Maschengröße,

wobei jede der Schichten im wesentlichen jede vorangegangene Schicht überdeckt und wobei die sechste Schicht des Filters (36) von 28'er-Maschengröße am ringförmigen Filterrahmenbauteil (58) entlang seiner Umfangskante befestigt ist, um den Filter zusammenzuhalten.

16. Verfahren zur Herstellung einer leichtgewichtigen nicht- verschweißten Luftpumpenvorrichtung zur Installation in einer passiven Automobil-Sicherheitseinrichtung, aufweisend:

(a) Schmieden eines Diffusorelementes (12) aus einem Material, das relativ leichtgewichtig, korrossionswiderstandsfähig ist und eine hohe Zugfestigkeit aufweist, wobei das Diffusorelement (12) ein erstes gewölbtes Ende und ein zweites offenes Ende besitzt;

(b) Montieren einer ringförmigen Filterkomponente einschließend Verbinden zweier Rahmenbauteile (56, 58);

(c) Absenken der ringförmigen Filerkomponente (20) durch das offene Ende des Diffusorelementes (12) und in Position darin;

(d) Anordnen einer getrennt gepackten Treibmitteleinrichtung in einem Verbrennungshohlraum, der durch die Filterkomponente (20) innerhalb des Diffusorelementes (12) begrenzt wird;

(e) Schmieden eines im wesentlichen flachen Verschlußplattenelementes (18) zum Abdichten des offenen Endes des Diffusorelementes (12);

(f) Anpassen des Verschlußplattenelementes (18) an das offene Ende des Diffusorelementes (12); und

(g) Magnaformung des Diffusorelementes (12) über eine Umfängskante des Verschlußplattenelementes (18), um dazwischen eine Formabdichtung ohne Verschweißen eines der Elemente (12, 18) zu bilden, wobei die Abdichtung geeignet ist, erhöhten Drücken zu widerstehen, die durch die Verbrennung des Treibmittels erzeugt werden.