專利名稱：卷繞金屬絲過濾器元件的制作方法
巻繞金屬絲過濾器元件
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及過濾元件及其艦在芯舶周圍巻繞金屬絲進行的制造方法。 通過螺旋巻繞如紙或金屬絲的材料條來制作過濾器已經(jīng)存在很長時間。
US2122582描述了M螺旋巻繞辮帶金屬絲(gimped wire)制備的用于內(nèi)燃機 的進氣過濾器。如US4048074中描述，螺旋形巻繞聚合物纖維已經(jīng)用于制造各 種過濾或分離^S。
在氣體發(fā)生器領(lǐng)域中，例如用于對用于客車的氣囊充氣，使用過濾器來控 制和7辯卩該氣體發(fā)生器產(chǎn)生的該熱爆炸產(chǎn)物。US5230726描述了在其周圍具有 螺旋巻繞的多個材料層(包括過濾器層)的中空筒形芯體；然后將該巻繞的芯 體切割成所需尺寸的過濾器。如US5702494和US5908481中所述，將陶瓷纖維 螺旋巻繞在芯體周圍以制備氣囊充氣筒過濾器。至于金屬絲過濾器， WO05/065811描述了過濾器，其具有緊密編結(jié)的鍍銅鐵絲，然后在銅熔點和其 燒結(jié)溫度之間的溫度進行熱處理，使金屬絲在其交叉的位置彼此粘合。 WO05/065999描述了具有兩層的螺旋巻繞金屬絲過濾器，其中在徑向方向上疊 加在其自身上的第一層的螺旋角^t稱的，以及第二層通過使用較細的金屬絲 而具有更細的過濾效果。
從用于將金屬線在具有幾米直徑的預應力管周圍巻繞的機器，到用于將線
在具有幾厘米直徑的線軸或管周圍巻繞的機器，這些繞線機器是公知的。提供
用于這些及其計算^li空制也是已知的。
存在對更簡單和用于將巻繞金屬絲固定到其本身的方法的需求，以及存在 對具有不同于筒形的外形或幾何開娥的過濾器的需求。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)以上，本發(fā)明Jlf，了區(qū)別于正矩形筒(right rectangular cylinder)的
巻繞金屬絲過濾器，該巻繞金屬絲過濾器具有改進的強度，并且該巻繞金屬絲 過濾器具有作為設(shè)置在鄰接金屬絲層之間的徑向中間部分的另一材料。
4本發(fā)明掛共了帶有附L的筒狀巻繞金屬絲過濾器，，其適合與氣囊充氣器一 起使用，具有至少兩個不同的外徑和/或至少兩個不同的內(nèi)徑。相鄰層中的金屬 絲可以被銅焊結(jié)合在一起，或者在兩者之間具有片狀材料，例如陶瓷濾紙。銅 焊材料例如是輔助劑，其可以是粘合劑、或編織或無紡材料條，例如與金屬絲 一起供給的陶瓷濾紙。
總的來說，本發(fā)明提供了一種巻繞金屬絲過濾器，其具有第一內(nèi)徑和第一 外徑，和至少一個第二 (不同)內(nèi)徑(不同于第一內(nèi)徑)或一個第二 (不同) 外徑(不同于第一外徑)。


圖1描述了該巻繞裝置。
圖2描述了啞鈴狀的巻繞金屬絲過濾器。 圖3描述了具有多個內(nèi)徑和犧牲部件的過濾器的橫截面。 圖4描述了具有一組槽紋輥和用于可涂覆或可噴射輔助劑材料的涂覆器的 圖1中的，。
圖5-7描述了具有平滑外部、螺旋巻繞內(nèi)部禾哆于一個內(nèi)徑的巻繞金屬絲過 濾器。
圖8描述了具有網(wǎng)形金屬芯體的巻纟M屬絲過濾器。 圖9A、 9B和9C分別描述了依照本發(fā)明制備的過濾器設(shè)計的側(cè)視圖、平面 圖和透視圖。
具體實施例方式
如同背景技術(shù)部分所述，計算機控制巻繞裝置是已知的。在一種實施方式 中，本發(fā)明以新的方式利用計算機控制使過濾器具有不同于正矩形筒(right rectangular cylinder)的形狀。如圖1所示，典型的巻繞器具有芯軸1和不定長 度材料的的材料源2，在本發(fā)明中為金屬絲3，巻繞在芯軸上。為了達到本發(fā)明 的目的，該金屬絲雌是平的金屬絲，雖然圓形、橢圓形、或者其它的橫截面 形狀也是可以使用的。該芯軸優(yōu)選為可折疊芯軸，類似用于鉆頭的夾盤。在這 些計算機控制的機器中，控制該材料源相對于芯軸的旋，度R的位置L。金 屬絲和芯軸中心線之間(旋轉(zhuǎn)軸線)之間的角度a (螺旋角)通常保持不變而材
5料源規(guī)則地以一個方向移動，或者規(guī)則地在芯軸的端部之間作前后往MM動(或 者在制備該部件所需的〗if可長度上)。在端部的停留時間通常為零；這樣， 一旦 該材料源到達芯軸的一端即返回向另一端。
在本發(fā)明中，角度a改變，并且材料源的移動發(fā)生變化，以實^Mf需的幾 何形狀。通過簡單的編程，或者對現(xiàn)有計算機控制的調(diào)節(jié)，來調(diào)節(jié)螺旋角和停 留時間以制備不同于簡單的正矩形筒的幾何形狀。作為對螺旋角的替代，可以 指定巻繞比；"巻繞比"是指與該芯軸的旋轉(zhuǎn)軸線平行所取的單位直線長度上的 繞線數(shù)目。因為隨著金屬絲的纏繞周長發(fā)生了改變，因此不變的螺旋角會導致 巻繞比隨著該裝置的增長而變化，以及類似地，不變的巻繞比將導致螺旋角隨 著該裝置的增長而變化。在特定軸向長度過程中的停留時間可以變化來改變該 長度上巻繞層的厚度。該裝置相對簡單地由現(xiàn)成的部件或通過現(xiàn)有繞線機地改 進而制造。
圖2描述了具有椏鈴形狀的巻纟M屬絲過濾器10，具有中心筒體12和圓盤 形端部13，后者各自具有比中心筒體更大的半徑。為了制造這樣的裝置，將計 對幾編程以在過濾^il^^:度上的中心筒體上纏繞，然后纏繞其中一個啞鈴端， 再移動到另一端并纏繞該端部。如果移動速度過慢，第一啞鈴端外圍上的金屬 絲就會先纏繞到中心部分，并在表面上基本不能和在中心部分的金屬絲區(qū)分開 來。圖2所示的過濾器因此具有不同于簡單正矩形筒體的外形。該裝置而是具 有兩個外徑， 一個是指中心部分， 一個是指啞鈴端部，還具有單一的內(nèi)徑。
這些過濾器可!細H囊充氣器，作為金屬絲網(wǎng)過濾器，例如US6277166 中所描述的，M參考將其內(nèi)容引Alt匕處。在，166專利中，金屬絲網(wǎng)過濾^^皮 壓入到模具中形成環(huán)狀過濾器，其具有在過濾器外表面上軸向排布的肋條。利 用本發(fā)明，可以制備具有多個橫向掃蹄肋條的過濾器，在功肯讓類似于圖2中 的啞鈴式設(shè)計，在最外的圓盤之間可具有另外的更大圓盤(即多組兩個不同的 外徑)。
在某鵬囊充氣器中，在實心管的較短長度上掛共炸藥包，管的端部密封， 開口環(huán)繞分布在管的外表面以使氣體逸出。利用本發(fā)明，可以在芯軸上設(shè)置犧 牲帶，同時過濾m皮巻繞成所需的幾何形狀。然后將裝置從芯軸上移開，并把 帶去除掉。該帶可以是有機聚合物，如氯丁橡膠，以機器或手動方式除去，或 者是聚苯乙烯，被燒掉或以化學方式溶解掉，或者是水溶性聚合物。如圖3所示，得到的過濾器31具有孔32，犧牲材料帶33作用于巻繞材料而形成腔室35。 圖3所示的過濾器具有單一的外徑禾眵個內(nèi)徑。令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，甚至在金屬 絲在張力下巻繞的情況下，當犧牲材料帶被去除后腔室也不會發(fā)生任何讓人擔 心的形變。在使用中，該腔室作為用于爆炸氣體的歧管。圖3也描述了連續(xù)的 (軸向)外層37，其由并列的連彰絮且形成；即，該外層幾乎將巻繞的正筒式過 濾器設(shè)置在一個管中。使用該連續(xù)層，該爆炸氣j麟由向離開該過濾器。
圖4描述了可以在巻繞之前施加于金屬絲的改進方式。在一種實施方式中， 該金屬絲穿過一組槽紋棍42，這樣使巻纟始屬絲產(chǎn)生鵬習。如果過濾^l皮設(shè)置 在管狀結(jié)構(gòu)中，最好是將該具有褶鈹?shù)慕饘俳z放置在外部；有鈹褶的金屬絲比 整體過濾器的沒有鍋習的金屬絲具有更好的可壓縮性(徑向)，因此在夕卜表面上 具有褶皺金屬絲的過濾器更容易壓入配合到筒體內(nèi)部。同樣的，褶鈹層可以直 接與該芯軸相鄰形成以使管狀結(jié)構(gòu)(如上文提到的氣囊裝料)能被,過濾器 的孔中。
圖4所示的另一實施方式是在金屬絲纏繞之前將輔助劑涂覆到其表面。例 如，使用與金屬絲相鄰的涂覆器44將可涂覆或可噴射流體從貯液器46中涂覆 到該金屬絲上。該涂覆器可以是刷子或噴嘴。該輔助劑不必和鈹褶結(jié)合使用， 并可以涂覆到金屬絲的一面或兩面。該輔助劑可以是粘合劑，以為該巻繞結(jié)構(gòu) 增大剪切強度。該輔助劑可以是用于銅焊的糊劑?？梢詫⑷绱藥喞@的過濾器燒 結(jié)以在金屬絲交叉之處提^T散粘合。M使用銅焊輔助劑可以實現(xiàn)更強的粘 合，例如在介質(zhì)(例如丙二醇)中的銅粉(例如300目)。金屬絲被銅焊處理， 交叉的金屬絲處形成更強的粘合。在燒結(jié)或其它熱處理過程中保持過濾器位于 芯軸上會題宜的，在這種情況下可以在芯軸上涂覆非活性材料(例如SiN、 BN)，期每使得該經(jīng)熱處理的過濾M熱處理之后能夠更容易地從芯軸上去除。
與在金屬絲上涂覆輔助劑類似，可以在巻繞過程中將片狀材料條與該金屬 絲一起送料。合適的片狀材料包括編織金屬或玻璃纖維、無紡氈(例如玻璃或 碳纖維，或陶瓷濾紙(如US4890860和US6913059中所描述的，通過參考將其 公開內(nèi)容引入此處)、不銹鋼微纖維(例如篩網(wǎng)形式的)；濾紙的寬度優(yōu)選寬于 金屬絲的寬度。禾傭無紡帶或濾紙能夠過濾相對更細的顆粒。根據(jù)用于金屬絲 的金屬(對于本發(fā)明，優(yōu)選具有至少和SS 309同樣好的耐熱性的不,辯R)，可 以將可熱解的聚合物纖維或帶與金屬絲一起輸入，在過濾器的熱處理過程中該
7帶熱解為陶瓷或碳。
圖5-7描述了巻繞金屬絲過濾裝置，其具有光滑外表面、內(nèi)表面和較小的內(nèi)
徑，在外表面中金屬絲湘瞎繞，而在內(nèi)表面中金屬絲螺旋巻繞。圖5是巻繞 金屬絲過濾器的特寫圖，其中具有最內(nèi)的直徑501，其中該金屬絲并列纏繞形成 光滑或平的表面，以及中間部分，其中金屬絲纏繞變?yōu)槁菪?03。最內(nèi)層表面在 支架(shelf) 505處終止，有效地在內(nèi)部上形成凸緣，將裝置的較小內(nèi)徑(ID) 與較大內(nèi)徑分隔開。圖6描述了類似的裝置，其中過濾器的外表面601是光滑 的(并列巻繞)，而且在小支架603處終止，在該處巻繞變?yōu)槁菪?05，如在較 大直徑內(nèi)部表面上所看到的。如圖5中所示，較小直徑的內(nèi)徑在另一支架607 處終止。圖7是具有覆蓋在螺旋巻繞內(nèi)部703上的光滑外表面701的對,置 的另一^視圖，該裝置在703處具有^直徑的內(nèi)徑(ID)，而在邊緣705處 具有較小直徑的內(nèi)徑。從圖5-7中所示的裝置可以看出，巻繞過濾器可被制造成 具有多個內(nèi)徑和/嫩卜徑，并且最內(nèi)層和域最外層表面能以光滑巻繞(即并列巻 繞)或更多孔疏松的螺旋巻繞方式來制備。
在另一實施方式中，網(wǎng)形金屬套筒可以被設(shè)置在內(nèi)徑和/或外4i上。過濾器 的軸向強度可以通過沿過濾器軸向在該網(wǎng)形金屬套筒上排布菱形開口而得以增 加。另外，如果套筒的厚度大于用于巻繞的金屬絲的厚度，則該套筒可作為散 熱器，保護較小的金屬絲。該網(wǎng)形金屬套筒可以用職ra、不f辯閃或其它金屬材 料制造。如果燒結(jié)該裝置，那么該套筒可以就在原位，由此該套筒將與和其接 觸的任何金屬絲熔合在一起。
在另一實施方式中，可以在未完成繞組的一端暫停將金屬線巻繞在芯軸上， 將^A物放置在現(xiàn)有繞組上，然后巻繞繼續(xù)以有效地將該嵌入物^A相對的內(nèi) 部和外部的繞組之間。該操作可以進行多次，并可包含類似前文所述網(wǎng)形金屬 套筒的內(nèi)部多 L套筒。該嵌入物可以是多孔片的形式(金屬或聚合物，包括織 物狀篩網(wǎng)或織物)、預成型筒(類似網(wǎng)形金屬筒)、篩網(wǎng)(塑料或金屬，優(yōu)選編 織的)，或其任意組合。
在前述實施方式中，過濾器優(yōu)選具有約一至三英寸(2.5-7.5cm)的內(nèi)徑和 約一至二英寸(20-50cm)的長度，適于安裝在車輛的方向盤中作為司機側(cè)面的 安全氣囊的一部分。用于乘客側(cè)的氣囊安全裝置的過濾器通常長得多(大約 12-18cm)，且具有更小的直徑(約1540cm)。 {尉戶不與側(cè)面窗子接觸的氣囊窗簾裝置具有甚至更小的內(nèi)徑(5-20mm)和長度(約20-30mm)。過濾器的厚度 取決于特定的用途和所用的藥包。前(司機和乘客)氣囊一般使用爆炸材料用 于該藥包，而側(cè)(窗簾)氣囊^il在撞擊過程中點燃的炸藥包或者在撞擊過程
中破裂以釋放氣體的ie氣罐。
用于車輛乘客一側(cè)的前氣囊一般比司機的前氣囊大得多，因此需要產(chǎn)生更 多的氣體。在司機的前氣囊裝置可能包括單一藥包的情況下，乘客的前氣囊可 能具有多達五個等同的藥包，包括不同尺寸的藥包(并非所有都會被點燃，因 為在"靈智'的氣囊技術(shù)中，感知該位置乘客的體重來決定需要的爆炸力)。由于 車輛的內(nèi)部設(shè)計，乘客的前氣囊相比于司機的前氣囊(其充分保護司機遠離方 向盤)必須覆蓋儀表板的大得多的部分。因此，該裝置以及因此該過濾器比如 上戶，的要長得多。
在另一實施方式中，本發(fā)明提供了尤其適用于乘客前氣囊的過濾器，其中 金屬絲巻繞在具有多個開口的中空芯體周圍。該芯體可以是^^受爆炸和提供 過濾的任何材料?？梢允褂眉徔椈蚓幙椀慕饘俳z篩網(wǎng)作為該芯體。機織的金屬 絲薄片或篩網(wǎng)被巻繞成管或筒體，并被焊接鄰接的端部。通常將金屬網(wǎng)編織成 筒體，在編織金屬絲交疊的位置，可以將其點焊以賦予篩網(wǎng)以整體性；其后， 將該篩網(wǎng)切割成所需的管長。另一種替代方式是網(wǎng)狀金屬片；與編織片類似， 該網(wǎng)狀金屬片被切害倒應用的尺寸并被焊接鄰接邊緣以提供筒體。因為爆炸基 本上是各向同性的，并且金屬絲巻繞在芯體周圍，因此鄰接邊緣 為,重 疊。如圖8中所示，網(wǎng)狀金屬片被巻繞成筒體并將鄰接逝彖焊接以提供芯體801。 im將該芯體的各端部803向外張開O。然后將該芯體放置在芯軸上，將金屬 絲805巻繞在芯體上以提供過濾器。如前文所述的過濾器一樣，最好是將金屬 絲的端部點焊到繞組上，然后突然停止以確保金屬絲不會散開(松散)。如前所 述，該巻纟M屬絲可以被制成在繞組中^f共各種圖案或結(jié)構(gòu)。芯體優(yōu)選由不銹 鋼制造，具有約0.1mm至約1.0mm (在圖中厚度大約為0.5mm)的厚度，且具 有約5%至約50%的孔隙空間(即開口的數(shù)量作為一^H則面的面積的分數(shù))。
圖9A-9C題濾器的側(cè)面、平面和透視圖，其中內(nèi)表面901相對光滑，以 及外表面903是用相對大的角度制造的，使得螺旋繞組J^共相對寬松的圖案。 與圖6中所示的支架相比，由于這些圖中所示的巻繞方式，支架905得到更清 晰的限定，這樣就形成了具有良好容限的凸緣，以與把該過濾器用于其中的外
9殼緊密配合。
前文的描述僅僅意于舉例說明而不用于限制。依照對本發(fā)明的研讀，各種 改變、改進和增加對于本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員可以變得顯而易見，以及這些意 口 仍然在由權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍和精神之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種卷繞金屬絲過濾器，由連續(xù)單一金屬絲制造并具有第一內(nèi)徑和第一外徑，以及至少一個不等于相應的第一直徑的第二內(nèi)徑和第二外徑。
2、 如權(quán)利要求1所述的過濾器，其特征在于，包括兩個第二外徑。
3、 巻繞金屬絲過濾器，其中相鄰層的金屬絲互相結(jié)合。
4、 如權(quán)利要求3所述的過濾器，其特征在于，該金屬絲M銅焊結(jié)合。
5、 如權(quán)利要求3戶腿的過濾器，其特征在于，該金屬絲艦粘合劑結(jié)合。
6、 一種巻繞金屬絲過濾器，其中繞組的至少一部分包含片狀材料條，與該金屬絲鄰接且遍及巻繞金屬絲的至少一部分。
7、 如權(quán)禾腰求6戶腿的過濾器，其特征在于，該片狀材料是編織金屬。
8、 如權(quán)利要求6所述的過濾器，其特征在于，該片狀材料是陶瓷濾紙。
9、 如權(quán)利要求1戶腿的過濾器，其特征在于，包括第一和第二內(nèi)徑，并進—步包離續(xù)的夕卜層。
10、 一種制備過濾器的方法，包括巻繞金屬絲到芯軸上以制得具有最內(nèi)和，卜直徑的環(huán)形^a，以及改變待徵^的金屬絲的螺旋角ou無運動停留時間和位置以有效地制造具有至少兩個內(nèi)徑或至少兩個外徑的過濾器。
11、 如權(quán)禾頓求10戶腿的方法，其特征在于，進一步包括改變螺旋角以有效地在該過濾器的內(nèi)部或該過濾器的外部產(chǎn)生光滑表面。
12、 如權(quán)利要求10戶艦的方法，其特征在于，進一步包括在巻繞之前用銅焊材料涂覆該金屬絲。
13、 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，進一步包括與片狀材料相鄰地巻繞該金屬絲。
14、 一種巻繞金屬絲過濾器，包括具有多個開口的中空筒形芯體；禾船該芯體長度巻繞在該芯體周圍的連續(xù)單一金屬絲。
15、 如權(quán)利要求14所述的過濾器，其特征在于，該芯體是巻繞成筒形并在鄰接邊緣焊接的網(wǎng)^屬片。
16、 如權(quán)利要求14所述的過濾器，其特征在于，該芯體的端部沿徑向向外張開。
17、 如權(quán)利要求14戶腿的過濾器，其特征在于，該中空筒形芯體設(shè)置在內(nèi)部繞組和外部繞組之間。
18、 如權(quán)利要求14戶腿的過濾器，其特征在于，該中空筒形芯體是由金屬或塑料制造的篩網(wǎng)或織物^
全文摘要
具有內(nèi)孔的圓柱狀卷繞金屬絲過濾器，適于與氣囊充氣器結(jié)合使用，其具有至少兩個不同的外徑和/或至少兩個不同的內(nèi)徑。相鄰層的金屬絲可以通過粘合劑或銅焊結(jié)合在一起，或者在其之間具有片狀材料，例如陶瓷濾紙。
文檔編號B01D46/00GK101522282SQ200780013395
公開日2009年9月2日 申請日期2007年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月15日
發(fā)明者G·格林伍德 申請人:Acs工業(yè)股份有限公司