Brevet FR2693122A1 — publié le 19940107

CARTOUCHE FILTRANTE SANS ARMATURE RIGIDE INTERNE ET SON UTILISATION DANS UN GENERATEUR PYROTECHNIQUE DE GAZ La présente invention concerne le domaine de la sécurité automobile et se rapporte aux générateurs pyrotechniques de gaz destinés à gonfler, en cas de collision, des coussins de protection pour les occupants d'un véhicule automobile. Plus précisément l'invention concerne une cartouche de filtration des gaz sans armature rigide interne particulièrement bien adaptée à être utilisée comme cartouche de pré-filtration dans la chambre de combustion d'un générateur cylindrique à chambres concentriques. Les générateurs pyrotechniques de gaz destinés à gonfler, en cas de collision, des coussins de protection pour les occupants d'un véhicule automobile sont connus de l'homme de métier. Ces générateurs sont le plus souvent de forme cylindrique et présentent des chambres concentriques. En général un tel générateur comprend une chambre centrale d'allumage, une chambre annulaire intermédiaire de combustion contenant la composition pyrotechnique génératrice de gaz et une chambre annulaire périphérique de filtration et de refroidissement des gaz. Comme composition pyrotechnique on utilise le plus souvent une composition à base d'azoture de sodium et d'un oxydant minéral comme par exemple l'oxyde de fer ou le sulfure de molybdène. Ces compositions présentent l'avantage de générer par combustion des gaz peu toxiques riches en azote mais présentent l'inconvénient de produire des résidus solides chauds et corrosifs qui doivent être filtrés avant que les gaz ne pénètrent dans le coussin de protection. Pour cette raison on dispose dans la chambre de filtration et parfois aussi dans la chambre de combustion le long de la cloison qui sépare cette dernière de la chambre de filtration, des filtres constitués par un assemblage de toiles métalliques et de bandes de papier céramique enroulées sur elles-mêmes comme décrit par exemple dans le brevet US 4 547 342. Cette technique de constitution de filtres par assemblage de toiles métalliques enroulées est délicate à mettre en oeuvre et ne se prête absolument pas à des fabrications en série. Par ailleurs les orifices présents sur la cloison séparant la chambre de combustion de la chambre de filtration sont souvent fermée par des opercules constitués par des fines feuilles métalliques comme des feuilles d'aluminium, de manière à assurer dans la chambre de combustion une montée en pression suffisante au moment de l'allumage et à préserver de l'humidité la composition pyrotechnique à base d'azoture. L'introduction de toiles métalliques présentant sur leurs bords des extrêmités libres de fils métalliques fait courir le risque d'une détérioration des dits opercules et par là même d'une dégradation dans le temps de la composition pyrotechnique.Ce risque existe particulièrement avec les éléments de préfiltration mis en place dans la chambre de combustion le long de la cloison séparant cette dernière de la chambre de filtration. Afin d'améliorer la tenue des différentes toiles métalliques les unes par rapport aux autres il a été proposé, par exemple dans le brevet US 4 865 635, de les tenir par des pinces ou des agrafes. Mais cette solution ne supprime pas les risques de détérioration accidentelle des opercules d'étanchéité. Il a également été proposé, pour remédier à ces inconvénients, d'utiliser comme éléments de filtration, des modules préformés de fils métalliques tricotés pouvant se manipuler comme une pièce unique. Cette solution est par exemple décrite dans le brevet français FR 2 624 398 ou dans son correspondant britannique GB 2 213 404. Ces modules présentent cependant l'inconvénient d'être coûteux car difficiles à fabriquer et de se boucher facilement par fusion en cas de surchauffe locale comme cela est expliqué dans le brevet français FR 2 445 782 ou dans son correspondant britannique 2 046 125. Il a également déjà été proposé des systèmes de filtration sous forme de cartouche annulaire qui sont simple à mettre en place dans le générateur et dont les parois extérieures lisses ne risquent pas de détériorer les opercules d'étanchéité. De telles cartouches sont par exemples décrites dans le brevet US 4 865 635 déjà cité ou dans la demande de brevet français 91 02315. Elles nécessitent l'emploi d'armatures rigides internes sur lesquelles sont fixées les grilles de filtration. Une cartouche de cette sorte peut être utilisée dans la chambre de filtration mais est d'un volume trop important en raison des armatures rigides internes pour pouvoir être utilisée comme cartouche de pré-filtration dans une chambre de combustion d'un générateur pyrotechnique de gaz. L'homme de métier ne dispose donc pas à l'heure actuelle pour les générateurs cylindriques à chambres concentriques d'un système de filtration qui soit à la fois peu volumineux, simple à fabriquer, d'une manipulation industrielle aisée et qui ne risque pas de détériorer les opercules d'étanchéité du générateur. La présente invention a précisément pour objet de proposer à l'homme de métier un tel système de filtration. L'invention concerne donc une cartouche de filtration de gaz en forme de cylindre creux de révolution, constituée essentiellement par une pluralité d'éléments de filtration et de refroidissement sous forme de grilles et de bandes de papiers caractérisée en ce que les dits éléments sont disposés dans au moins une grille souple repliée en son milieu sur elle-même, dont les extrêmités parallèles aux génératrices du dit cylindre sont fixées les unes aux autres et dont les deux extrêmités circulaires libres opposées à la pliure sont pincées dans une bague annulaire possédant une gorge circulaire. Selon une première réalisation préférée de l'invention les dites grilles sont des grilles métalliques. Selon une seconde réalisation préférée de l'invention les extrêmités de la grille souple repliée qui sont parallèles aux génératrices du dit cylindre sont soudées les unes aux autres. Selon une troisième réalisation préférée de l'invention la dite bague annulaire est constituée par un métal déformable ou par une matière plastique souple et présente un bourrelet périphérique. Enfin selon une dernière réalisation préférée de l'invention les fils de trame de la dite grille souple repliée sur elle-même sont orientés obliquement par rapport aux génératrices de la cartouche cylindrique. L'invention concerne également l'utilisation d'une telle cartouche de filtration dans un générateur pyrotechnique de gaz pour coussins gonflables. Ainsi l'invention propose un élément de filtration sous forme de cartouche annulaire qui est de conception très simple : les différents éléments de filtration tels que toiles, grilles, bandes de papiers etc... sont rangés dans au moins une grille métallique souple repliée sur elle-même, puis enroulée pour former un cylindre creux. Les extrêmités de cette grille souple perpendiculaires à la pliure et donc parallèles aux génératrices du dit cylindre sont soudées ensemble tandis que le extrêmités de cette grille parallèles à la pliure sont pincées dans une bague annulaire présentant une gorge circulaire. On obtient ainsi, de manière très simple, une cartouche annulaire de filtration de faible épaisseur, sans armature rigide interne et sans extrémités présentant des fils métalliques libres. Une telle cartouche est facilement utilisable dans une chaine de montage automatique de générateur de gaz à chambres concentriques. Elle ne risque pas de détériorer lors de son introduction dans le générateur les opercules d'étanchéité. En raison de sa faible épaisseur elle convient particulièrement bien comme cartouche de préfiltration disposée dans la chambre de combustion du générateur le long de la cloison qui sépare cette dernière de la chambre de filtration. On donne ci-après une description détaillée de l'invention en se référant aux figures 1 à 6. La figure 1 représente, vue en perspective, une cartouche de filtration selon l'invention, la figure 2 représente, vue en coupe axiale, selon II II, la cartouche représentée à la figure 1, la figure 3 représente une loupe de la partie L de la figure 2, la figure 4 représente, de manière schématique, le principe d'assemblage d'une cartouche de filtration selon l'invention, la figure 5 représente, de manière schématique, le principe de pliage d'une grille souple destinée à recevoir les autres grilles et toiles de filtration. La figure 6 représente, vu en coupe, un générateur pyrotechnique de gaz contenant une cartouche de filtration selon l'invention. Une cartouche 1 de filtration de gaz selon l'invention a une forme générale de cylindre creux de révolution. Cette cartouche est essentiellement constituée par une pluralité de grilles 2 et de bandes de papier 3 constituant les éléments de filtration et de refroidissement. Les grilles 2 sont en général des grilles métalliques de différents maillages de manière à retenir les particules solides provenant de la combustion de la composition pyrotechnique. Entre ces grilles on disposera avantageusement des bandes de papier 3 par exemple des bandes en papier céramique. De manière caractéristique ces grilles et bandes sont disposées dans au moins une grille souple 4 repliée en son milieu sur elle-même de manière à constituer une enveloppe en forme de "V" dans laquelle sont disposées les grilles 2 et les bandes 3 comme représenté à la figure 4.Avantageusement cette grille 4 n'est pas pliée le long d'un des fils de trame, constituant la grille 4, mais le long d'une ligne obligue A A faisant un angle a avec l'un des fils de trame a ou b. Cet angle a peut être compris entre 300 et 600 mais sera préférentiellement voisin de 45 , comme représenté à la figure 5. Cette façon de plier la grille 4 permet de réaliser aisément une ligne de pliure sans aspérité, d'aspect extérieur lisse. La ligne de pliure constituant le fond de la cartouche selon l'invention qui, au moment de l'introduction dans le générateur, peut être amené à venir au contact des parois internes de ce dernier, cette caractéristique de pliage permet d'éviter tout risque de détérioration des opercules d'étanchéité. La grille souple 4 ainsi pliée et remplie est roulée sous forme d'un cylindre creux comme représenté à la figure 1 et ses extrêmités parallèles aux génératrices du dit cylindre et donc perpendiculaires à la ligne de pliure sont fixées les unes aux autres par collage ou par soudure le long d'une ligne de soudure 5 comme représenté à la figure 1. Ainsi, lorsque la pliure est effectuée le long d'une ligne oblique A A, les fils de trame de la grille souple 4 sont orientés obliquement par rapport aux génératrices du cylindre constitué par la cartouche 1. Prérentiellement les fils de trame font, avec les dites génératrices un angle voisin de 450. Les deux extrêmités circulaires libres (6,7) de la grille souple 4 opposées à la pliure sont alors pincées dans une bague annulaire 8 possédant une gorge circulaire 9. Selon une réalisation préférée de l'invention la dite bague annulaire 8 est constituée par un métal mou déformable comme l'aluminium ou par une matière plastique souple comme le silicone. Dans ce cas la dite bague annulaire 8 présente avantageusement un bourrelet périphérique 10 permettant de coincer, par introduction en force, la cartouche 1 contre l'une des parois internes du générateur. Lorsque la cartouche 1 est destinée à être utilisée comme cartouche de préfiltration placée dans la chambre de combustion du générateur le long de la cloison interne séparant la chambre de combustion de la chambre de filtration, ce bourrelet 10 sera un bourrelet externe comme représenté sur les figures. Une cartouche de filtration selon l'invention peut aisément être fabriquée en continu. Une bande rectangulaire de grille souple est pliée en "V" le long d'une ligne médiane, des bandes rectangulaires de grilles métalliques et de papier céramique sont disposées à l'intérieur de l'enveloppe constituée par la grille ainsi pliée qui est ensuite découpée à la longueur requise et roulée sous forme de cylindre. Les extrêmités de la grille perpendiculaire à la ligne de pliure sont collées ou soudées ensemble tandis que les extrémités circulaires parallèles à la ligne de pliure sont pincées dans la bague annulaire. La cartouche ainsi constituée peut être utilisée dans une chaîne automatisée d'assemblage d'un générateur pyrotechnique de gaz. Il est à remarquer que cette cartouche ne présente aucune aspérité ni aucune extrêmité de fil métallique libre. Cela est particulièrement vrai lorsque le pliage de la grille souple 4 est effectué le long d'une ligne oblique par rapport aux fils de trame comme il a été expliqué plus haut. Par ailleurs les extrêmités de la grille 4 présentant des fils métalliques libres sont soit soudées soit pincées dans la bague annulaire. Une cartouche selon l'invention peut ainsi être introduite dans un générateur pyrotechnique de gaz en cours d'assemblage sans risque de détérioration des opercules d'étanchéité. Comme elle ne contient aucune armature interne rigide, une cartouche selon l'invention présente une faible épaisseur qui rend son emploi possible comme cartouche de pré-filtration dans la chambre de combustion d'un générateur pyrotechnique de gaz à chambres concentriques. On a représenté à la figure 6 un tel générateur 11 vu en coupe. Le générateur 11 est constitué par deux coquilles circulaires de révolution 12 et 13 assemblées l'une à l'autre par soudure. Chaque coquille présente un orifice central permettant l'introduction d'une virole ajourée 14 contenant un inflammateur électrique 15. La coquille 13 présente des orifices externes 16 mettant en communication l'intérieur et l'extérieur du générateur ainsi qu'une cloison circulaire interne 17 venant au contact de la coquille 12 contre laquelle elle est soudée. La cloison interne 17 porte des orifices 18. Ainsi constitué le générateur 11 présente trois chambres concentriques : une chambre centrale occupée par le virole 14 et par l'inflammateur 15, une chambre médiane 19 et une chambre périphérique 20. Les orifices 18 portés par la cloison 17 sont fermés du côté de la chambre médiane 19 par des opercules fins en aluminium 21. La chambre médiane 19 est utilisée comme chambre de combustion et contient des pastilles 22 de composition pyrotechnique génératrice de gaz maintenues en place par une grille souple 23 enroulée sur elle-même. La chambre périphérique 20 est utilisée comme chambre de filtration et contient des moyens de filtration 24 constitués par des grilles et toiles métalliques maintenues en place par un cache métallique souple et ajouré 25. Afin d'accroître l'efficacité de la filtration, une cartouche 26 selon l'invention est disposée dans la chambre de combustion 19 le long de la cloison 17 de manière à fonctionner comme cartouche de pré-filtration. Cette cartouche 26 occupe très peu de place dans la chambre 19 de combustion et ne risque pas de détériorer les opercules 21. EXEMPLE On a réalisé une cartouche de filtration telle que représentée aux figures 1 à 4. Cette cartouche avait une hauteur totale de 17mm et un diamètre extérieur de 71mm sur le bourrelt 10 et de 70mm sur la grille 4. La grille 4 était constituée par une grille en acier inoxydable à maille carrée unie, le diamètre des fils métalliques étant de 0,4mm et la distance entre deux fils consécutifs étant de lmm. Les grilles 2 étaient identiques à la grille 4 et la bande 3 était une bande de papier céramique commercialisé sous la marque KERLANE (référence = K50). La bague 8 était une bague en aluminium. Revendications 1. Cartouche (1) de filtration de gaz en forme de cylindrique creux de révolution , constituée essentiellement par une pluralité d'éléments de filtration et de refroidissement sous forme de grilles (2) et de bandes de papier (3) caractérisée en ce que les dits éléments sont disposés dans au moins une grille souple (4) repliée en son milieu sur elle-même et enroulée pour former un cylindre creux, les extrémités de la dite grille (4) parallèles aux génératrices du dit cylindre étant fixées les unes aux autres et les deux extrémités circulaires libres (6,7) opposées à la pliure étant pincées dans une bague annulaire (8) possédant une gorge circulaire (9). 2. Cartouche selon la revendication 1 caractérisée en ce que les dites grilles (2) sont des grilles métalliques. 3. Cartouche selon la revendication 1 caractérisée en ce que les dites bandes de papiers (3) sont constituées par un papier céramique. 4. Cartouche selon la revendication 1 caractérisée en ce que les extrémités de la grille souple (4) qui sont parallèles aux génératrices du dit cylindre sont soudées les unes aux autres. 5. Cartouche selon la revendication 1 caractérisée en ce que la dite bague annulaire (8) est constituée par un métal déformable ou par une matière plastique souple. 6. Cartouche selon la revendication 5 caractérisée en ce que la dite bague annulaire (8) présente un bourrelet périphérique (10). 7. Cartouche selon la revendication 4 caractérisée en ce que les fils de trame (a,b) constituant la grille souple 4 sont orientés obliquement par rapport aux génératrices du cylindre défini par la cartouche (1). 8. Cartouche selon la revendication 7, caractérisée en ce que les fils de trame font un angle voisin de 450 avec les dites génératrices. 9. Utilisation d'une cartouche de filtration selon (26) l'une quelconque des revendications 1 à 8 dans un générateur pyrotechnique de gaz (11) pour coussins gonflables. 10. Utilisation selon la revendication 9 d'une cartouche de filtration (26) dans un générateur pyrotechnique de gaz (11) comprenant une chambre de combustion (19) et une chambre périphérique de filtration (20) séparées l'une de l'autre par une cloison (17) caractérisée en ce que cette cartouche (26) est utilisée comme cartouche de pré-filtration disposée dans la chambre de combustion (19) le long de la cloison (17).