Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО НАТЯЖЕНИЯ ДЛЯ РЕМНЯ БЕЗОПАСНОСТИ

Изобретение касается устройства натяжения для ремня безопасности, в частности в транспортном средстве, согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.

В принципе, у устройств натяжения этого рода существует проблема сильного изменения условий давления во время процесса натяжения. В частности, очень высокие пики давления могут приводить к повреждению частей устройства натяжения или нарушению процесса движения устройства натяжения.

Из DE 19545795 C1 уже известно пиротехническое приводное устройство с защитой от превышения давления, посредством которого предотвращается превышение определенного давления в трубе устройства натяжения. При этом решении в трубе в области газогенератора предусмотрено отверстие, и расположенный в трубе газогенератор снабжен втулкой газогенератора. При превышении определенного давления стенки втулки газогенератора вдавливаются в отверстие трубы и при этом деформируются настолько, что они сами разрываются и освобождают отверстие.

Недостатком этого решения является то, что давление высвобождается из трубы наружу и при этом высвобождается горячая струя или даже остроконечное пламя, из-за чего могут повреждаться соседние части.

Из DE 10212912 B4 известно, например, устройство натяжения, включающее в себя систему поршня и цилиндра, у которой в поршне предусмотрено отверстие для сброса давления, с помощью которого обеспечивается возможность сброса давления из камеры сжатия перед поршнем. У описанного там устройства натяжения приводное движение поршня передается посредством зубчатой рейки, которая входит в зацепление с соединенным с валом ремня зубчатым колесом. Высвобождение давления через описанное там отверстие для сброса давления предполагает, что в направлении движения приводного устройства за поршнем имеется свободное пространство, в которое может стравливаться давление из камеры сжатия.

У известного из DE 19545795 C1 устройства натяжения такое решение в принципе невозможно, так как приводное устройство для передачи движения натяжения здесь осуществляется приводной цепью из инерционных элементов, которая первым инерционным элементом прилегает непосредственно к поршню. Необходимое для известного из DE 10212912 B4 решения свободное пространство здесь сужается первым инерционным элементом. Кроме того, имеется тот недостаток, что первый инерционный элемент во время приводного движения поршня с очень высоким давлением прилегает к поршню и при этом может перекрывать имеющееся в поршне отверстие.

Задача изобретения - создать устройство натяжения, снабженное цепью из инерционных элементов, привод которой осуществляется поршнем, у которого избыточное давление из находящейся перед поршнем камеры сжатия при превышении определенного давления может мгновенно понижаться без угрозы для частей вокруг устройства натяжения.

Эта задача в соответствии с изобретением решается с помощью устройства натяжения с признаками п.1 формулы изобретения. Другие предпочтительные варианты осуществления изобретения содержатся в зависимых пунктах формулы изобретения, описании и соответствующих чертежах.

В соответствии с изобретением для решения задачи предлагается, чтобы поршень имел освобождаемое при превышении определенного давления сквозное отверстие, и в торцевой поверхности было предусмотрено углубление, через которое при прилегающем инерционном элементе создавалось бы гидравлическое соединение от сквозного отверстия к пространству, находящемуся в направлении движения натяжения позади поршня.

Преимущество предлагаемого изобретением решения видится в том, что благодаря создаваемому гидравлическому соединению давление из камеры сжатия может сбрасываться даже при прилегающем к торцевой поверхности поршня инерционном элементе, то есть во время движения натяжения или при блокированном движении натяжения. Давление при этом сознательно не высвобождается в окружающую среду, как это происходит в решении, известном из уровня техники, так что соседние с устройством натяжения части не подвергаются опасности при высвобождаемом давлении.

Кроме того, предлагается, чтобы в торцевой поверхности были предусмотрены по меньшей мере два углубления. Преимущество наличия двух или более углублений в торцевой поверхности заключается в том, что обусловленное течением сжатого газа действующее на инерционный элемент изменение давления может выравниваться, так чтобы инерционный элемент даже во время высвобождения давления не терял с одной стороны контакт с торцевой поверхностью и по возможности выполнял движение опрокидывания.

Как можно более равномерное изменение действующих на инерционный элемент сил давления может при этом достигаться за счет того, что углубления являются радиально-симметричными и/или имеют идентичные размеры.

В частности, выяснилось, что равномерный и как можно более быстрый сброс давления может достигаться за счет того, что сквозное отверстие расположено в торцевой поверхности в середине, и углубление проходит, начинаясь от сквозного отверстия, радиально к наружному краю поршня.

Также предлагается, чтобы площадь углубления (углублений) в сумме составляла 15-50% общей площади торцевой поверхности. За счет предлагаемой доли площади углублений торцевой поверхности обеспечено, что давление быстро сбрасывается и инерционный элемент, несмотря на это, прилегает к торцевой поверхности поршня по достаточной поверхности контакта, без возникновения опасности того, что часть торцевой поверхности, к которой прилегает поршень, будет оплавлена или разрушена чрезмерно высокой нагрузкой при действующих температурах. Доля поверхности углубления относится при этом к площади торцевой поверхности поршня, к которой прилегал бы первый инерционный элемент без углублений.

Кроме того, предлагается, чтобы поршень в области торцевой поверхности обладал более высокой твердостью поверхности по сравнению с остальной поверхностью. Благодаря более высокой твердости торцевой поверхности предотвращается деформация торцевой поверхности в области поверхности контакта инерционного элемента и перекрытие углублений вследствие деформации материала. Более высокая твердость поверхности может при этом достигаться либо путем обработки поверхности в области торцевой поверхности, либо же путем целенаправленного размягчения поверхности в области прилегающего к трубе уплотнительного участка. При этом важно, чтобы поршень удовлетворял требованиям как в отношении плотности относительно трубы, так и в отношении передачи усилий через торцевую поверхность.

Другой вариант осуществления изобретения может видеться в том, чтобы поршень был выполнен по меньшей мере из двух частей, и имел первую часть, которая прилегает к внутренней стенке трубы, и имел вторую часть, на которой расположена торцевая поверхность, и эта вторая часть обладала более высокой прочностью, чем первая часть. Благодаря варианту осуществления поршня из двух частей поршень может выполняться так, чтобы он обладал необходимой прочностью в области передачи усилий и одновременно необходимой упругостью в области его уплотнительной поверхности, что, в частности, предпочтительно тогда, когда поршень во время процесса натяжения установлен в изогнутой трубе и по ходу изогнутой трубы должен иметь возможность совершать незначительные движения относительно стенок трубы.

Одно из особенно экономичных решений в этом случае может осуществляться за счет того, что вторая часть образована металлической глубокотянутой (т.е. полученной глубокой вытяжкой) деталью. Вторая часть может при этом изготавливаться с оптимальными затратами крупными сериями, причем при этом, в частности, предпочтительно, чтобы формообразование углублений могло осуществляться одновременно в процессе глубокой вытяжки.

Кроме того, предлагается, чтобы между первой и второй частью была предусмотрена перекрывающая сквозное отверстие закладная деталь. Преимущество применения закладной детали видится в том, что эта закладная деталь может индивидуально рассчитываться в отношении выбора материала и размеров так, чтобы при превышении предварительно определенной разности давлений между действующим в камере сжатия давлением и давлением в пространстве на другой стороне поршня она разрушалась и тем самым обеспечивала возможность выравнивания давлений. В случае, когда сквозное отверстие должно освобождаться при другой разности давлений, необходимо только конструктивно изменить эту закладную деталь или заменить закладной деталью из другого материала, без необходимости прочих изменений поршня.

Кроме того, предлагается, чтобы закладная деталь кольцевым цилиндрическим продолжением была радиально зажата между первой и второй частью. Благодаря кольцевому цилиндрическому продолжению закладная деталь может фиксироваться в радиальном направлении. Кроме того, закладная деталь может благодаря этому фиксироваться от деформации в осевом направлении так, чтобы закладная деталь для освобождения отверстия не выпучивалась в осевом направлении в предварительной фазе, а при определенной, заданной расчетом закладной детали разности давлений мгновенно разрывалась без предварительной деформации.

Вызывать или содействовать этому мгновенному разрыву может также то, что первая и/или вторая часть имеют выдающийся радиально внутрь, сужающий сквозное отверстие бортик, к которому прилегает закладная деталь. При нагрузке давлением закладной детали этот бортик действует в качестве кромки среза, которая способствует разрыву закладной детали при создании соответствующих усилий среза в закладной детали.

В этом случае также предлагается, чтобы бортик был расположен на второй части и чтобы закладная деталь прилегала к обращенной к камере сжатия стороне второй части и при превышении определенного давления в камере сжатия срезалась по бортику. Так как вторая часть обладает более высокой прочностью, чем первая часть поршня, и вторая часть опирается торцевой поверхностью на инерционный элемент, то действующее на закладную часть усилие сжатия передается через вторую часть на инерционный элемент. Так как вторая часть и инерционный элемент уже вследствие своей функции передачи приводной мощности натяжения рассчитаны уже соответственно прочно и стабильно по форме, закладная деталь опирается при этом на особенно формостабильный конструктивный узел и надежно разрывается при превышении определенной разности давлений, при этом момент времени разрыва не зависит от деформации этого конструктивного узла.

Ниже изобретение поясняется подробнее на одном из предпочтительных примеров осуществления. На чертежах, частности, видны:

фиг.1 - присоединенное к механизму втягивания ремня устройство натяжения с установленным в трубе поршнем;

фиг.2 - поршень, снабженный четырьмя углублениями в торцевой поверхности на изометрическом виде;

фиг.3 - поршень, показанный на фиг.2, в направлении взгляда на торцевую поверхность;

фиг.4 - поршень, снабженный тремя углублениями в торцевой поверхности на изометрическом виде;

фиг.5 - поршень, показанный на фиг.4, на изображении в поперечном сечении;

фиг.6 - поршень, состоящий из двух частей, с прилегающим инерционным элементом в трубе устройства натяжения;

фиг.7 - поршень, состоящий из двух частей, с предусмотренной между частями поршня закладной деталью.

Схематично показанный на фиг.1 механизм втягивания ремня включает в себя корпус 11 с боковой полкой 13, опертый на него вал 12 для наматывания неизображенного ремня безопасности и действующее на вал 12 для наматывания ремня после срабатывания устройство натяжения 10. Устройство 10 натяжения включает в себя приводное колесо 14, соединенное без возможности проворота с валом 12 для наматывания ремня, которое, например, имеет наружный зубчатый венец 15, в частности, пиротехнический газогенератор 17 для создания давления газа, и трубу 16, соединяющую газогенератор 1 с валом 12 для наматывания ремня через приводное колесо 14. Труба 16 образуется стенкой 24 трубы, которая может быть частью корпуса 11 или, альтернативно, также отдельной деталью.

В трубе 16 предусмотрен ряд металлических шаровидных инерционных элементов 19 для передачи движения натяжения, вызванного создаваемым газогенератором 17 давлением газа, на вал 12 для наматывания ремня через приводное колесо 14. Механизм втягивания ремня не ограничен в отношении исполнения области 18 взаимодействия между рядом 19 инерционных элементов и приводным колесом 14, а также возможных муфтовых устройств между приводным колесом 14 и валом 12 для наматывания ремня. Для передачи усилия с низким трением наружный диаметр инерционных элементов 19 целесообразным образом несколько меньше внутреннего диаметра трубы 16.

В трубе 16 предусмотрен также только схематично обозначенный на фиг.1 поршень 21, который целесообразным образом расположен в области 23 между газогенератором 17 и рядом 19 инерционных элементов, то есть непосредственно перед первым в направлении передачи усилия инерционным элементом 19a ряда 19 инерционных элементов. Поршень 21 закрывает камеру сжатия 20 в трубе 16, в которой посредством газогенератора 17 может создаваться давление газа, так что поршень 21 при создании давления в камере 20 сжатия посредством газогенератора 17 может приводиться в движение натяжения. Движение натяжения поршня 21 передается через устройство для передачи усилия, образованное инерционными элементами 19 и приводным колесом 14, на вал 12 для наматывания ремня, так что лента ремня натягивается.

На фиг.2 и 3 виден один из примеров осуществления предлагаемого изобретением поршня 21, снабженного четырьмя радиально-симметричными, расположенными под углом 90 градусов друг к другу углублениями 26. Углубления 26 проходят прямолинейно от расположенного в середине сквозного отверстия 1 к радиально наружному краю поршня 21.

На фиг.4 и 5 виден один из альтернативных вариантов осуществления поршня 21, в котором поршень 21 состоит из двух частей, а именно первой части 3 и второй части 4. Первая часть 3, например, изготовлена из упругого полимерного материала, такого как, например, ПОМ (полиоксиметилен), и образует основную часть поршня 21, в то время как вторая часть 4 выполнена в виде металлической глубокотянутой детали и образует торцевую поверхность 9 поршня 21. Вторая часть 4 отформована методом глубокой вытяжки с цилиндрическим участком 4a в середине и запрессована им в сквозное отверстие 1. Кроме того, в торцевой поверхности 9 выдавлены три углубления 26, которые расположены под углом 120 градусов друг к другу и тоже оканчиваются в среднем сквозном отверстии 1.

На фиг.6 можно видеть другой вариант осуществления поршня 21, который для лучшего понимания изобретения изображен с прилегающим в трубе 16 инерционным элементом 19a. Поршень 21 в этом примере осуществления также выполнен из двух частей, включая первую часть 3 и вторую часть 4. Первая часть 3 снабжена уплотняющей кромкой 22, которая для уплотнения камеры 20 сжатия прилегает к внутренней стенке трубы 16. Вторая часть 4 на обращенной к инерционному элементу 19a стороне первой части 3 соединена с ним и образует торцевую поверхность 9 поршня 21, к которой прилегает инерционный элемент 19a. В торцевой поверхности 9 поршня 21 предусмотрены углубления 26, которые проходят от сквозного отверстия 1 к радиально наружному краю поршня 21. Вторая часть 4 обладает более высокой твердостью поверхности и прочностью, чем первая часть 3, так что поверхность поршня 21 в области торцевой поверхности 9 не деформируется усилиями, действующими во время движения натяжения, и углубления 26 при этом не могут сжиматься. Первая часть 3 намеренно выполнена из материала с меньшей прочностью и твердостью поверхности, так что уплотняющая кромка 22 соответственно способна к деформации и во время движения натяжения даже при незначительных боковых движениях поршня 21 или при изогнутом ходе трубы, осуществляя уплотнение, прилегает к внутренним стенкам трубы 16.

Сквозное отверстие 1, как можно также видеть на фиг.5 и 6, образовано участком 1a и участком 1b, при этом участок 1b в варианте осуществления, изображенном на фиг.5, а участок 1a в варианте осуществления, изображенном на фиг.6, в каждом случае закрыт посредством перемычки 7. При превышении определенного толщиной стенки и материалом перемычки 7 давления в камере 20 сжатия эта перемычка разрывается и тем самым освобождает сквозное отверстие 1.

После разрыва перемычки 7 давление из камеры 20 сжатия через сквозное отверстие 1 и углубления 26 может стравливаться в пространство 25, находящееся в направлении движения S натяжения позади поршня 21, без необходимости наличия для этого зазора между инерционным элементом 19a и торцевой поверхностью 9. При этом защита от превышения давления надежно функционирует даже при полной нагрузке устройства натяжения.

На фиг.7 можно видеть усовершенствование поршня 21, включающего в себя две части 3 и 4, между которыми предусмотрена закладная деталь 30, которая выполнена в виде стакана с кольцевым цилиндрическим продолжением 27 и закрывающим сквозное отверстие 1 разрывным участком 29. Закладная деталь 30 кольцевым цилиндрическим продолжением 27 зажата в радиальном направлении между первой частью 3 и второй частью 4, а в осевом направлении между двумя сужающими сквозное отверстие бортиками 28 и 31 первой и второй части 3 и 4. Тем самым закладная деталь 30 как в осевом, так и в радиальном направлении прочно зажата между частями 3 и 4. Бортик 28 вследствие выбранных размеров и применения в качестве материала полимерного материала действует подобно пружине, так что бортик 28 при вводе закладной части 30 и второй части 4 может несколько подаваться, при этом не разрушаясь или не повреждаясь сам.

При подъеме давления в камере 20 сжатия и возникающем в результате превышении определенной разности давлений, прилагаемых к различным сторонам закладной детали 30, закладная деталь 30 разрывается в области разрывного участка 29, при этом разрыв начинается на кромке бортика 31, которая в этом случае действует в качестве кромки среза. Так как закладная деталь 30 кольцевым цилиндрическим продолжением 27 радиально зажата между частями 3 и 4, деформация закладной детали 30, и, в частности, деформация разрывного участка 29 в осевом направлении ограничивается. Разрыв закладной детали 30 начинается в прилегающем к кромке бортика 31 месте разрывного участка 29, который затем в дальнейшем процессе срезается по кромке бортика 31 в окружном направлении.

Закладная деталь 30 опирается при этом на вторую часть 4, которая обладает более высокой прочностью и торцевой поверхностью 9 опирается на инерционный элемент. Благодаря второй части 4 закладная деталь 30 приобретает соответствующую механическую опору, так что прилагаемая к закладной детали 30 разность давлений целенаправленно ведет к разрыву закладной детали 30, причем без предварительной значительной деформации второй части 4 и влияния ее на момент времени разрыва. Как вторая часть 4, так и закладная деталь 30 могут быть выполнены в виде металлических глубокотянутых деталей. В любом случае вторая часть 4 должна обладать достигнутой путем формообразования или путем выбора материала более высокой устойчивостью формы, чем закладная деталь 30, чтобы закладная деталь 30 при определенной разности давлений разрывалась.

Закладная деталь 30 имеет несколько меньший наружный диаметр, чем внутренний диаметр сквозного отверстия 2 в первой части 3, так что закладная деталь 30 помещена в сквозное отверстие 1 с посадкой с зазором и благодаря этому не оказывает радиальных усилий на первую часть 3. Кроме того, на первой части 3 образована первая опорная поверхность 32, к которой прилегает вторая часть 4 в осевом направлении поршня 21 с геометрическим замыканием в области углублений 26, так что тем самым задано номинальное положение второй части 4 относительно первой части 3 и давление на закладную деталь 30 ограничено.

Кроме того, в закладной детали 30 в области разрывного участка 29 предусмотрена микропроточка 33 шириной приблизительно 0,1 мм. Микропроточка 33 обеспечивает возможность выравнивания давлений между камерой 20 сжатия и находящимся позади поршня 21 пространством 25, без необходимости разрыва для этого разрывного участка 29. Такое выравнивание давлений целесообразно, например, тогда, когда был активирован натяжитель ремня, и затем для последующего обращения с механизмом втягивания ремня безопасности давление должно стравливаться. Благодаря наличию микропроточки 33 можно обойтись без изображенных на фиг.4 пазов 34 в боковой поверхности поршня 21. Кроме того, микропроточка 33 может способствовать разрыву разрывного участка 29.

Благодаря микропроточке 29, кроме того, может обеспечиваться возможность движения поршня 21 против движения натяжения и против еще действующего в камере 20 сжатия давления в начале движения ограничения усилия. В любом случае благодаря микропроточке 33 возможно выравнивание давлений между камерой 20 сжатия и пространством 25 без необходимости разрыва для этого разрывного участка 29, то есть независимо от превышения предусмотренной разности давлений между давлением в пространстве 25 и камере 20 сжатия.