Светозащитное устройство для окна автомобиля

Полезная модель относится к автомобильной технике, а именно к производству и использованию светозащитных устройств, различных штор, экранов, пленок, предохраняющих салон и кабину автомобиля, а также размещающихся в них пассажиров от воздействия солнечных лучей и других излучений.
Известно светозащитное устройство /1/, содержащее складывающееся, подобно вееру, полотно и каркас, закрепляющийся на корпусе автомобиля. Полотно выполнено цельным, с многочисленными складками. С существенными признаками заявленной полезной модели совпадает следующий признак аналога: ... содержащее полотно.
Недостатками аналога являются: недостаточная прочность мест изгибов на полотне светозащитного устройства; относительно малое количество циклов складывания-раскладывания светозащитного устройства.
Наиболее близким по технической сущности к заявленной полезной модели (прототипом) является светозащитное устройство для окна автомобиля, содержащее, по меньшей мере, одно светозащитное полотно 121. Полотно содержит два отверстия, которые являются элементами двух устройств крепления светозащитного устройства к автомобилю, в частности, к внутренней поверхности окна автомобиля. Полотно выполнено цельным, с многочисленными складками-гофрами пилообразного профиля, образующие которых перпендикулярны верхней и нижней кромкам полотна, последовательно примыкающими друг к другу.
С существенными признаками заявленной полезной модели совпадают следующие признаки прототипа светозащитное устройство для окна автомобиля, содержащее, по меньшей мере, одно светозащитное полотно
Недостатками прототипа являются низкие прочностные характеристики мест сгибов и мест расположения отверстий для устройств крепления на полотне светозащитного устройства, относительно малое количество циклов складыванияраскладывания светозащитного устройства, что сокращает срок службы светозащитного полотна
Для устранения этих недостатков целесообразно было бы места сгибов (области сгибов на полотне) и места расположения отверстий в полотне упрочнить, например, прессованием материала полотна, армированием более прочными волокнами или выполнением полотна многослойным
Сущность полезной модели В основу настоящей полезной модели положено решение следующей задачи продление срока службы светозащитного устройства для окна автомобиля При осуществлении полезной модели могут быть получены следующие технические результаты повышение прочностных характеристик мест сгибов на полотне светозащитного устройства, увеличение количества циклов складывания-раскладывания светозащитного устройства, упрочнение светозащитного полотна в местах расположения устройств крепления
Указанные технические результаты достигаются тем, что светозащитное устройство для окна автомобиля содержит, по меньшей мере, одно светозащитное полотно и, по меньшей мере, часть светозащитного полотна или все светозащитное полотно выполнено из полимерного материала, в частности, из полиэтилена и содержит, по меньшей мере, две области, у которых различны значения пределов прочности при растяжении
От наиболее близкого аналога (прототипа) полезная модель отличается следующими признаками: по меньшей мере, часть светозащитного полотна или все светозащитное полотно выполнено из полимерного материала, в частности, из полиэтилена и содержит, по меньшей мере, две области, у которых различны значения пределов прочности при растяжении.
Дополнительным техническим результатом, который может быть получен при реализации полезной модели, может быть увеличение количества циклов сматывания и разматывания светозащитного полотна (или шторки).
Светозащитное устройство может содержать одно светозащитное полотно или несколько, например, от 2 до 100, соединенных по торцам полотен или расположенных параллельно друг другу. Это может существенно продлить срок службы устройства.
Повышение прочностных характеристик мест изгибов на полотне светозащитного устройства, увеличение количества циклов складывания-раскладывания или сматывания-разматывания полотна светозащитного устройства достигается за счет того, что часть светозащитного полотна или все светозащитное полотно выполнено, по меньшей мере, из двух слоев.
С целью расширения возможностей по применению светозащитных устройств, по меньшей мере, одно светозащитное полотно выполнено таким образом, что содержит, по меньшей мере, две области, у которых различны значения коэффициентов поглощения, показателей поглощения и коэффициентов пропускания солнечного излучения. При этом, по меньшей мере, одна область светозащитного полотна может быть выполнена с коэффициентом поглощения солнечного излучения от 0.2 до 0.99. Светозащитное полотно поглощает свет, т.е. обеспечивает уменьшение интенсивности оптического излучения (света), проходящего через материальную среду светозащитного полотна, за счёт процессов его взаимодействия со средой полотна. Световая энергия при поглощении переходит в различные формы внутренней энергии среды полотна,
например в тепло. Кроме того, она может быть полностью или частично переизлучена средой на частотах, отличных от частоты поглощённого излучения. Закон, описывающий поглощение света, - закон Бугера /3/:
где I - интенсивность света, прошедшего слой среды полотна;
IQ - интенсивность исходного светового потока, падающего на полотно;
L - толщина слоя полотна;
k - показатель поглощения света. Зависит от длины волны;
Я - длина волны света.
При прохождении слоя полотна интенсивность светового потока уменьшается на долю, которая зависит только от показателя поглощения и толщины слоя полотна. Собственно показатель поглощения не зависит от I и L. Таким образом, увеличение или
уменьшение поглощательной способности полотна может быть достигнуто за счет увеличения или уменьшения толщины полотна, за счет подбора соответствующего материала полотна (или части полотна), а также за счет механической обработки полотна или его части.
Зависимость k от А называется спектром поглощения вещества полотна. При
возрастании произведения  поглощение света средой полотна усиливается на всех частотах - линии и полосы поглощения расширяются /3/.
Процесс поглощения света также характеризуется коэффициентом поглощения а /4/, определяющим отношение потока излучения, поглощенного полотном, к потоку излучения, упавшему на полотно. Коэффициент поглощения связан с коэффициентами отражения и пропускания следующей зависимостью:
НЫЛ
где р - коэффициент отражения;
г - коэффициент пропускания.
Повышение срока службы светозащитного устройства и эффективности его работы может достигаться за счет выбора материала полотна, стойкого к изгибным знакопеременным нагрузкам и нанесением на его поверхность покрытия с высоким значением коэффициента поглощения а или показателя поглощения света k д
Светозащитное устройство может быть выполнено таким образом, что, по меньшей мере, часть светозащитного полотна в поперечном или продольном сечении выполнена с переменной толщиной по длине сечения, то есть, по меньшей мере, часть полотна в поперечном или продольном сечении выполнена с чередующимися утолщениями и утонениями сечения. Утонения полотна достигаются за счет прессования материала, что может существенно увеличивать прочностные свойства полотна. В местах с наименьшей толщиной могут располагаться сгибы полотна. Прессование полотна вызывает повышение коэффициента поглощения света полотном.
Светозащитное устройство может содержать, по меньшей мере, одно устройство крепления светозащитного устройства к автомобилю, в частности, к внутренней поверхности окна автомобиля, а светозащитное полотно может содержать, по меньшей мере, один элемент устройства крепления светозащитного устройства к автомобилю, выполненный в виде отверстия. Для повышения срока службы полотна кромка отверстия упрочняется путем прессования материала вокруг отверстия.
Для повышения светопропускной способности полотна, по меньшей мере, часть светозащитного полотна выполнена перфорированной, причем поверхность светозащитного полотна, занимаемая перфорацией, составляет от 50% до 100% от общей поверхности светозащитного полотна, а суммарная площадь отверстий
а- 1 - р - г,
перфорации составляет от 0.05% до 95% от площади поверхности светозащитного полотна.
В качестве устройств крепления светозащитного устройства к автомобилю могут использоваться такие известные устройства, как присоски 111. Светозащитное устройство может крепиться одной присоской, двумя, четырьмя и т.д. Отверстие в светозащитном полотне является элементом устройства крепления светозащитного устройства к автомобилю. Другой элемент устройства крепления выполнен в виде присоски с приливом на тыльной стороне для закрепления в отверстии, выполненном в светозащитном полотне.
Повышение прочностных характеристик мест изгибов на полотне светозащитного устройства, увеличение количества циклов складывания-раскладывания или сматывания-разматывания полотна светозащитного устройства достигается за счет того, что светозащитное полотно содержит, по меньшей мере, две области, у которых максимальное значение предела прочности при растяжении отличается от минимального значения предела прочности при растяжении в 1.01:10.00 раз.
Прочность полотен светозащитных устройств - это свойство полотен сопротивляться разрушению (разделению на части), а также необратимому изменению формы (пластической деформации) под действием внешних нагрузок. В зависимости от материала полотна, вида напряжённого состояния (растяжение, сжатие, изгиб и др.) и условий эксплуатации (температура, время действия нагрузки и др.) различают, в частности, предел текучести при растяжении, предел прочности при растяжении (временное сопротивление), предел усталости и др. Физическая природа прочности материалов полотен светозащитных устройств обусловлена силами взаимодействия между атомами, составляющими материал полотна. Эти силы зависят главным образом от взаимного расположения атомов. Например, сила взаимодействия двух соседних атомов (если пренебречь влиянием окружающих атомов) зависит лишь от расстояний
между атомами. При равновесном расстоянии, равном, приблизительно, 10 нм, эта сила равна нулю. При меньших расстояниях сила положительна и атомы отталкиваются, при больших - притягиваются. На критическом расстоянии сила притяжения по абсолютной величине максимальна и равна FT. Например, если при растяжении полотна с поперечным сечением S0 действующая сила Р, направленная вдоль его поверхности (плоскости продольного сечения полотна), такова, что приходящаяся на данную пару атомов внешняя сила превосходит максимальную силу притяжения FT, то последние удаляются друг от друга. Однако, чтобы полотно разрушилось по некоторому поперечному сечению, необходимо, чтобы все пары атомов, расположенные по обе стороны от рассматриваемого поперечного сечения, испытывали силу, превосходящую FT. Напряжение, отвечающее силе FT, называется теоретической прочностью на разрыв
St (St  0,1 Е, где Е - модуль Юнга материала, из которого выполнено полотно. Но на опыте наблюдается разрушение при нагрузке Р, которой соответствует напряжение s  , в 100-1000 раз меньшее St. Расхождение теоретической прочности на разрыв с действительной - пределом прочности при растяжении (или пределом прочности на разрыв) объясняется неоднородностями структуры полотна (посторонние включения, микротрещины и др.), из-за которых нагрузка распределяется неравномерно по поперечному сечению полотна.
Механизм разрушения связан с зарождением или увеличением микротрещин при напряжении ниже St. Если на малом участке поперечного сечения полотна (но значительно превышающем сечение одного атома) локальное напряжение окажется больше St, вдоль этого сечения произойдёт разрыв. Края разрыва разойдутся на расстояние, большее Г на котором межатомные силы уже малы, и образуется трещина. Локальные напряжения особенно велики у края образовавшейся трещины, где происходит концентрация напряжений, причём они тем больше, чем больше её размер.
Если этот размер больше некоторого критического гс, на атомы у края трещины действует напряжение, превосходящее ST) и трещина растет дальше по всему сечению
полотна с большой скоростью - наступает разрушение. Прежде чем возрастающее внешнее усилие достигнет необходимой для разрушения величины, отдельные группы атомов, особенно входящие в состав дефектов, обычно испытывают перестройки, при которых локальные напряжения уменьшаются (релаксируют). В результате происходит необратимое изменение формы полотна - пластическая деформация.
Меры повышения предела прочности полотна при растяжении могут быть следующими. При создании высокопрочных полотен или областей (участков) на полотне необходимо повысить предел прочности при растяжении и сопротивление пластической деформации. Это достигается либо за счёт снижения плотности дефектов (прочность полотен из нитевидных кристаллов, лишённых подвижных дислокаций, достигает теоретической), либо за счёт предельно большой плотности дислокаций в мелкодисперсном материале. Второе требование сводится к выбору материала с высокой теоретической прочностью, например с S  0,1 Е. Создать материалы с
модулем Юнга Е, превышающим максимальные встречающиеся в природе значения, можно искусственно, путем применения высоких давлений прессованием полотна или его части. Большие значения ST затрудняют зарождение микротрещин. Чтобы
предотвратить их рост, материал должен быть достаточно пластичным. Тогда у вершины трещины необходимые для её роста высокие напряжения рассасываются за счёт пластической деформации. Сочетание высокой прочности (предела прочности полотна при растяжении) и пластичности достигается прессованием и термомеханической обработкой материала.
Плотность материала определяется усилием прессования при изготовлении. С увеличением плотности возрастают твёрдость, модуль упругости при изгибе, предел текучести, химическая стойкость. Полиэтилен имеет высокую прочность при растяжении (предел прочности при растяжении), равную 10:45 Мн/м2, и эластичность (относительное удлинение при разрыве 500-1000%). Полимер устойчив к действию агрессивных жидкостей, например, щелочей любых концентраций, органических кислот, концентрированных соляной и плавиковой кислот. Применение полимеров в качестве светозащитных полотен позволит повысить защиту салона автомобиля и находящихся в нем людей от действия агрессивных жидкостей.
Таким образом, поставленная задача полезной модели решена.
Перечень фигур чертежей. На Фиг.1 изображено светозащитное устройство для окна автомобиля, выполненное из одного светозащитного полотна. На фиг. 2 изображено светозащитное устройство с одним центральным отверстием для крепления полотна к окну автомобиля с помощью присоски. На Фиг.З изображено светозащитное устройство для окна автомобиля, выполненное из одного перфорированного светозащитного полотна. На Фиг.4 изображено светозащитное устройство для окна автомобиля в сложенном положении. На Фиг.5 изображено перфорированное светозащитное полотно.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели. На Фиг.1 изображено светозащитное устройство для окна автомобиля. Устройство выполнено из одного светозащитного полотна 1. Полотно содержит пять областей. Области 2, 3, 4 и 5 выполнены менее плотными, чем область 6. Область 6 уплотнена прессованием и имеет большее значение предела прочности при растяжении чем области 2, 3, 4 и 5. В области 6 расположено два отверстия 11 и 12 для крепления к
корпусу автомобиля. Кроме того, полотно выполнено двухслойным. На его четырех участках нанесено лакокрасочное покрытие 7, 8, 9 и 10. В качестве покрытия /4/ могут использоваться лаки, краски с различными значениями коэффициентов поглощения солнечного излучения (см. Таблицу 1).
На фиг. 2 изображено светозащитное устройство 13 с одним центральным отверстием 14 для крепления полотна к окну автомобиля с помощью присоски. На полотне расположено пять областей: 15, 16, 17, 18 и 19. Области 15, 16, 17 и 18 выполнены менее плотными, чем область 19. Область 19 уплотнена прессованием и имеет большее значение предела прочности при растяжении чем области 15:18.
На фиг. 1 и 2 пунктирными линиями нанесены линии сгиба полотен. На полотне 1 (см. фиг.1) это линии 20, 21 и 22. На полотне 13 (см.фиг.2) это линии 23, 24, 25 и 26.
На Фиг.З изображено светозащитное устройство для окна автомобиля, выполненное из одного перфорированного светозащитного полотна 27. Полотно наматывается (в нерабочем положении) на вал 28, имеющий устройства крепления 29 и 30 к корпусу автомобиля. Полотно выполнено с переменной толщиной продольного сечения (см. фиг.З, сечение А-А). В рабочем положении полотно фиксируется с помощью двух присосок 31 и 32, закрепленных на окне автомобиля 33.
На Фиг. 4 изображено светозащитное устройство для окна автомобиля в сложенном положении. Область 34 на полотне находится в растянутом состоянии. Область 35 на полотне находится в сжатом состоянии. Разделяет две эти области нейтральная линия 36.
На Фиг.5 изображено перфорированное светозащитное полотно 37. Пунктирными линиями 38, 39, 40 и 41 на полотне обозначены линии сгибов полотна. Линии сгибов расположены на двухслойной области 42 полотна. Область 42 усиливает полотно в местах сгиба.
Полотно 1 закрепляется на внутренней стороне окна автомобиля с помощью присосок (например, как описано в источнике /2/) по средством отверстий в полотне 11 и 12. Закрываемая поверхность регулируется за счет складывания полотна в «гармошку по линиям сгиба 20, 21 и 22. Линии сгиба расположены в уплотненной области полотна 6. Полотно в области 6 может иметь предел прочности при растяжении в 1.01:10 раз выше, чем в областях 2, 3, 4 и 5. Это продлит срок службы полотна в 1.01:10 раз по сравнению с ситуацией, когда полотно выполнено без области уплотнения 6. Однако область 6 имеет и более высокий коэффициент поглощения солнечного излучения, что приводит к неравномерному светопропусканию или светопоглощению полотном, к неравномерному световому фону полотна при его освещении солнечными лучами. Для выравнивания светового фона полотна необходимо области 2, 3, 4 и 5 выполнить двухслойными, например, покрыть лакокрасочным покрытием. Если необходимо, например, существенно (в разы) уменьшить светопропускание этими областями, то покрытие выбирается типа «Краска черная глянцевая (см. Таблицу 1). Если необходимо, например, несущественно (на 10:15%) уменьшить светопропускание этими областями, то покрытие выбирается типа «Диоксид титана белый (см. Таблицу 1) или «Краска белая неорганическая). Полотно в поперечном или продольном сечении (см. Фиг.1, сечение А-А) выполнено с чередующимися утолщениями и утонениями сечения.
Полотно могло быть выполнено полностью уплотненным с постоянной толщиной сечения, тогда не требовалось бы нанесение лакокрасочного покрытия. Но в этом случае существенно  увеличились бы затраты на изготовление такого полотна. Следует также заметить, что увеличением толщины полотна не может быть достигнуто повышение предела прочности материала полотна при растяжении, так как этот показатель зависит от материала полотна и качества обработки полотна давлением.
В сложенном положении область 6 полотна подвергается существенным нагрузкам растяжения и сжатия (см. Фиг.4). Область растяжения 34 более критична с точки зрения обеспечения прочности полотна, чем область сжатия 35. Именно в области 34 при изгибах полотна развиваются микротрещины, которые приводят в итоге к разрушению светозащитного полотна.
Светозащитное полотно может выполняться, например, в форме восьмиугольника (см. Фиг.2). Складывание такого полотна осуществляют по линиям сгибов 23, 24, 25 и 26. На полотне область 19 уплотнена и упрочнена по сравнению с областями 15, 16, 17 и 18. Для солнечного света области 15, 16, 17 и 18 более прозрачны, чем область 19. Закрепляется светозащитное полотно на окне автомобиля с помощью присоски по средством отверстия 14. Конструкция крепления аналогична показанной на Фиг.З в сечении Б-Б.
Область 19 светозащитного полотна может выполняться с коэффициентом поглощения солнечного излучения от 0.5 до 0.99. Области 15:18 светозащитного полотна могут выполняться с коэффициентом поглощения солнечного излучения от 0.2 до 0.499.
Светозащитное полотно может выполняться наматывающимся на вал 28 (см. Фиг.З). При этом в намотанном положении полотно в районе крепления его к валу испытывает наибольшие растягивающие нагрузки из-за малого радиуса изгиба полотна. По мере удаления от места крепления и увеличения радиуса изгиба растягивающие усилия уменьшаются. Рациональная конструкция такого светозащитного полотна может быть с переменной толщиной по длине сечения (см. Фиг 3, сечение А-А). В районе крепления к валу полотно более уплотнено и упрочнено. Кроме того, данное светозащитное полотно выполнено с перфорацией, причем поверхность светозащитного полотна, занимаемая перфорацией, составляет примерно 50% от общей поверхности светозащитного полотна. Конструктивно поверхность светозащитного полотна,
занимаемая перфорацией, может составлять 50:100% от общей поверхности светозащитного полотна. Характеристики перфорации выбираются исходя из требований светопропускания полотном. На фиг. 5 показано полотно, у которого поверхность светозащитного полотна, занимаемая перфорацией, составляет примерно 95:100% от общей поверхности светозащитного полотна. Это полотно выполнено складывающимся по линиям 38, 39, 40 и 41. Упрочнение сгибов осуществлено за счет выполнения области сгибов полотна многослойной, в частности, двухслойной. Так, полотно может выполняться из картона с пределом прочности при растяжении 5:15МПа, а область сгибов полотна может быть усилена, например, полиэтиленом-НД с пределом прочности при растяжении 32МПа. В этом случае срок службы светозащитного полотна может быть продлен в 2:6 раз.
Таким образом, выше приведенные сведения подтверждают возможность осуществления полезной модели. При осуществлении полезной модели будут получены следующие технические результаты: повышение прочностных характеристик мест сгибов на полотне светозащитного устройства; увеличение количества циклов складывания-раскладывания светозащитного устройства; упрочнение светозащитного полотна в местах расположения устройств крепления.
Будет решена задача продления срока службы светозащитного устройства для окна автомобиля.
Значения коэффициентов поглощения для различных типов покрытий толщиной в 1 мм