УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАТЯЖЕНИЯ РЕМНЯ БЕЗОПАСНОСТИ
SAFETY BELT TENSIONER

Настоящее изобретение касается устройства для натяжения ремня безопасности транспортного средства.
В EP 0629531 B1 раскрыто устройство для натяжения ремня безопасности, содержащее поршень, приводимый в движение давлением газа и перемещающийся линейно в направляющей поршня в процессе натяжения ремня безопасности. Перемещение поршня давлением газа приводит к перемещению механизма взаимоблокировки, а именно зубчатой рейки, которая перемещается лишь продольно вместе с поршнем для зацепления с шестерней. Шестерня связана с катушкой ремня безопасности натяжителя ремня безопасности с возможностью приведения ее в движение или может быть связана с катушкой ремня с помощью муфты. В EP 0980799 B1 и EP 0992406 A2 указаны такого типа устройства для натяжения ремня безопасности транспортного средства.
В известных устройствах для натяжения ремня безопасности зацепление зубчатой части на поршне и зубчатой части на шестерне происходит по существу в тангенциальном направлении, что приводит к созданию существенных напряжений в зубчатой части. В настоящем изобретении достигнута возможность упрощенной передачи движения и сил между приводимым в движение поршнем и шестерней, связанной с катушкой натяжителя ремня безопасности.
Согласно изобретению зубчатая часть, относящаяся к поршню, может смещаться в направлении, поперечном направлению перемещения приведенного в движение поршня. Зубчатая часть, относящаяся к поршню, представляет собой зубчатую рейку, на которой выполнен зубчатый привод в виде зубьев, причем вследствие давления газа внутри расширяемой камеры, зафиксированной на поршне, зубчатая часть, относящаяся к поршню, входит в зацепление с зубчатой частью шестерни не по касательной.
Далее будет представлен пример осуществления изобретения со ссылкой на чертежи.
Фиг.1 - вид сбоку в сечении варианта выполнения устройства для натяжения ремня безопасности согласно настоящему изобретению в качестве примера.
Фиг.2 - разнесенный вид в перспективе варианта выполнения устройства в качестве примера.
Фиг.3А-3G - ряд видов в сечении, на которых объясняется работа варианта выполнения устройства в качестве примера.
На фиг.4 показан лист металла, который можно сложить для изготовления направляющей поршня в варианте выполнения устройства в качестве примера.
Фиг.5 - вид в перспективе направляющей поршня, изготовленной с использованием металлической детали, показанной на фиг.4.
Пример устройства для натяжения ремня 21 безопасности транспортного средства, показанный на чертежах, содержит направляющую 1 поршня, в которой поршень 2 может приводиться в движение и перемещаться давлением газа. Поршень 2 совершает линейное перемещение в направляющей поршня. Сечение канала 36 направляющей поршня, образованного в направляющей 1 поршня, выполнено с возможностью сопряжения с сечением поршня 2. В представленном примере канал 36 направляющей поршня имеет по существу прямоугольное сечение, как показано на фиг.2. Сечение также может быть эллиптическим или овальным. Предпочтительно сечения поршня 2 и канала 36 направляющей поршня в направляющей 1 поршня должны быть некруглой формы, чтобы избежать вращения поршня относительно канала направляющей поршня.
0
Зубчатая часть 3 выполнена на зубчатой рейке 15 как единое целое с ней, причем зубчатая рейка 15 установлена на поршне 2 по меньшей мере частично посредством расширяемой камеры 24. Зубчатая часть 3 содержит ряд зубьев 17, которые составляют единое целое с зубчатой рейкой 15. Зубчатая рейка 15 может быть цельной зубчатой рейкой. Зубчатая рейка может иметь U-образное сечение, как показано на фиг.2. Зубчатую рейку 15 с зубчатой частью 3 помещают в ответную выемку 34 поршня 2. Верхняя и нижняя торцевые поверхности 30 направляющей поршня, из которых на фиг.2 можно видеть только нижнюю торцевую поверхность направляющей поршня, служат направляющими для зубчатой рейки 15 с зубчатой частью 3, установленной на поршне по меньшей мере частично посредством расширяемой камеры 24. Торцевые поверхности 30 направляющей поршня расположены поперек направления, обозначенного стрелкой X на фиг.3D, в котором приводится в движение поршень 2. Эти торцевые поверхности 30 направляющей поршня могут располагаться под небольшим углом наклона, причем наклон образован вниз справа налево на фиг.1. Угол наклона относительно горизонтальной прямой представляет собой малый по величине острый угол, составляющий менее 10°. В результате этого достигается перемещение зубчатой части 3, расположенной на зубчатой рейке 15, установленной на поршне 2 по меньшей мере частично посредством расширяющейся камеры 24, в направлении от поршня, которое образует угол менее 10 с перпендикуляром направлению X, в котором приводится в движение поршень 2, что приводит к созданию меньших напряжений в зубчатой части 3 зубчатой рейки 15 и зубчатой части 16 шестерни 4, когда они находятся в зацеплении.
Шестерня 4 предпочтительно соединена с катушкой ремня безопасности натяжителя 13 ремня безопасности так, чтобы шестерня не могла вращаться независимо от катушки ремня безопасности. Как станет ясно ниже, между шестерней 4 и катушкой ремня безопасности необязательно предусматривать муфту сцепления и/или муфту свободного хода, поскольку эта функция становится излишней в силу возможности поперечного перемещения зубчатой части 3, так как функция муфты возложена на зубчатую часть 3, выполненную как единое целое с зубчатой рейкой 15, установленной на поршне 2 по меньшей мере частично посредством расширяемой камеры 24, так что зубчатая часть 3 может совершать поперечное перемещение относительно направления X, в котором приводится в движение поршень 2 в процессе натяжения ремня безопасности. Попросту говоря, вращение шестерни приводит к вращению катушки ремня безопасности без муфты на линии передачи между шестерней и катушкой ремня безопасности.
На фиг.1 и фиг.3А показано положение покоя или исходное положение поршня 2 в направляющей 1 поршня. В этом положении шестерня 4 и катушка ремня безопасности, присоединенная к ней, на которую намотан ремень 21 безопасности в натяжителе 13 ремня безопасности, могут свободно вращаться относительно зубчатой части 3, образованной как единое целое с зубчатой рейкой 15, установленной на поршне 2 по меньшей мере частично посредством расширяемой камеры 24. Как показано на фиг.1 и фиг.3А, в положении покоя или в исходном положении, когда поршень 2 находится в стационарном состоянии, зубчатая часть 3 зубчатой рейки 15 расположена на расстоянии от зубчатой части 16 шестерни 4 по линии, проходящей радиально от оси вращения шестерни.
Как показано на фиг.5, на направляющей 1 поршня предусмотрен монтажный элемент, к которому можно крепить генератор 9 газа для подачи вытесняющего газа. Генератор 9 газа предпочтительно фиксируется на предварительно собранном блоке, содержащем направляющую 1 поршня, поршень 2 и зубчатую часть 3.
Поршень удерживается в стационарном положении, прежде чем начнет движение, например, с помощью стопорного устройства 5, до тех пор, пока не произойдет зацепление зубчатых частей 3, 16, расположенных на поршне 2 и шестерне 4. Благодаря стопорному устройству 5 можно сделать так, чтобы поршень пришел в движение лишь по достижении заданного уровня давления газа в надувной камере 24 после зацепления зубчатых частей 3, 16, расположенных на поршне 2 и шестерне 4. Таким образом, гарантируется, что зацепление произойдет по существу в радиальном направлении относительно шестерни 4. Напряженное состояние материала рейки и шестерни, особенно в области зубчатых частей, будет существенно ниже, чем в случае зацепления по касательной. Такое зацепление может быть выполнено точно в радиальном направлении, однако возможно зацепление, осуществляемое под сравнительно малым острым углом (менее 10°) относительно точного радиального направления, причем угол отложен в направлении движения поршня.
В процессе приводного перемещения поршня 2 зацепление зубчатой части 3 зубчатой рейки с зубчатой частью 16 шестерни 4 поддерживается давлением газа внутри расширяемой камеры 24. Для этого поршень предпочтительно содержит полость 6, контур которой определяется расширяемой камерой 24, работающей как камера повышенного давления, в которой создается давление газа, необходимое для перемещения поршня. Как объяснялось выше, это давление газа поддерживает сцепление зубчатых частей 3, 4 при линейном перемещении поршня в направляющей поршня.
Если при столкновении или при ином избыточном ускорении, действующем на транспортное средство, генератор 9 газа, закрепленный на направляющей 1 поршня, как показано на фиг.5, срабатывает по пусковому сигналу, переданному по электрическим кабелям 29, рабочее тело, расположенное в генераторе газа, воспламеняется для образования газа, который подается в расширяемую камеру 24, образующую контур полости 6 внутри направляющей 1 поршня. Вытесняющий газ вводится через входное отверстие 14 в верхней части канала 36 направляющей поршня направляющей 1 поршня. В начале введения вытесняющего газа (фиг.3B) в расширяемой камере 24, расположенной в поршне 2, давление газа увеличивается, при этом давление газа, например, в силу статического трения еще недостаточно высоко, чтобы сместить поршень 2 из положения покоя. Кроме того, с помощью стопорного устройства 5 поршень 2 может удерживаться в положении покоя, по мере того как вытесняющий газ начинает затекать внутрь, как показано на фиг.3B. Показанное стопорное устройство 5 представляет собой лепесток, загнутый в направляющую поршня в проход для поршня. В результате увеличения давления газа в расширяемой камере 24 зубчатая рейка 15, имеющая зубчатую часть 3, смещается от поршня через выемку 34 поперек продольного направления продолжения канала 36 направляющей поршня направляющей 1 поршня по направлению к зубчатой части 16 шестерни 4. Из положения покоя, показанного на фиг.3А, зубчатая часть 3 перемещается в положение зацепления, показанное на фиг.3B, в котором зубчатая часть 3 зубчатой рейки 15 и зубчатая часть 16 шестерни 4 входят в зацепление, в то время как поршень остается в положении покоя и не перемещается вдоль канала 36 направляющей поршня направляющей 1 поршня. По мере дополнительного поступления газа в расширяемую камеру 24 давление газа в расширяемой камере и в верхней части канала 36 направляющей поршня направляющей 1 поршня возрастает. Когда некоторое заданное давление газа превышено, стопорное устройство 5 перестает выполнять свои функции, и поршень 2 смещается вдоль канала 36 направляющей поршня в направляющей 1 поршня в направлении, обозначенном стрелкой X на фиг.3D. Такое перемещение показано на фиг.3С и фиг.3D. Ремень 21 безопасности наматывается на катушку натяжителя 13 ремня безопасности в направлении 26 втягивания ремня, что приводит к натяжению полотна ремня, закрепленного вокруг пассажира транспортного средства. Перемещение поршня 2 продолжается до достижения конечного положения поршня, показанного на фиг.3Е, в котором поршень удерживается на месте запирающим элементом 7, расположенным на конце канала 36 направляющей поршня. Запирающий элемент 7 может быть предусмотрен в другом пригодном месте в направляющей 1 поршня.
Полость 6 в качестве своей оболочки располагает расширяемой камерой 24, содержащей газонепроницаемый материал, ткань или другой листовой материал, обладающий определенной газопроницаемостью, такой как материал для изготовления воздушной подушки безопасности. Расширяемая камера выполнена с возможностью того, что давление газа, необходимое для сцепления расширяемой камерой зубчатых частей 3, 4 и линейного перемещения поршня 2 в направляющей 1 поршня, поддерживается достаточно долго для натяжения ремня 21 безопасности. С этой целью расширяемая камера 24, а фактически полость 6, может передавать давление газа по меньшей мере в направлении перемещения зубчатой рейки 15, т.е., если говорить о чертежах, горизонтально влево. Расширяемая камера 24 может быть выполнена в виде одного элемента, имеющего периферийное уплотнение 25 у верхней кромки, которое охватывает верхнее входное отверстие полости 6. Расширению расширяемой камеры 24 может способствовать то, что расширяемая камера снабжена раскладывающимися складками 19. Часть расширяемой камеры 24, служащая опорой стороне зубчатой рейки 15, противоположной зубчатой части 3, смещается от поршня в направлении шестерни 4. Это перемещение обусловлено давлением газа в расширяемой камере 24. Как объяснялось ранее, зубчатая рейка 15, имеющая зубчатую часть 3, смещается по существу в радиальном направлении по направлению к шестерне 4, и зубчатая часть 3 входит в зацепление с зубчатой частью 16 шестерни. Благодаря этому зацеплению движение поршня, которое описано выше и проходит этапы от положения, представленного на фиг.3B, до положения, представленного на фиг.3Е, передается на шестерню 4 и, следовательно, на катушку натяжителя 13 ремня безопасности.
Когда натяжение ремня безопасности завершено, давление газа в расширяемой камере 24 снижается, например, посредством клапана, или через ткань, или другой листовой материал, обладающий определенной газопроницаемостью, входящий в состав расширяемой камеры 24. Когда в расширяемой камере 24 достигается заданный уровень снижения давления, зубчатая часть 3 выходит из зацепления с шестерней 4 и зубчатая рейка 15 возвращается в исходное положение под действием возвращающей силы, которая может создаваться двумя возвратными пружинами 18, задействованными на верхнем торце и на нижнем торце зубчатой рейки. Такое положение представлено на фиг.3G. Вместо двух возвратных пружин 18, которые опираются на поршень через опорные элементы 22, может обеспечиваться только одна возвратная пружина, установленная на поршне 2. На поршне 2 предусмотрено отверстие 23 для стравливания давления, которое открыто для снижения давления газа, если в полости образуется избыточное давление газа.
После осуществления рабочего хода натяжения зубчатая часть 3 выходит из зацепления с зубчатой частью 16 шестерни под воздействием возвращающей силы, создаваемой возвратной пружиной 18, как показано на фиг.3G, и катушка ремня безопасности может вращаться, будучи не связанной поршнем 2, в направлении 27 вытягивания полотна ремня. Таким образом, становится возможным перемещение вперед лица, занимающего место в транспортном средстве, снабженном ремнем безопасности, но такое перемещение вперед контролируется ограничителем нагрузки. Ограничители нагрузки, такие как торсионные стержни или электроприводы катушек ремней, хорошо известны.
Поскольку, как объяснялось выше, зубчатая рейка 15 изначально имеет возможность перемещения в направлении шестерни независимо от линейного перемещения поршня, перемещение зубчатой части 3, которая на ней предусмотрена, оказывает эффект муфты, когда сила передается от поршня на катушку ремня, и между шестерней 4 и катушкой ремня муфты не требуется. Шестерня 4, таким образом, может быть связана с катушкой натяжителя 13 ремня безопасности, так что шестерня не может вращаться независимо от катушки ремня безопасности.
Для обеспечения снижения давления газа в расширяемой камере 24 после осуществления рабочего хода поршня по натяжению ремня на рабочем этапе, показанном на фиг.3F, может быть предусмотрен клапан сброса давления, однако он подробно не показан. Расширяемая камера 24 может быть выполнена из ткани или другого листового материала, обладающего определенной газопроницаемостью, такого как материал для изготовления воздушной подушки безопасности, для обеспечения того, чтобы в полости 6 повышенное давление сохранялось лишь на заданное время.
На фиг.5 представлен вид в перспективе предпочтительного варианта осуществления направляющей 1 поршня. Направляющая поршня определяет канал 36 направляющей поршня, вдоль которого линейно перемещается поршень 1 под давлением газа. Направляющая 1 поршня может быть выполнена из отштампованного металлического элемента, показанного на фиг.4, путем ее складывания.
Направляющая 1 поршня по изобретению может быть выполнена из отштампованного металлического элемента, который складывают для придания окончательной формы направляющей поршня. На одном или нескольких участках, где сложенные металлические части опираются друг на друга, предусмотрен сварной шов, предпочтительно лазерной сваркой. Форма исходного металлического отштампованного элемента такова, что после складывания с получением формы, необходимой для направляющей поршня, сохраняются крепежные язычки. Предпочтительно на крепежных язычках обеспечиваются крепежные точки для крепления устройства для натяжения ремня безопасности к раме натяжителя 13 ремня безопасности. Крепежные точки могут удовлетворять соответствующим требованиям по монтажу. Кроме того, могут обеспечиваться выемки для установки шестерни 4 на крепежные язычки.
Заданные конструкционные элементы выполнены как единое целое с металлическим элементом 28. Конструкционными элементами здесь являются крепежные язычки 11, имеющие отверстия, которые образуют крепежные точки 20 для последующего крепления направляющей 1 поршня к раме 12 натяжителя ремня безопасности, например, посредством винтового или клепочного соединения или иного средства крепления. В области расположения крепежных язычков 11 в металлическом элементе 28 образованы круглые проходы 31, а именно выемки, служащие для установки шестерни 4 в области расположения крепежных язычков. Металлический элемент 28 складывают в форме коробки, показанной на фиг.5, для образования направляющей 1 поршня. На участках 10 соударения сложенные части сваривают предпочтительно лазерной сваркой.
Направляющая 1 поршня и размещенный в ней поршень 2, имеющий зубчатую рейку 15, могут быть предварительно собраны как единый узел. На этом узле предусмотрена крепежная точка 8, на которой, после того как изготовлен узел, может быть закреплен генератор 9 газа, генерирующий вытесняющий газ. Отверстия 20 могут быть расположены в желаемых местах на язычке 11 для удовлетворения различным требованиям по монтажу. Направляющая 1 поршня, таким образом, может быть закреплена в произвольном угловом положении относительно оси вращения шестерни на раме натяжителя ремня безопасности.
Таким образом, устройство для натяжения ремня безопасности по настоящему изобретению содержит поршень 2, выполненный с возможностью линейного перемещения в направляющей 1 поршня давлением газа, а также первую зубчатую часть 3, выполненную с возможностью линейного перемещения поршнем 2, при этом первая зубчатая часть 3 используется для передачи движения от поршня ко второй зубчатой части 16, которая представляет собой часть шестерни 4, путем сцепления первой и второй зубчатых частей 3, 16, причем шестерня 4 соединена или выполнена с возможностью соединения с катушкой ремня безопасности натяжителя 13 ремня безопасности таким образом, что вращение шестерни 4 вызывает вращение катушки ремня безопасности, при этом первая зубчатая часть 3 выполнена на зубчатой рейке 15 как единое целое с ней, причем зубчатая рейка установлена на поршне 2 по меньшей мере частично посредством расширяемой камеры 24, первая зубчатая часть 3 входит в зацепление со второй зубчатой частью 16 под давлением газа в расширяемой камере 24, перемещающей зубчатую рейку 15 в направлении от поршня 2, прежде чем поршень начнет линейно перемещаться в направляющей 1 поршня.