ТОРСИОННЫЙ ОГРАНИЧИТЕЛЬ ДВИЖЕНИЯ ДВЕРИ
TORSION DOOR MOVEMENT LIMITER

Перекрестная ссылка на родственные заявки
Настоящая заявка испрашивает приоритет патентной заявки США №13/226348, поданной 6 сентября 2011 года, содержание которой включено в данное описание путем ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к ограничителям движения автомобильной двери и, в частности, к компактному механическому устройству, способному удерживать автомобильную дверь в одном или более заданных открытых положениях с заданной силой.
Уровень техники
Установлена полезность ограничения движения автомобильной двери в нескольких заданных открытых положениях с целью обеспечения удобства и безопасности посадки/высадки водителя и пассажиров. Движение двери обычно ограничивают по меньшей мере в одном открытом положении с действующей или противодействующей силой, достаточной для сопротивления порывам ветра и влиянию стоянки на наклонной поверхности.
Наиболее распространенной формой автомобильного ограничителя движения двери является механическое устройство, которое препятствует движению путем накопления энергии с возможностью ее высвобождения в ответ на принудительное движение системы. Такие устройства, расположенные между корпусной конструкцией транспортного средства и дверью, могут быть выполнены как единое целое с дверной петлей или отдельно в виде автономных механических узлов. Накопитель энергии, как правило, выполняют в виде пружины со спиралью и торсионом, которые представляют собой наиболее распространенные конфиг.ции. При открытии и закрытии двери ограничитель движения двери обеспечивает высвобождение энергии при входе в ограничительные положения и накопление ее при выходе из указанных ограничительных положений. Наиболее распространенный способ накопления энергии в пружинной системе осуществляется посредством криволинейной конструкции, перемещаемой совместно с дверью. Указанная криволинейная конструкция может функционировать в дверной петле прежде всего для создания крутящего момента вокруг "оси поворота дверной петли" или может функционировать в отдельном ограничительном устройстве, которое создает вектор силы для сопротивления движению двери в выбранных открытых положениях.
Carswell описывает в документе US 5173991 распространенный тип отдельного ограничителя движения двери, в котором используется литой рычажный элемент для получения криволинейной конструкции и пара спиральных пружин для накопления энергии с возможностью ее высвобождения. Указанные спиральные пружины установлены в корпусе ограничителя и подвержены воздействию литого рычажного элемента через посредство шариковых подшипников и сепараторов шариковых подшипников. Корпус ограничителя жестко соединен с дверью транспортного средства, в то время как литой рычажный элемент шарнирно соединен с корпусной конструкцией транспортного средства. Устройство, описанное Carswell, представляет собой прочное, надежное и относительно компактное решение для ограничения движения автомобильной двери. Существует множество аналогичных решений, которые используют ролики или скользящие элементы вместо шариковых подшипников, применяемых Carswell. Paton, и другие описывают в документе US 6370733 отдельное ограничительное устройство, в котором использован литой рычажный элемент или ограничительный рычаг и ролики. Hoffmann и другие описывают в документе US 6842943 отдельное ограничительное устройство, в котором использован литой ограничительный рычаг и скользящие элементы.
Поскольку ограничитель движения автомобильной двери должен быть расположен между корпусной конструкцией транспортного средства и дверью, он должен занимать жестко ограниченное пространство в связи с тем, что зазор между корпусной конструкцией транспортного средства и дверью ограничен и внутри двери свободен очень малый объем. Кроме того, вес ограничителя движения автомобильной двери не должен быть слишком большим, поскольку значительная часть массы ограничителя движения двери находится внутри дверного профиля, который поворачивается на петле и является чрезвычайно чувствительным к весу. В целом, расходы на изготовление автомобильных компонентов находятся среди самых низких относительно любой сравнимой отрасли промышленности, поэтому крайне предпочтительны простые решения с малым количеством деталей. Главная задача разработки ограничителя движения автомобильной двери заключается в том, чтобы обеспечить требуемые ограничения при минимально возможных размерах, весе и стоимости устройства. Крайне предпочтительно использование минимально возможного количества компонентов, как и простота сборки в корпусной конструкции и способность устройства выдерживать технологические процессы, которым подвергают корпусную конструкцию. Тип пружины и ее относительная способность накопления энергии в сочетании с эффективностью исполнительного механизма в итоге определяет общую эффективность ограничителя движения автомобильной двери.
В патентной заявке США 2011/0016665 Ng раскрывает элегантное решение ограничителя движения двери, в котором количество компонентов уменьшено до рычага и цельного корпуса. Указанный цельный корпус образован парой пластинчатых пружин, которые взаимодействуют с рычагом для накопления и высвобождения энергии при перемещении рычага относительно корпуса. Такая конструкция минимизирует количество компонентов и поэтому обладает значительными достоинствами. Применение пластинчатых пружин уменьшает необходимое количество компонентов, но в то же время требует тщательного контроля процесса изготовления, чтобы обеспечить требуемую стабильность функционирования. Относительно малые отклонения материала и размеров могут вызывать изменения характеристик пластинчатых пружин, что может оказаться неприемлемым для конечного пользователя ограничителя движения двери.
Технологические допуски, оказывающие влияние на характеристики торсионной пружины, проще контролировать. Leang раскрывает в патенте США №6687953 ограничитель движения двери, в котором используют торсионную пружину для смещения роликов относительно боковых сторон рычага ограничителя движения двери. Торсионная пружина обладает однородными физическими характеристиками, однако в устройстве, показанном Leang, используется значительное количество компонентов, включая ролики и корпус, на который опирается торсионная пружина. Это повышает сложность механического устройства и увеличивает его вес, а также вызывает необходимость производить сборку с дверью после окраски корпуса, поскольку компоненты не выдерживают операцию окраски.
В документе ЕР 1759080, представленном Friedr. Fingscheidt GmbH, раскрыт ограничитель движения двери, в котором для получения накопителя энергии изгибают пружинную стальную проволоку в сложную форму. Формование проволоки представляет собой сложную и трудоемкую операцию. В большинстве вариантов осуществления накопительный элемент действует только на одну сторону ограничителя двери, поэтому для опоры упругого накопителя энергии требуются дополнительные компоненты. Использование в вариантах осуществления фиксирующих элементов, которые действуют на обеих сторонах ограничителей дверей, приводит к сложному нагружению и ограничивает свободную длину накопителей энергии.
Таким образом, задачей настоящего изобретения является обеспечение ограничителя движения двери, в котором устранены или минимизированы вышеуказанные недостатки.
Раскрытие изобретения
В целом, в настоящем изобретении предложен ограничитель движения двери, который содержит ограничительный рычаг и цельный накопитель энергии, взаимодействующий с рычагом при перемещении двери между открытым и закрытым положениями. Указанный цельный накопитель энергии выполнен как единый компонент, который предназначен для накопления энергии и облегчения сборки и эксплуатации. Указанный цельный накопитель энергии использует пару торсионных пружин, каждая из которых соединена с ползунами, скользящими по рычагу при открытии и закрытии двери. На торсионных пружинах предусмотрены установочные держатели, которые обеспечивают возможность вращательного движения между указанными держателями и пружинами при их нагружении кручением. Указанные пружины, установочные держатели и ползуны совместно отформованы в виде цельного блока, предпочтительно за одну формовочную операцию, для облегчения транспортировки и сборки.
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения обеспечен ограничитель движения двери для автомобиля, содержащий:
а) ограничительный рычаг, имеющий криволинейные поверхности, сформированные на противоположно направленных боковых сторонах;
б) цельный накопитель энергии, содержащий пару торсионных пружин;
в) торсионные пружины, отформованные за одно целое совместно с парой установочных держателей и парой ползунов для получения единого цельного компонента;
г) торсионные пружины, проходящие в противоположных направлениях от ползунов,
д) установочные держатели, сконфиг.ированные для обеспечения возможности вращательного движения торсионных пружин и отформованные совместно с крепежными элементами, предназначенными для присоединения цельного накопителя энергии к дверной конструкции транспортного средства;
при этом указанные ползуны цельного накопителя энергии выполнены с возможностью входа в зацепление с боковыми сторонами ограничительного рычага для обеспечения относительного скользящего движения между ограничительным рычагом и цельным накопителем энергии, причем движение указанных ползунов вдоль указанных боковых сторон изменяет расстояние между указанными ползунами и тем самым изменяет энергию, накопленную в торсионных пружинах.
Каждая из торсионных пружин предпочтительно имеет пару ножек, причем изменение расстояния между ползунами нагружает указанные ножки кручением.
Из ножек предпочтительно выходят основания, к которым присоединены ползуны.
Указанные держатели и ползуны предпочтительно отформованы на пружинах после размещения пружин в общей форме для получения цельной конструкции.
Краткое описание чертежей
Варианты осуществления настоящего изобретения описаны ниже только в качестве примеров со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 представляет собой изображение дверного блока с ограничителем движения двери, демонстрирующее расположение компонентов при перемещении двери из закрытого в открытое положение;
фиг. 2 представляет собой вид в аксонометрии ограничителя движения двери;
фиг. 3 представляет собой вид сверху ограничителя движения двери, показанного на фиг. 2;
фиг. 4 представляет собой часть ограничителя движения двери в окружности C, показанной на фиг. 3, в увеличенном масштабе;
фиг. 5 представляет собой вид сбоку ограничителя движения двери, показанного на фиг. 2;
фиг. 6 представляет собой вид сзади ограничителя движения двери, показанного на фиг. 2;
фиг. 7 представляет собой схематичное изображение формирования ограничителя движения двери с фиг. 2;
фиг. 8 представляет собой вид в аксонометрии, аналогичный фиг. 2, альтернативного варианта осуществления ограничителя движения двери;
фиг. 9 представляет собой изображение в разобранном виде компонентов, установленных на одной части дверного блока;
фиг. 10 представляет собой аналогичный фиг. 8 вид ограничителя движения двери в полностью открытом положении с удаленной для наглядности частью ограничителя движения двери; и
фиг. 11 представляет собой схематичное изображение формирования ограничительного рычага, применяемого в варианте осуществления, показанном на фиг. 8.
Осуществление изобретения
Как показано на фиг. 1, ограничитель 10 движения двери расположен между дверной рамой F и дверью D автомобиля. Дверь D шарнирно соединена с рамой F посредством петли Н, которая задает ось поворота двери D относительно рамы F.
Как наиболее наглядно показано на фиг. 2 и 3, ограничитель 10 движения двери содержит ограничительный рычаг 12, который посредством штифта 14 шарнирно соединен с проушиной 16. Проушина 16 присоединена к раме F болтом 17 или аналогичным крепежным элементом для задания местоположения рычага 12 относительно рамы.
Рычаг 12 имеет удлиненный корпус 20, проходящий от шарнира 22, в котором установлен штифт 14. Корпус 20 отформован из полимерного материала вокруг центрального металлического сердечника 24. Корпус 20 содержит хвостовую часть 26, выходящую из шарнира 22, который, в свою очередь, соединен с криволинейной частью 28. Криволинейная поверхность 28 предусмотрена для получения по существу двутаврового поперечного сечения с противоположно направленными боковыми сторонами 30.
Ширина криволинейной поверхности 28, которая представляет собой поперечное расстояние между боковыми сторонами 30, изменяется по длине рычага 12, причем предусмотрены локальные уменьшения ширины для получения сужений 32, 34, 36, расположенных на расстояниях друг от друга.
Как показано на фиг. 3 и 4, дальний конец рычага 12 образован увеличенной головкой 38, которая содержит пару подрезанных выступов 40, 42, выступающих в поперечном направлении с обеих сторон рычага 12. Каждый из выступов 40, 42 имеет опорную поверхность 44, образованную изогнутой выемкой 46 вблизи боковой стороны 30, и выпуклость 48, расположенную с внешней стороны от выемки 46.
Как показано на фиг. 2 и 6, ограничитель 10 движения двери дополнительно содержит цельный накопитель 50 энергии, прикрепленный к двери D и взаимодействующий с рычагом 12 для управления поворотным движением между дверью и рамой F. Цельный накопитель 50 энергии содержит пару торсионных пружин 52, 54, которые отходят в противоположные стороны от рычага 12. Каждая из пружин 52, 54 имеет пару параллельных ножек 56, соединенных изогнутой кривой 58. Концы ножек 56 загнуты под углом 90° и образуют пару параллельно выступающих оснований 60.
Ножки 56 установлены параллельно на расстоянии друг от друга посредством держателя 62. Держатель 62 изготовлен из полимерного материала, в частности из стеклонаполненного нейлона 66, известного под торговой маркой Zytel, который, как более подробно описано ниже, отливают вокруг ножки 56. Для облегчения соединения держателя 62 с дверью D в держатель 62 вставляют крепежный элемент 64, в частности гайку, болт или аналогичный крепежный элемент. Как видно на фиг. 2, 5 и 6, держатель 62 охватывает ножки 56 так, что зафиксирован на ножках 56, однако обеспечивает возможность вращения указанных ножек в держателе 62 вокруг продольной оси ножек 56. Соответствующий выбор материалов или локальная поверхностная обработка предотвращает сцепление держателя 62 с ножками 56 и позволяет им совершать ограниченное вращательное движение относительно держателя 62.
Торсионные пружины 52, 54 расположены на противоположных сторонах рычага 12 и соединены между собой парой ползунов 70, 72. Ползуны 70, 72 присоединены к соответствующим основаниям 60 таким образом, что пружины 52, 54 и ползуны 70, 72 образуют цельную конструкцию. Ползуны 70, 72 отформованы из пластика с высокой плотностью и низким коэффициентом трения, в частности из ацеталя, известного под торговой маркой Delrin, которые отформованы за одно целое на основаниях 60 для получения цельной конструкции.
Как наиболее наглядно показано на фиг. 3 и 4, направленная внутрь сторона 74 ползунов 70, 72 имеет сложный контур, образующий по существу выпуклую поверхность, которая является комплементарной по отношению к сужениям 32, 34, 36 криволинейной части 28. Передняя кромка 76 каждого из ползунов 70, 72 подрезана таким образом, что является комплементарной по отношению к контурам опорной поверхности 44 выступов 40, 42. Каждая из передних кромок 76 имеет наружную губку 78, которая плавно переходит в выемку 80 профиля, комплементарного по отношению к выступу 48. Из выемки 80 выступает носик 82, который является комплементарным по отношению к выемке 46 головки 38.
Поперечное расстояние между ножками 56 таково, что при нахождении ползунов 70, 72 на хвостовой части 26 в торсионных пружинах 52, 54 возникает небольшое предварительное нагружение для смещения выпуклых поверхностей 74 ползунов 70, 72 к хвостовой части 26, оказывающего тем самым номинальное сопротивление движению. Пружины 52, 54 изготовлены из соответствующего пружинного материала, в частности из стандартной струнной проволоки.
Во время эксплуатации, когда дверь закрыта, ползуны 70, 72 находятся в скользящем зацеплении с боковыми сторонами 30 вблизи перехода между хвостовой частью 26 и криволинейной поверхностью 28 рычага 12. В этом положении ножки 56 находятся в свободном состоянии, в то время как ползуны 70, 72 находятся в скользящем зацеплении с боковыми сторонами 30.
При открытии двери относительное движение между рычагом 12 и цельным накопителем 50 энергии вызывает скольжение ползунов 70, 72 вдоль боковых сторон 30. Рычаг 12 постепенно расширяется, и увеличение расстояния между боковыми сторонами 30 разводит ползуны 70, 72 врозь. Увеличение расстояния между ползунами 70, 72 вызывает поворот ножек 56 в противоположных направлениях и приводит к накоплению энергии в торсионных пружинах 50, 52 в результате скручивания ножек 56. Все пружины 52, 54 нагружены одинаковым образом, поэтому силы, действующие на противоположные стороны рычага 12, сбалансированы.
Продолжение движения двери, проиллюстрированное на фиг. 1 положением A, передвигает ползуны 70, 72 к первому сужению 32. Когда ползуны 70, 72 входят в первое сужение 32, энергия высвобождается из ножек 56 и сужение 32 принимает внутрь себя выпуклую поверхность 74 ползунов 70. Движение ползунов 70, 72 из сужения 32 требует поворота ножек 56, что приводит к повторному накоплению энергии в ножках 56. Это позволяет оказывать сопротивление внешним силам, создаваемым массой двери или порывами ветра.
Продолжение движения двери снова приводит к разведению врозь ползунов 70, 72 и накоплению энергии в торсионных пружинах 52, 54. Следующее стабильное положение двери, проиллюстрированное положением В, достигается, когда ползуны 70, 72 находятся в зацеплении с сужением 34. Продолжение движения за сужением 34 приводит к передвижению ползунов 70, 72 в сужение 36 и в зацепление с головкой 38, что проиллюстрировано положением С. При этом головка 38 образует стопор, определяющий максимальное открытие двери.
В этом положении, как наиболее наглядно показано на фиг. 4, носик 82 входит в выемку 46. Взаимодействие носика 82 с выступом 48 препятствует относительному смещению ползунов 70, 72 в поперечном направлении под действием силы, продолжающей действовать со стороны двери.
Возвращение двери в закрытое положение приводит к передвижению ползунов 70, 72 вдоль боковых сторон 30 и через сужения 32, 34 до хвостовой части 26. Профиль криволинейной поверхности 28 выбран таким образом, что обеспечивает требуемое сопротивление скольжению во время перемещения между сужениями и требуемое удержание в каждом из указанных сужений.
Как схематично показано на фиг. 7, цельный накопитель 50 энергии формируют литьем держателя и ползунов 70, 72 на торсионных пружинах 52, 54 за одну литейную операцию, чтобы получить цельную конструкцию. Литейная форма 90 состоит из верхней и нижней половин, 92, 94, между которыми расположена плоскость 96 разъема. В каждой из указанных половин сформирована полуцилиндрическая канавка 95 для ввода и задания местоположения ножек 56 пружин 52, 54. Ножки 56 проходят через поперечную полость 98, которая имеет форму, необходимую для получения держателей 62. Местоположение крепежного элемента в полости 98 задает центральный бугорок 100. Основания 60 вводят в полости 102 для ползунов, которые имеют форму, необходимую для получения профиля ползунов 70, 72.
При открытой литейной форме 90 пружины 52, 54 помещают в канавку 95, а крепежные элементы 64 помещают на бугорок 100. Затем литьевую форму 90 закрывают и в полости 98, 102 подают полимерный материал под давлением. После отверждения литейную форму 90 открывают и цельный накопитель 50 энергии может быть извлечен в виде единого компонента.
Цельный накопитель 50 энергии выполнен в виде единого компонента с ползунами 70, 72, обеспечивающими достаточную конструктивную жесткость для установки блока 50 как единого узла. После установки цельного накопителя 50 энергии на дверь держатели 62 обеспечивают связь между торсионными пружинами и, таким образом, позволяют ползунам просто выполнять скользящее движение вместо поддержания конструктивной целостности цельного накопителя энергии. Неразъемная конструкция цельного накопителя 50 энергии и отсутствие роликов и тому подобных элементов также позволяет собирать ограничитель движения двери с корпусом перед окрашиванием, что упрощает процесс последующей сборки.
Альтернативный вариант осуществления ограничителя движения двери показан на фиг. 8-11, при этом аналогичные компоненты обозначены аналогичными номерами позиций с индексом "а", добавленным для ясности.
Как показано на фиг. 8, ограничитель 10а движения имеет ограничительный рычаг 12а с удлиненным корпусом 20а. Корпус 20а содержит криволинейную поверхность 28а, образованную боковыми сторонами 30а. Как можно видеть на фиг. 12, корпус 20а отформован из полимерного материала вокруг центрального металлического сердечника 24а. Дальний конец хвостовой части 24а снабжен треугольной головкой 120, которая расположена перпендикулярно плоскости хвостовой части 24а. Головка 120 образует увеличенную головку 38а, выступающую в противоположные стороны от криволинейной части 28а и расположенную между боковыми сторонами 30а. При этом головка 38а может проходить между ползунами 70а во время относительного движения между рычагом 12а и накопителем 50а энергии.
Накопитель 50а энергии содержит пару торсионных пружин 52а, 54а, которые соединены друг с другом ползунами 70а, 72а для получения цельной конструкции, как описано выше. Держатели 62а обеспечивают параллельное расположение ножек 56 на расстоянии друг от друга и обеспечивают точки установки накопителя 50а энергии на дверь D.
Между накопителем 50а энергии и дверью D размещена стопорная пластина 130. Указанная стопорная пластина 130 выполнена в виде отдельного компонента и может быть прикреплена к накопителю 50а энергии, например, посредством фиксаторов или зажимов для облегчения транспортировки и сборки или при необходимости может быть закреплена неразъемным образом путем ее введения в процессе литья. Стопорная пластина имеет плоский корпус 132 и отогнутые вверх кромки 134, 136. Кромки 134 входят в зацепление с держателем 62а для задания местоположения пластины 130 относительно накопителя 50а энергии. Плоский корпус 132 имеет центральное отверстие 138, через которое может проходить рычаг 12а. На противоположных кромках периферии 138 плоского корпуса 132 сформирована пара ребер 140. Ребра 140 ограничивают собой впадину 142, расположенную по центру пластины 132.
Ребра 140 и впадина 142 выполнены таким образом, что увеличенная головка 38а входит в зацепление с впадиной 140 для задания местоположения головки относительно пластины в поперечном направлении. Как можно видеть на фиг. 10, головка 38а входит в зацепление с пластиной 130, чтобы ограничить относительное движение между дверью и корпусом автомобиля, создавая, таким образом, стопор, который определяет максимальное открытие двери. Силы, приложенные к рычагу 12а, вызывают реакцию пластины 130, а не ползунов 70а, как в предыдущем варианте осуществления.
Следует также отметить, что конфигурация увеличенной головки 38а между боковыми сторонами 30а обеспечивает возможность передвижения головки 30а вдоль криволинейной части 28а и, таким образом, уменьшает общую длину ограничителя движения двери, что, в свою очередь, уменьшает объем, который необходим для установки данного компонента в автомобильной двери и который обычно требуется также для размещения в одной и той же области множества других механизмов, в частности стеклоподъемников и динамиков.