УСТРОЙСТВО ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАТЯЖЕНИЯ РЕМНЯ БЕЗОПАСНОСТИ
DEVICE FOR PRELIMINARY TENSIONING OF SAFETY BELT

Настоящее изобретение относится в целом в системам ремней безопасности и, более конкретно, к устройству предварительного натяжения или натяжения ремня безопасности.
Устройства предварительного натяжения ремня безопасности, которые называют также натяжными устройствами, используются на транспортных средствах в течение многих лет.В общем поршень с пиротехническим приводом отжимает к низу прямую трубу в начале автокатастрофы. Поршень прикреплен к тросу, другой конец которого прикреплен к пряжке ремня безопасности. Пряжка ремня безопасности, в свою очередь, соединена с язычком ремня безопасности, который прикреплен к поясному ремню и к плечевому ремню системы ремня безопасности с креплением в трех точках. Довольно часто в устройствах предварительного натяжения в пряжке часть троса охватывает петлей шкив или отливку, образующую канал и поддерживающую трос, и служит также изменяющим направленность элементом для прилегающих участков троса. Поршень движется по прямой трубе, которая ориентирована под острым углом относительно выдвижной части троса, соединенной с пряжкой. Устройства предварительного натяжения включают в себя крепежный элемент или скобу, которая используется для установки устройства предварительного натяжения, например, на участок конструкции транспортного средства или конструкции сиденья. Крепежный элемент или скоба включает также в себя элемент, который способствует размещению троса/пряжечной части узла троса таким образом, чтобы отвечать требованиям пряжечной зоны, установленным государственными или промышленными стандартами.
Настоящее изобретение предлагает легкое, экономически эффективное устройство предварительного натяжения, позволяющее обойтись без дорогостоящих отливок. Соответственно изобретение предлагает устройство предварительного натяжения ремня безопасности, которое содержит: прямую трубу с цилиндрической стенкой, первым концом и вторым концом, причем по меньшей мере один из числа первого и второго концов является открытым, причем прямая труба включает в себя отверстие в стенке, в которое вставляют изогнутую трубу, а изогнутая труба имеет первую концевую часть; вторую концевую часть и изогнутый центральный сегмент, причем вторая концевая часть имеет центр, коллинеарный с центральной осью прямой трубы, проходящей через центр прямой трубы, и ось, проходящая через центр первой концевой части, располагается под острым углом к центральной оси прямой трубы; пиротехническое устройство располагается в прямой трубе для того, чтобы использовать продукты сгорания для перемещения поршня вдоль внутренней полости прямой трубы, причем движение поршня перемещает трос в направлении, позволяющем переместить пряжку ремня безопасности таким образом, чтобы уменьшить слабину ремня, охватывающего лицо, находящееся в транспортном средстве.
На фиг.1 показан изометрический вид устройства предварительного натяжения ремня безопасности;
на фиг.2 показан вид в поперечном разрезе устройства предварительного натяжения с фиг.1;
на фиг.3 показан вид с частичным разделением на детали различных компонентов устройства предварительного натяжения;
на фиг.4 и 4А показаны виды в частичном поперечном разрезе, демонстрирующие взаимодействие между различными трубчатыми элементами устройства предварительного натяжения;
на фиг.4 В показано течение газа в прямой трубе;
на фиг.5 показан вид в поперечном разрезе, демонстрирующий в увеличенном масштабе часть устройства предварительного натяжения;
на фиг.6 показано устройство предварительного натяжения в активированном состоянии;
на фиг.6А показан перспективный вид некоторых из основных компонентов устройства предварительного натяжения.
Фигуры 1-4 иллюстрируют различные признаки первого варианта реализации настоящего изобретения. Устройство предварительного натяжения 20 содержит прессованную прямую стальную трубу 22, имеющую первый конец 24 и второй конец 26. Концы 24, 26 прямой трубы 22 являются открытыми. В процессе сборки возле конца 24 прямой трубы 22 делают обжим 28, предназначенный для закрепления пиротехнического устройства 40 внутри прямой трубы. Кончик конца 26 прямой трубы 22 обжимают для уменьшения диаметра концевого отверстия 32 таким образом, чтобы он был меньше диаметра металлического наконечника 130. Пиротехническое устройство 40 известной конструкции вставляют в конец 24 прямой трубы 22. Пиротехническое устройство может включать в себя увеличенную головку 41, положение которой ограничивается обжимом 28 и обжатым концом 34 прямой трубы 22, как показано на фиг.4. Пиротехническое устройство 40 (не показано на фиг.4) содержит кожух 46, заполненный пиротехническим материалом. Пиротехническое устройство 40 включает в себя один или больше проводов или проволок 48а, на которые поступает электрический ток от блока управления. При включении пиротехнического устройства продукты горения, образованные пиротехническим устройством 40, выходят из открытого конца 45 пиротехнического устройства, которое располагается рядом с областью 36 прямой трубы 22. Прямая труба 22 имеет сквозное овальное отверстие 38, расположенное на верхней стороне 22а прямой трубы 22, как показано на фиг.1 и 4. Открытый конец 45 пиротехнического устройства 40 закрыт фольгой 47 для защиты пиротехнического материала.
Устройство предварительного натяжения 20 включает в себя изогнутую трубу 50, имеющую внутреннюю стенку 52 диаметром D, который примерно на 1,5 мм больше диаметра D1 металлического троса или проволочного каната 80, который пропущен через изогнутую трубу 50. Различие в диаметре позволяет согнуть изогнутую трубу 50 и вставить в нее изогнутый участок троса. Изогнутая труба 50 включает в себя изогнутый сегмент 54, который в проиллюстрированном варианте реализации имеет постоянную кривизну. В целом постоянной кривизны не требуется при условии, что изогнутая труба имеет плавный переход, который достигается при использовании двух или более кривых, касательных друг к другу. Центральная секция 54 начинается в области или точке 56 и тянется до точки или области 58 изогнутой трубы 50. Как показано, центральный сегмент скомпонован таким образом, чтобы иметь дугообразную кривизну. Изогнутая труба включает в себя выступающую часть 60, ориентированную в целом по касательной к изогнутой части, и образует участок перехода с закругления на прямую линию, через который протянут трос 80. Изогнутая труба 50 включает в себя сегмент 62 перехода с закругления на прямую линия.
Во время сборки изогнутую трубу 50 помещают в отверстие 38 прямой трубы 22. Изогнутой трубой 50 манипулируют таким образом, что прямой сегмент 62 является коллинеарным с центральной, продольной осью 64 прямой трубы 22. При такой конфигурации центр перехода с закругления на прямую линию 62 изогнутой трубы 50 является коллинеарным с центром прямой трубы 22. Это отношение можно также видеть на фиг.4 и 4А. На фиг.2 и 3 изогнутая труба 50 отделена промежутком от пиротехнического устройства 40. Промежуток между пиротехническим устройством и изогнутой трубой, которая служит направляющей для троса, позволяет без помех открыться крышке из фольги пиротехнического устройства, что должно способствовать линейному потоку в нижних частях изогнутой трубы 50, как показано стрелками 49 на фиг.4В, указывающими течение продуктов сгорания по прямой трубе. Следует отметить, что на фиг.4 и 4А поршень, наконечник троса и трос не показаны для более ясной ориентации изогнутой трубы 50 внутри прямой трубы 22.
На фиг.4А отрезки 54, 60 изогнутой трубы 50 ориентированы в общем перпендикулярно верхней поверхности 22а прямой трубы 22. Во время сборки трос 80 протягивают через изогнутую трубу 50. Как лучше всего показано на фиг.1, один конец 82 троса 80 соединяется или непосредственно с пряжкой 84 ремня безопасности типа, который используется при использовании устройства предварительного натяжения, или не напрямую через металлический наконечник 85, который может соединяться с пряжкой 84. На фиг.1 схематически проиллюстрирован язычок 90 ремня безопасности, который должен быть зафиксирован в пряжке 84. Так же схематически проиллюстрирована часть плечевого ремня 92 и поясного ремня 94 системы 96 ремня безопасности, которая крепится или соединяется с язычком 90 одним из многих способов, известных в технике. Трос 80 включает в себя противоположный конец 86, прикрепленный к подвижному поршню 100. Поршень 100 показан как вставленный возле конца 86 троса. Конечный элемент троса, такой как наконечник 130, сдвинут на конец 86 троса 80 и обжат, обеспечивая таким образом механическую связь между наконечником 130 и тросом 80.
Поршень 100 включает в себя переднюю, имеющую цилиндрическую форму часть 102 и заднюю, имеющую цилиндрическую форму часть 104, которые показаны на фиг.5. Передняя и задняя части 102, 104 поршня взаимодействуют с внутренней стенкой 22b прямой трубы 22, скользя по ней, сохраняя выравнивание поршня 100 по продольной оси 64 прямой трубы при движении поршня внутри прямой трубы. Поршень 100 имеет центральный канал 105, в который помещается трос 80. Передняя и задняя части 102, 104 поршня взаимодействуют, образуя V-образный паз, выемку или сужение 106. Упругий элемент 118, такой как резиновая кольцевая прокладка или губчатый материал, помещается в V-образном пазу, выемке или сужении 106 и упруго поддерживает множество шаровых опор 120. Поршень 100 включает также в себя имеющую форму воронки поверхность 110, образующую переход от участка меньшего диаметра D2 к участку большего диаметра D3. Больший диаметр D3 приближается к размерам внутреннего диаметра прямой трубы 22.
Между поршнем 100 и концом сегмента 62 перехода с криволинейной на прямую линию изогнутой трубы 50 находится подвижное гибкое уплотнение 142, обычно выполняемое из эластомера, с высокой термостойкостью или номиналом. Уплотнение 142 герметизирует трубы способом, подобным пыжу или поддону, применяемым в огнестрельном оружии. Поршень 100 и уплотнение 142 действуют как поршневой узел 140, когда конец 104 входит в выемку 144 уплотнения 142, и уплотнение 142 и поршень 100 движутся вместе. Уплотнение 142 включает также в себя тело 146, имеющее центральный канал 144. Верхняя сторона тела 146 включает в себя манжету, которая образует выемку 144. Противоположный конец тела сконфигурирован как два скользящих или манжетных уплотнения, причем первое уплотнение прилегает к внутреннему диаметру прямой трубы 22 и второе уплотнение прилегает к наружному диаметру изогнутой трубы 50, более конкретно к сегменту 62 перехода с криволинейной на прямую линию. Противоположный конец тела 146 включает в себя сходящуюся на конус наружную гибкую цилиндрическую стенку 150. Гибкая цилиндрическая стенка 150 сходится на конус наружу таким образом, что ее наиболее тонкая часть находится на одном конце. Противоположный конец тела 146 включает в себя гибкую цилиндрическую внутреннюю стенку 152, концентричную с гибкой цилиндрической стенкой 150. Цилиндрическая внутренняя стенка 152 сходится на конус внутрь, так что ее самая тонкая часть находится на конце. Внутренний диаметр цилиндрической внутренней стенки 152 образует герметичное уплотнение по сегменту 62 перехода с криволинейной на прямую линию изогнутой трубы 50. Две стенки 150, 152 образуют сходящуюся на конус цилиндрическую полость 154. Во время сборки уплотнение 142 помещают возле конца сегмента 62 перехода с криволинейной на прямую линию изогнутой трубы 50, с концом 104 поршня 100, вставленным в выемку 144.
На фиг.2-5 показано расположение различных частей устройства предварительного натяжения 20 перед приведением в действие. В этой конфигурации концевая поверхность 144 поршня 100 вставлена в выемку 144. Уплотнительный элемент 142 прилегает и охватывает сегмент 62 перехода с криволинейной на прямую линию изогнутой трубы 50. Каждая из шаровых опор 120 свободно вставлена в прямую трубу и охватывает узкий участок 112 поршня и прилегающую кольцевую прокладку 118.
Во время приведения в действие пиротехнического устройства 40 образуются продукты сгорания, которые входят в область 36 прямой трубы 22. После этого продукты сгорания протекают по прямой трубе 22 и вдоль наружной стенки изогнутой трубы 50 и вокруг сегмента 62 перехода с криволинейной на прямую линию изогнутой трубы 50, а также вокруг центральной части 54 изогнутой трубы 50. Продукты сгорания попадают в конусную цилиндрическую полость 154 и прижимают манжету, уплотнение или стенку 150 к внутреннему диаметру прямой трубы 22, образуя уплотнение между ними и продвигая манжету, уплотнение или стенку 152 к наружному диаметру изогнутой трубы 50, образуя другое уплотнение между ними. Продукты сгорания, которые включают в себя газ с высокой температурой, быстро продвигают уплотнительный элемент 142, поршень 100, кольцевое уплотнение 118 и шаровые опоры 120 вниз по прямой трубе 22 в направлении, указанном стрелкой 132. Движущийся поршень прижимается к наконечнику 130, вызывая быстрое продвижение наконечника, а также конца троса 86 вниз по прямой трубе 22. Перемещение конца 86 троса вызывает протягивание троса 80 через изогнутую трубу 50, перемещая таким образом пряжку 84 ремня безопасности в направлении, указанном стрелкой 132, что ведет, как указывалось выше, к снятию слабины и натяжению системы ремня безопасности вокруг человека, находящегося в транспортном средстве. В то время, когда уплотнение 142 остается во взаимодействии с изогнутой трубой 50, оно предотвращает утечку газа через изогнутую трубу 50. Уплотнение 142 будет отделяться от изогнутой трубы 50 по мере развития предварительного натяжения. Уплотнение 142, поршень 100, кольцевая прокладка 118, шаровые опоры 120 и наконечник 130 под воздействием продуктов сгорания перемещаются приблизительно на 100 мм ближе к концу 26 прямой линии 22 приблизительно за 10 миллисекунд после приведения в действие пиротехнического устройства 40.
В одном варианте реализации изобретения диаметр поршня больше уменьшенного диаметра конца 30 прямой трубы 22 и диаметр наконечника 130 может быть больше диаметра конца 30 прямой трубы 22. Если наконечник ударяется о конец 30 прямой трубы 22, он деформирует прямую трубу. Удар замедляет перемещение троса 80, а также пряжки 84 и других частей, соединенных с тросом, поскольку энергия затрачивается на деформирование прямой трубы 22. Далее, при наличии большой слабины системы ремня безопасности возможно, что поршень 100 будет продолжать двигаться и войдет в контакт с концом 30 прямой трубы, который может быть несколько расширен при соприкосновении с наконечником. Таким образом поглощается больше энергии, что замедляет движения поршня и наконечника с тросом.
В случае автомобильной катастрофы человек, находящийся в транспортном средстве и защищенный системой ремня безопасности и устройством ее предварительного натяжения, сместится вперед, создав нагрузку на плечевой ремень 92 и на поясной ремень 94. Эта нагрузка потянет пряжку 84 и трос 80 в направлении, указанном стрелкой 134, в общем противоположном направлению стрелки 132. Будучи не сдержанными, силы, приложенные к тросу человеком, находящимся в транспортном средстве, могут оттянуть поршень в его исходное положение и восстановить слабину. Для того чтобы предотвратить движение троса и, таким образом, восстановление слабины вокруг человека, находящегося в транспортном средстве, поршень снабжен односторонним запорным устройством в форме поверхности 110 и шаровых опор 120. Такие запорные устройства применяются в существующих технических решениях. Когда пряжка возвращается в свое первоначальное положение, относительное положение шаровых опор 120 изменяется таким образом, что шаровые опоры катятся вверх по наклонной поверхности 110 поршня 100 и оказываются зажатыми между поверхностью 110 поршня 100 и внутренней стенкой 22b прямой трубы 22 для получения механического фиксатора поршня 100. Этот тип одностороннего запорного устройства может быть скомпонован таким образом, чтобы удерживать поршень на месте во время и в качестве реакции на действие сил, возникающих во время катастрофы или, с другой стороны, чтобы позволять поршню двигаться контролируемым образом в направлении, противоположном указанному стрелкой 132.
Устройство предварительного натяжения 20 дополнительно включает в себя установочный элемент 160, такой как кожух или скоба, который служит для установки устройства предварительного натяжения на транспортное средство или конструкцию сиденья. Установочный элемент 160 включает в себя пластинчатую часть 162, имеющую установочное отверстие 163, предназначенное для размещения установочного крепежного изделия (не показано), предназначенного для прикрепления элемента 160 к транспортному средству или сиденью. Пластинчатая часть 162 включает в себя верхнюю и нижнюю криволинейные части или лапки 166, 168, которые соответственно крепятся с помощью сварки или пайки к изогнутой и прямой трубам 50, 22. Лапки 166, 168 не допускают перемещения изогнутой трубы 50. Пластинчатая часть 162 включает в себя другую лапку 170, отогнутую в направлении, противоположном лапкам 166, 168, которая отходит наружу от пластинчатой части 162 и образует установочный выступ, предназначенный для правильного выравнивания устройства предварительного натяжения 20 с установочной поверхностью.
Настоящее изобретение предлагает устройство предварительного натяжения 20 с теплоустойчивостью к высоким температурам, которые возникают во время выстрела или во время транспортировки устройства предварительного натяжения 20 на автосборочное предприятие, или на самом механическом транспортном средстве. Эта защита обеспечивается стальными трубами 22, 50, в которых в отличие от цинковых литых компонентов, применяемых при существующих технических решениях, размещается пиротехническое устройство 40. Пиротехническое устройство, подвергающееся чрезвычайно сильном тепловому воздействию или источнику тепла, такому как пламя, может начать размягчаться и плавится перед самовозгоранием генерирующего газ состава, вызывая выброс расплавленного металла из устройства. Температура стеклования стальных труб 22, 50, применяющихся в настоящем изобретении, в которых размещается пиротехническое устройство 40, в несколько раз выше такой же температуры цинковых отливок, что уменьшает вероятность нанесения травмы любому лицу, находящемуся в транспортном средстве, или спасателям.
Дополнительным аспектом этого устройства предварительного натяжения является получение ступенчатого и измеряемого управления энергией ускорения и замедления пряжки ремня безопасности во время и после предварительного натяжения. Избыточное ускорение ведет к повреждению внутренних компонентов пряжки 84 ремня безопасности, что требует нескольких мер противодействия для подавления таких эффектов. Согласно настоящему изобретению первым замедляющим признаком является наконечник 130, который входит в контакт со сходящейся на конус секцией прямой трубы 22, несколько деформируя прямую трубу и поглощая энергию.
Это изобретение предлагает также более эффективный путь перехода троса. Наиболее обычные устройства предварительного натяжения включают в себя шкив или литой желоб для троса, который служит изменяющим направление элементом. Когда трос протягивают вокруг этих устройств, трос демонстрирует повышенный уровень трения, который оказывает влияние на рабочие характеристики устройства предварительного натяжения и снижает эффективность. Использование упрочненного материала для получения пути для троса, в отличие от более мягкого материала, такого как цинковая отливка, не допускает дальнейшее внедрение троса, которым может быть, например, скрученный проволочный канат, в более мягкий поддерживающий материал. Путь для троса в устройстве предварительного натяжения образуется изогнутой трубой 50 достаточно большого диаметра, что позволяет преодолеть недостатки, присущие существующим техническим решениям.