CN105818775A - 用于主动垫的波纹状焊缝 - Google Patents

Abstract

提供一种用于机动车辆的内饰表面的主动垫。塑料成型的外部饰板具有在内表面上的焊接轨道。塑料成型的可膨胀气囊元件具有配置为附接到车辆的支撑结构的中心附接部、沿着外围边缘具有面对饰板内表面的第一表面和第二相对表面的焊接凸缘、和在中心附接部和焊接凸缘之间的褶状区域。焊接轨道和焊接凸缘通过闭环热焊缝接合以形成密封腔。焊接轨道和焊接凸缘包含具有使焊缝至少部分地成形为波浪形带的多个波纹的互补表面。因此，充气过程中焊缝上的大部分力是剪切力而不是剥离力。

Description

用于主动垫的波纹状焊缝

背景技术

本发明总体上涉及用于机动车辆中乘员碰撞保护的主动垫，并且，更具体地，涉及增强单独地成型并且然后热焊接在一起的可膨胀气囊元件和饰壁之间的接合稳固性。

主动垫是一种车辆乘员保护装置，该装置具有充气腔以在碰撞过程中吸收碰撞并且减少对乘员的伤害。相对于一充气就从各种开口后面显露出来的可展开的安全气囊垫，主动垫使用内饰表面本身来在碰撞事件开始时膨胀，用于吸收碰撞并且通过气囊放气来消散能量。公告日期为2012年6月26日、通过引用并入本文的美国专利8,205,909公开了一种集成到重量轻且在视觉上有吸引力的手套箱门中的主动垫。公告日期为2013年7月2日、也通过引用并入本文的美国专利8,474,868公开了一种典型的结构，其中主动垫包括面对车辆乘员沿密封的周边附接到内壁或面板的外壁或饰板。一个或两个壁是可变形的以便提供可充气气囊。例如，内壁(即气囊壁)可以具有在充气过程中拉直的褶状(即，手风琴状)区域。

典型的主动垫的内壁和外壁由成型热塑性塑料比如聚乙烯、聚烯烃、或聚氯乙烯(PVC)组成。它们典型地注射成型但也可以吹塑成型。当单独地成形时，壁必须围绕它们的周边密封地接合以便形成可充气气囊。接合必须是强有力的以抵抗由于在充气和乘员碰撞过程中的高压导致的分离。

密封气囊壁的已知方法是通过热焊接，该热焊接包含加热配合表面并且然后将它们压缩在一起。示例包括热板焊接、红外(IR)焊接和激光焊接。总体上平面的焊接凸缘已经设置为围绕通过外(饰)壁的总体上平面的表面接收的内(气囊)壁的外周边。外壁和/或内表面也可以包括直立的焊接肋，该直立的焊接肋通过在热焊接过程期间穿透焊接凸缘或其它相对表面并且与焊接凸缘或其它相对表面熔接来增强焊接强度，在热焊接过程中将要被焊接的区域被加热并且然后被压缩。尽管穿透这些肋，但焊缝分离仍旧是由于各种原因的主动垫的潜在缺点，各种原因包括将要被焊接的部件的弯曲、在焊接过程中热板的温度变化、在焊接过程中施加的压力的未校正变化、和可以由不同的塑料配方成型的饰壁和气囊壁之间的特性差异。

充气过程中各种应力有助于焊缝分离的可能性。由于使褶状的气囊壁可充气所需的弹性和热焊缝的取向，显著的剥离应力可以在膨胀过程中施加到焊缝。更具体地，焊缝的典型的取向涉及相对于垫的向外膨胀方向垂直地延伸的总体上平面板。当气囊元件上的褶皱展开且饰板向外移动时，焊缝的内边缘倾向于通过剥离力拉开。相比于在剥离方向上，焊缝可以典型地承受在剪切方向上(即，沿着焊缝的平面定向)更大的力。然而，焊缝的传统取向具有成本方面和易于制造的优点。

发明内容

在本发明的一个方面中，主动垫设置用于机动车辆的内饰表面。塑料成型的外部饰板在内表面上具有焊接轨道。塑料成型的可膨胀气囊元件具有配置为附接到车辆的支撑结构的中心附接部、沿着外围边缘具有面对饰板内表面的第一表面和第二相对表面的焊接凸缘、和在中心附接部和焊接凸缘之间的褶状区域。焊接轨道和焊接凸缘通过闭环热焊缝接合以形成密封腔。焊接轨道和焊接凸缘包含倾斜以增加剪切力分量的互补表面。在优选的实施例中，表面具有使焊缝至少部分地成形为波浪形带的多个波纹。

附图说明

图1是包括饰板前壁和后气囊壁的现有技术主动垫总成的透视、分解图；

图2是图1的饰板前壁的内表面的后部透视图；

图3是示出了通过热焊接装配到图2的饰板的现有技术气囊元件的后部透视图；

图4是更详细地示出了现有技术焊接轨道和焊接凸缘的分解、局部透视图；

图5是示出了本发明的一个实施例的焊接轨道和焊接凸缘的分解、局部透视图；

图6是示出了图1的现有技术气囊元件的内表面的透视图；

图7是示出了本发明的气囊元件的一个实施例的内表面的透视图；

图8是示出了包括波纹中的凹部的本发明的波纹状焊接轨道的另一个实施例的局部透视图；

图9是示出了包括波纹内的径向肋的本发明的波纹状焊接轨道的另一个实施例的局部透视图；

图10示出了焊接轨道和凸缘的互补表面的一个实施例的正弦曲线轮廓；

图11示出了具有截去波峰和波谷端部的大体上正弦曲线轮廓；

图12示出了成形为三角柱的波纹的大体上正弦曲线轮廓；

图13是示出了如施加到成形为平带的现有技术焊缝的剥离力的纵向焊缝剖面图；

图14是具有正弦曲线的、波浪形带形状的焊缝的纵向焊缝剖面图，其中充气应力至少部分地转换为剪切力；

图15是具有三角形的、波浪形带形状的焊缝的纵向焊缝剖面图，其中充气应力至少部分地转换为剪切力；

图16是将要被焊接的饰板和气囊元件的径向剖面图，其示出了用于增加剪切力分量的另一个实施例中的径向倾斜的焊接表面。

具体实施方式

图1-3示出了成形为机动车辆中手套箱门的一部分的内饰板的现有技术主动垫。更具体地，饰板10起接收可膨胀气囊壁11的前饰壁的作用。面板10具有内表面12，内表面12具有优选成形为肋的焊接轨道或滚道13，肋从内表面向上延伸以便与气囊壁11的外部凸缘14接合(例如，通过塑料焊接，比如热板焊接)。

气囊壁11具有靠近中心用于安装充气机(未示出)和多个安装塔16的凹槽15，安装塔16设置在中心安装部中用于将总成附接到作用面比如手套箱门的内面板(未示出)。褶状区域17在塔16和外部凸缘14之间成形，以便一系列褶可以在充气过程中以允许饰板10向乘客舱移置的方式展开以缓冲碰撞的乘客。

轨道13和凸缘14的热焊接形成用于从充气机接收充气气体的气囊腔。在热焊接操作过程中，热板、激光、或其它热源用来熔化轨道13和凸缘14的塑料材料，并且在热源移除之后然后轨道13和凸缘14被压在一起并冷却，以便熔化的材料混合并焊接在一起，从而得到图3中所示的总成。

图4更详细地示出了用于形成热焊缝的表面。焊接轨道13可以优选地由围绕密封腔的周边径向延伸以形成闭环焊缝的凸起块20组成。块20具有限定总体上平坦平面以与焊接凸缘14的面对表面接合的上表面21。凸起块20可以包括用于增强热焊接过程中在焊接轨道13和焊接凸缘14之间的渗透的多个凹部22。在充分加热之后，轨道13和凸缘14的互补表面在箭头23的方向上压缩在一起以形成热焊缝。由于一个或两个表面的总体上平坦的、平面的形状，所以所得到的焊缝具有围绕垫周边地(即，径向地)延伸的平坦的、平面的带的形式。凸起肋24可以设置在热焊缝的内侧上，以便在充气的初始阶段期间使焊缝免遭充气气体的直接入侵。

可以通过使用如图5中所示的波纹状热焊缝表面获得以波浪形带的形状的本发明的改进的焊缝。因此，外部饰板30沿着焊接轨道32和配合的焊接凸缘33之间形成的闭环热焊缝被接合到可膨胀的气囊31，其中焊接轨道32具有包括波纹35的内表面38且焊接凸缘33具有包括波纹36的表面34。波纹35和36是互补的，以便它们可以沿箭头37的方向接合。在热焊接压缩步骤过程中，互补表面38和34嵌套在一起从而形成至少部分地成形为波浪形带的焊缝。

在热焊接过程中，对表面38和34施加的热量在每个部件上形成熔化的表面层。在压缩过程中熔化层熔化以便形成波浪形带焊缝。波纹可以优选地围绕闭环焊接轨道和焊接凸缘的周边完全地延伸。可选择地，波纹状部分可以只在闭环焊缝的较小径向部分上延伸，比如在充气过程中最高焊缝应力产生的区域。图6示出了导致热焊缝是平坦的、平面的带的气囊元件11上的平焊接凸缘14。图7示出了本发明的气囊元件31的一个实施例，其中焊接凸缘33上的波纹34只在整个外围周向的一部分上延伸。对于具有波纹的焊缝的部分，本发明确保大多数焊缝不垂直于气囊腔的气体膨胀的方向延伸(即，因为沿着波纹的表面并不与面板的主取向平行)。因此，由作用在波状区域中焊缝上的气囊膨胀导致的分离力矢量具有由于焊缝偏离垂直于力矢量的重取向而在剪切方向上作用的分量。力的分量继续充当剥离力，但作为剪切力的一些力的施加显著地提高了整体的焊接强度。

剥离力的作用将通过焊接凸缘或焊接轨道的弯曲表征。本发明的波纹状焊缝增强焊接凸缘和/或焊接轨道的刚度，以便抵抗弯曲，这导致整体的焊接强度的进一步增加。

优选地，波纹可以具有不断变化的斜率，比如与图5和7中所示的正弦曲线形状的波纹轮廓一样。如图5中所示的平滑波浪形表面可以被调整为包括凹部或肋。如图8中所示，外部饰板40具有焊接轨道41，焊接轨道41具有遵循含有波纹43的正弦曲线轮廓的内表面42。多个凹部44陷入到表面42中以在热焊接过程中增强熔化塑料表面的渗透。同样地，图9示出了外部饰板45，外部饰板45具有焊接轨道46，焊接轨道46具有波纹47。限定波浪形带表面的内表面48可以被槽49中断。因此，焊接轨道46成形为用于增强渗透到焊接凸缘的配合、互补表面(未示出)中的多个肋。然而，应该注意的是，只有在热焊接过程中通过热板或其它热源加热的肋的上表面实际上熔化并且形式热焊缝的一部分(即，肋的侧表面不熔化并且不形成热焊缝)。因此，使用肋的现有技术热焊缝产生平焊缝。

图10示出了优选的正弦曲线轮廓的剖面图，其中焊接轨道50和焊接凸缘51分别具有互补表面52和53。正弦曲线波纹轮廓具有不断变化的斜率。充气力矢量向剪切力的转换沿轮廓变化与偏离垂直于力矢量的斜率的变化成比例。转换在正弦曲线波纹的波峰和波谷最低且在零交叉点最高。

即使当只有轮廓的一部分具有不垂直于分离力矢量的斜率时，焊接强度仍然可以提高。例如，图11示出了大体上正弦曲线波纹轮廓，其中正弦曲线的波峰和波谷端部被截去。更具体地，焊接轨道55和焊接凸缘56具有互补表面57和58。图10的正弦曲线轮廓已经根据用于焊接凸缘51的平坦的边界平面60和61和用于焊接轨道50的边界平面62和63被切去。使用平面60和61截去正弦曲线轮廓的端部导致例如平坦的波峰和波谷64和65。轮廓的正弦曲线部分66和67继续凭借不垂直于充气力矢量来提供额外的强度。

图12示出了另一个轮廓，其中焊接轨道70和焊接凸缘71在互补表面72和73具有三角形的横截面。所得到的波纹成形为三角柱。剪切力对使用图12的轮廓沿着热焊缝作用的剥离力的比例取决于三角横截面中选择的陡度。然而，热焊缝过程可以由于沿着整个表面的有效熔化的需要而对三角形轮廓的陡度强加限制。

图13-15中示出了将来自剥离力的充气力转换为剪切力。因此，焊接总成75具有形成图13中的平坦平面带的现有技术焊缝76。分离力77和78完全垂直地施加到焊缝76，导致完全的剥离力且无剪切力。在图14中，焊接总成80具有遵循正弦曲线轮廓的波浪形带热焊缝81。分离力77和78作用在焊缝81上作为沿着大多数波浪形焊缝81的剥离和剪切力的组合。更具体地，焊缝81的斜率越偏离垂直于力77和78(即，焊缝81的斜率越是与力77和78的方向平行)，力的充当剪切力的比例就越大。同样地，图15中焊接部件82具有遵循三角形轮廓的热焊缝83。成形为三角柱的波纹通过将更大比例的力转换为剪切力而不是剥离力来产生大的和一致提高的焊接强度。

除了根据波纹将剥离力转换为剪切力之外，本发明由于波浪形带的增加的总长度而增加焊缝的总焊缝区。此外，焊缝被加强以抵抗剥离，并且获得增强的焊接强度而没有质量上的显著增加并且无需增加的部件。

上面所讨论的波纹提供沿焊缝的纵向方向的波状或平坦斜面。图16是另一个实施例的径向横截面(即，垂直于焊缝的纵向伸长)，其中形成具有倾斜的径向轮廓的焊缝。焊缝在纵向方向上可以是波纹状的或非波纹状的。如果不是波纹状的，则倾斜的径向轮廓仍然将一些剥离力转换为剪切力。更具体地，具有焊接轨道86的前饰板85被装配到具有焊接凸缘88的气囊元件87。焊接轨道86和焊接凸缘88的面对表面90和91是互补的，并且限定相对于饰板85的前表面92径向倾斜的轮廓。

图16的倾斜轮廓也可以使用肋状的焊接轨道或焊接凸缘来实现。例如，虚线93描绘了具有遵循倾斜径向轮廓的肋94的经调整的焊接轨道的轮廓。各个肋具有用于遵循与互补的表面91共享的倾斜轮廓的不同高度。

Claims (18)

1.一种用于提供机动车辆的内饰表面的主动垫，包含：

塑料成型的外部饰板，所述塑料成型的外部饰板具有在内表面上的焊接轨道；以及

塑料成型的可膨胀气囊元件，所述塑料成型的可膨胀气囊元件具有配置为附接到所述车辆的支撑结构的中心附接部、沿着外围边缘具有面对所述饰板内表面的第一表面和第二相对表面的焊接凸缘、和在所述中心附接部和所述焊接凸缘之间的褶状区域，其中所述焊接轨道和所述焊接凸缘通过闭环热焊缝接合以形成密封腔；

其中所述焊接轨道和所述焊接凸缘包含互补表面，所述互补表面是倾斜的以增加剪切力分量。

2.根据权利要求1所述的主动垫，所述互补表面具有使所述焊缝至少部分地成形为波浪形带的多个波纹。

3.根据权利要求2所述的主动垫，其中所述波纹具有不断变化的斜率。

4.根据权利要求3所述的主动垫，其中所述波纹是正弦曲线轮廓。

5.根据权利要求2所述的主动垫，其中所述波纹是具有截去波峰和波谷端部的大体上正弦曲线轮廓。

6.根据权利要求2所述的主动垫，其中所述波纹由三角柱组成。

7.根据权利要求2所述的主动垫，其中所述焊接轨道或所述焊接凸缘中的一个的所述波纹包括多个肋。

8.根据权利要求2所述的主动垫，其中所述焊接轨道或所述焊接凸缘中的一个的所述波纹包括多个凹部。

9.一种主动垫，包含：

饰板，所述饰板具有热塑性焊接轨道；以及

褶状气囊元件，所述褶状气囊元件可附接到车辆并且包括与所述焊接轨道热焊接形成密封腔的热塑性凸缘；

其中所述焊接轨道和焊接凸缘包含具有多个波纹的互补表面，从而大多数所述焊缝不垂直于所述腔的气体膨胀的方向延伸。

10.根据权利要求9所述的主动垫，其中所述波纹具有不断变化的斜率。

11.根据权利要求10所述的主动垫，其中所述波纹是正弦曲线轮廓。

12.根据权利要求9所述的主动垫，其中所述波纹是具有截去波峰和波谷端部的大体上正弦曲线轮廓。

13.根据权利要求9所述的主动垫，其中所述波纹由三角柱组成。

14.根据权利要求9所述的主动垫，其中所述焊接轨道或所述焊接凸缘中的一个的所述波纹包括多个肋。

15.根据权利要求9所述的主动垫，其中所述焊接轨道或所述焊接凸缘中的一个的所述波纹包括多个凹部。

16.一种制造主动垫的可充气气囊的方法，包含以下步骤：

成型在内表面上具有焊接轨道的塑料饰板；

成型塑料气囊元件，所述塑料气囊元件具有配置为附接到作用面的中心附接部、沿着外围边缘具有面对所述饰板内表面的凸缘表面的焊接凸缘、和在所述中心附接部和所述焊接凸缘之间的褶状区域，其中所述内表面和所述凸缘表面形成倾斜以增加剪切力分量的互补闭环；

加热所述焊接凸缘和所述焊接轨道以在所述互补表面熔化塑料材料；以及

抵靠所述焊接轨道压缩所述焊接凸缘以形成成形为波浪形带的热焊缝。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述表面包括沿着所述闭环的至少一部分的多个波纹。

18.根据权利要求16所述的方法，其中所述闭环是径向倾斜的。