ES2243732T3 - Inflador para el hinchado de articulos o equipos de proteccion neumaticos. - Google Patents
Inflador para el hinchado de articulos o equipos de proteccion neumaticos.Info
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Abstract
Inflador (10) para el hinchado de un artículo o equipo de protección neumático, que comprende: - una botella que contiene gas (17) con una tapa de sellado (19) aplicada a ésta, - un alojamiento del inflador (12), - un elemento de golpeo (13) contenido en dicho alojamiento del inflador (12) y capaz de moverse a lo largo de éste, y provisto en un primer extremo de éste con una espiga perforadora que sobresale (16) adaptada para hacer un orificio en dicha tapa de sellado (19) de la botella que contiene gas (17), - un muelle de compresión helicoidal (21) contenido en dicho alojamiento del inflador (12) y adaptado para impulsar dicho elemento de golpeo (13) a un segundo extremo de éste, opuesto a dicho primer extremo que lleva la espiga perforadora (16), y para llevar a dicho elemento de golpeo (13) contra la tapa de sellado (19) de la botella que contiene gas (17), - una lumbrera de salida de gas (20) dispuesta en una pared de dicho alojamiento del inflador (12) para permitir que el gas contenido en dicha botella que contiene gas (17) fluya desde dicho inflador (10) hacia el artículo o equipo de protección neumático, - unos medios de fijación (24, 25) asociados con dicho inflador (10) y que cooperan con dicho elemento de golpeo (13) para retenerlo de un modo liberable en una posición enclavada contra la acción de dicho muelle de compresión helicoidal (21), - unos medios de accionamiento (26) formados por un elemento de enclave separable asociado con dicho inflador (10) y adaptados para liberar dichos medios de fijación (24, 25), y - unos medios de control (28) asociados con dichos medios de accionamiento (26) y adaptados para hacer funcionar dicho inflador (10) provocando que dichos medios de accionamiento liberen dichos medios de fijación, estando formados dichos medios de control (28) por un cable (28) conectado al elemento de enclave separable (26), en el que dicha espiga perforadora (16) comprende una parte que forma una punta (16A) que presenta la forma de un cilindro circular truncado sustancialmente de un modo oblicuo que está adaptado para perforar la tapa de sellado (19).
Description
Inflador para el hinchado de artículos o equipos
de protección neumáticos.
La presente invención se refiere de un modo
general a un inflador para el hinchado de un artículo o equipo
neumático, tal como un airbag para el conductor de un vehículo a
motor, una chaqueta hinchable para un motorista o un equipo de
deporte hinchable, del tipo de los que se utilizan para asegurar
la seguridad de una persona sometida al impacto de una colisión, en
el caso en que se requiere un tiempo de hinchado corto.
Los infladores del tipo mencionado anteriormente
son conocidos desde hace tiempo en la técnica y se describen, por
ejemplo en el modelo de utilidad alemán nº 299 05 908 U y en la
solicitud de patente internacional nº WO 95/33 389.
Un inflador según el preámbulo de la
reivindicación 1 se da a conocer en el documento JP nº 58 106 299
A.
El documento DE 299 05 908 U describe una
chaqueta de protección hinchable para un motorista provista con un
inflador que es accionado automáticamente para el hinchado de la
chaqueta cuando el motorista sufre el impacto de una colisión. En
un inflador de este tipo, hay dispuesto un dispositivo de
enclavamiento que sujeta una espiga perforadora en una posición
enclavada contra la acción de un muelle de compresión helicoidal.
Cuando se libera el dispositivo de enclavamiento, la espiga
perforadora es llevada contra y a través de una lámina de sellado
que forma la tapa de la botella que contiene gas mediante la acción
del empuje ejercido por el muelle de compresión helicoidal,
provocando por lo tanto que el gas contenido en la botella se escape
de ésta y fluya hacia el interior de la chaqueta hinchable. El
dispositivo de enclavamiento del inflador se puede liberar
automáticamente por medio de un cable de accionamiento corto
conectado por un extremo al inflador y por el otro extremo al
bastidor de la motocicleta. La espiga perforadora del inflador se
puede volver a ajustar a la posición enclavada para que permita que
el inflador sea utilizado otra vez. Un primer inconveniente de un
inflador de este tipo se debe a que la espiga perforadora puede
quedar retenida en el interior del orificio practicado en la tapa de
la botella que contiene gas, a pesar de la fuerza ejercida por el
gas a presión contenido en la botella, y por lo tanto puede obstruir
el flujo del gas al interior de la chaqueta hinchable. De hecho, no
se han tomado medidas hasta ahora para asegurar que de verdad la
espiga perforadora del inflador se saque del orificio practicado en
la tapa de la botella en el caso de que la espiga perforadora sea
accionada por el muelle de compresión helicoidal. Un segundo
inconveniente de un inflador de este tipo se debe a que, en la
perforación de la lámina de sellado de la tapa de la botella que
contiene gas, la espiga perforadora está sometida en su recorrido
hacia atrás por la oposición del muelle de compresión helicoidal, y
por lo tanto obstruye el flujo de gas mediante la restricción de
un modo parcial del área de paso a través de la cual fluye el gas
desde el inflador hacia el interior de la chaqueta hinchable. Un
tercer inconveniente de un inflador de este tipo se debe a que, una
vez que la lámina de sellado de la tapa de la botella que contiene
gas se ha perforado, el gas se puede escapar desde el inflador
mediante el paso a través de un orificio en el que el vástago de la
espiga perforadora está dispuesto cuando dicha espiga perforadora
está sujetada en la posición enclavada contra la acción del muelle
de compresión helicoidal. De este modo, el gas no puede fluir desde
el inflador hacia el interior de la chaqueta hinchable como se
pretende, pudiéndose escapar desde el inflador hacia el ambiente
circundante sin que hinche la chaqueta hinchable. Un cuarto
inconveniente de un inflador de este tipo se debe a que no es
posible ajustar la fuerza requerida para el accionamiento del
inflador que deberá tener más o menos respuesta dependiendo del
uso al que se le destine. En consecuencia, un inflador del tipo que
se da a conocer en el documento DE 299 05 908 U necesita un tiempo
de hinchado de la chaqueta hinchable que dura demasiado para la
aplicación que se pretende y que no asegura un hinchado adecuado y
seguro de la chaqueta de protección hinchable. En el caso de un
inflador para el hinchado de un equipo de protección neumático, el
tiempo de hinchado es un parámetro crítico para la evaluación de la
efectividad del inflador. El tiempo de hinchado se define aquí como
la suma del tiempo requerido para perforar la botella que contiene
gas y el tiempo requerido por el gas para escaparse de la botella.
El tiempo de perforación se define como el intervalo entre el
instante en que se libera el dispositivo de enclavamiento del
inflador y el instante en que la espiga perforadora del inflador
penetra en la tapa de la botella que contiene gas. El tiempo de
escape del gas se define como el intervalo entre el instante en que
es perforada la tapa de la botella que contiene gas y el instante
en que la botella que contiene gas está completamente vacía. El
tiempo de escape del gas es mucho mayor que el tiempo de
perforación, de tal modo que el tiempo de hinchado casi se
corresponde con el tiempo de escape del gas. En un inflador según
el documento DE 299 05 908 U citado anteriormente el tiempo de
escape del gas dura mucho debido a: i) el orificio practicado en la
tapa de la botella que contiene gas es de tamaño pequeño, y de
este modo la velocidad del flujo del gas es limitado; ii) el área
de paso para el gas alrededor de la espiga perforadora del
inflador, en el caso de que quede retenida en la tapa de la botella
que contiene gas, es estrecho, y iii) la espiga perforadora del
inflador obstruye el flujo del gas que se escapa desde la botella
que contiene gas, incluso si no permanece atascado en la tapa de
sellado de la botella que contiene gas. Debido a estos
inconvenientes, el gas no puede fluir libremente y, además, surge
una turbulencia que disminuye mucho la velocidad de salida del gas.
Como resultado, el tiempo de escape del gas y el tiempo de hinchado
duran demasiado tiempo para la utilización que se pretende del
inflador. Un medio para evitar los inconvenientes descritos
anteriormente sería practicar el orificio en la tapa de la botella
que contiene gas de un tamaño tan grande como sea posible, en
coherencia con la estructura de la tapa de la botella que contiene
gas, y para despejar completamente el paso para el gas que se
escapa de la botella que contiene gas.
La solicitud de patente internacional nº WO 95/33
389 describe un aparato de seguridad particularmente, pero no
exclusivamente, para motoristas, jinetes u otras personas no
protegidas que comprende almohadillas hinchables que absorben
golpes. El hinchado de las almohadillas se efectúa con la ayuda de
un dispositivo que suministra gas que incluye una botella que
contiene gas que está sellada por medio de una lámina de sellado,
una pequeña carga explosiva, unos medios para la detonación de la
carga explosiva en el caso de un accidente, y además un
dispositivo en forma de bola que es activado por la carga explosiva
de tal modo que penetre la lámina de sellado. La carga explosiva
está prevista con la intención de ser detonada por medio de una
espiga de golpeo accionada por un muelle. En el muelle están
dispuestos los medios para el almacenamiento de la energía
requerida aquí como resultado de un movimiento relativo entre el
que lleva el aparato protector y una motocicleta, un caballo o
similar provocado por un accidente. Un inconveniente del aparato de
seguridad descrito en este documento se debe a que el aparato es
potencialmente peligroso para el usuario puesto que está aplicado
directamente a una chaqueta de protección hinchable. Además, un
aparato de seguridad de este tipo requiere una construcción
bastante complicada.
Por lo tanto, es necesario superar los
inconvenientes del estado de la técnica conocido mediante la
disposición de un inflador para el hinchado de un artículo o equipo
de protección neumático que no utilice una carga explosiva para su
funcionamiento y que esté provisto con unos medios que permitan que
la espiga perforante del inflador para practicar un orificio en la
tapa de sellado de la botella que contiene gas presente un tamaño
tan grande como sea posible y para que se retire después de que
haya perforado la tapa de sellado de la botella que contiene gas,
de tal modo que despeje completamente el paso para el gas que se
escapa desde la botella que contiene gas y que asegure un tiempo
muy corto de hinchado del artículo o del equipo de protección
neumático.
Según la presente invención, este objetivo se
alcanza mediante la disposición de un inflador para el hinchado de
un artículo o equipo de protección neumático, que comprende:
- una botella que contiene gas con una tapa
sellada aplicada a ésta,
- un alojamiento del inflador,
- un elemento de golpeo contenido en dicho
alojamiento del inflador y capaz de desplazarse a lo largo de éste,
y provisto en un primer extremo del mismo con una espiga
perforadora que sobresale adaptada para practicar un orificio en
dicha tapa de sellado de la botella que contiene gas,
- un muelle de compresión helicoidal contenido en
dicho alojamiento del inflador y adaptado para impulsar dicho
elemento de golpeo en un segundo extremo de éste, opuesto a dicho
primer extremo que lleva la espiga perforadora y para llevar a
dicho elemento de golpeo contra la tapa de sellado de la botella
que contiene gas,
- una lumbrera de salida de gas dispuesta en una
pared de dicho alojamiento del inflador para permitir que el gas
contenido en dicha botella que contiene gas fluya desde dicho
inflador hacia el interior del artículo o equipo de protección
neumático,
- unos medios de fijación asociados con dicho
inflador y que cooperan con dicho elemento de golpeo para retenerlo
de un modo liberable en una posición enclavada contra la acción de
dicho muelle de compresión helicoidal,
- unos medios de accionamiento asociados con
dicho inflador y adaptados para liberar dichos medios de fijación,
y
- unos medios de control asociados con dichos
medios de accionamiento y adaptados para hacer funcionar dicho
inflador provocando que dichos medios de accionamiento liberen
dichos medios de fijación, en el que:
dicha espiga perforadora comprende una parte que
forma una punta que presenta la forma de un cilindro circular
truncado sustancialmente de un modo oblicuo que está adaptado para
perforar la tapa de sellado, y una parte que forma la base que
presenta la forma de un cono sustancialmente truncado que está
adaptado para combar el borde del orificio practicado en la tapa
de sellado por la parte que forma una punta de la espiga
perforadora de tal modo que evita que dicha espiga perforadora
permanezca atascada en el interior del orificio practicado en la
tapa de sellado,
dichos medios de fijación están formados por un
par de mordazas adaptadas para sujetar firmemente el elemento de
golpeo en una posición enclavada contra la acción de dicho muelle
de compresión helicoidal,
dichos medios de accionamiento están formados
por un elemento de enclave separable que está insertado entre el
par de mordazas para mantener dicho par de mordazas en una posición
cerrada para que sujeten firmemente el elemento de golpeo y para
permitir que dicho par de mordazas sean llevadas a una posición
abierta para la liberación de dicho elemento de golpeo en la
extracción de dicho elemento de enclave, y
dichos medios de control están formados por un
cable conectado al elemento de enclave separable.
Las características y ventajas de la presente
invención se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la
descripción detallada que sigue a continuación de una forma de
realización preferida de la misma, ilustrado sólo por medio de un
ejemplo no limitativo mediante los dibujos adjuntos en los que:
la figura 1 es una vista en sección longitudinal
del inflador según la presente invención, ilustrada con el elemento
de golpeo en una primera posición operativa y a punto para su
utilización;
la figura 2 es una vista en sección transversal
del inflador según la presente invención, tomada a lo largo de la
línea II-II de la figura 1;
la figura 3 es una vista en sección longitudinal
del inflador según la presente invención, ilustrado con el elemento
de golpeo en una segunda posición de funcionamiento después de que
ha sido liberado de los medios de sujeción y acelerado por el
muelle de compresión helicoidal;
la figura 4 ilustra una vista en sección
transversal del inflador según la presente invención tomada a lo
largo de la línea IV-IV de la figura 3;
la figura 5 es una vista en sección longitudinal
del inflador según la presente invención, ilustrado con el elemento
de golpeo en una tercera posición funcional en el instante en que
perfora la tapa de la botella que contiene gas; y
la figura 6 es una vista en sección longitudinal
del inflador según la presente invención, ilustrado con el elemento
de golpeo en una cuarta posición funcional después de que el
elemento de golpeo es retirado del orificio practicado en la tapa
de la botella que contiene gas.
Con referencia a las figuras 1 y 2 de los
dibujos, se ilustra el inflador según la presente invención,
designado de un modo general con la referencia numérica 10. Este
inflador comprende un cuerpo de inflador 11 que presenta un
alojamiento del inflador 12 en el que está contenido un elemento de
golpeo 13 de modo que es movible en la dirección de la longitud
del alojamiento del inflador. El elemento de golpeo 13 presenta una
parte de cabeza 14, que comprende un par de collares 14A y 14B
separados el uno del otro con la disposición entre ellos de una
junta de estanqueidad G, y una parte en forma de vástago alargado
15. La parte de cabeza 14 del elemento de golpeo 13 está provista
con un espiga perforante que sobresale 16, que está adaptada para
perforar la tapa 19 de una botella que contiene gas 17 asociada con
el inflador 10. Esta botella que contiene gas 17 está conectada al
cuerpo del inflador 11 por medio de una parte de conexión 18 de
éste. El cuerpo del inflador 11 está además provisto con una
lumbrera de salida de gas 20 realizada en el alojamiento del
inflador 12, cerca de la tapa 19 de la botella que contiene gas 17.
La lumbrera de salida de gas 20 conecta el inflador 10 con un paso
(que no se ilustra) que permite que el gas se escape desde la
botella 17 para fluir desde el inflador 10 hacia el interior de un
artículo o equipo de protección hinchable en comunicación fluida
con el inflador 10.
La forma de la espiga perforante 16 está
adaptada para perforar la tapa 19 de la botella que contiene gas 17
y para ensanchar el orificio practicado en ésta. Con este
propósito, la espiga perforante 16 presenta una parte que forma la
punta 16A que tiene la forma de un cilindro circular truncado
oblicuamente, que está previsto para perforar y doblar hacia el
interior la lámina de sellado de la tapa 19 de la botella que
contiene gas 17, y una parte que forma la base 16B que presenta la
forma de un cono truncado, prevista para combar el borde del
orificio practicado en la tapa 19 de la botella que contiene gas
17, de tal modo que ensanche este orificio e impida que la espiga
perforante 16 permanezca atascada en aquél.
El elemento de golpeo 13 es impulsado por un
muelle de compresión helicoidal 21 que está dispuesto alrededor de
la parte en forma de vástago 15 del elemento de golpeo 13. El
elemento de golpeo 13 se mantiene en la posición enclavada contra
la acción de este muelle de compresión helicoidal por medio de un
elemento de sujeción 22 contenido en una parte del extremo cerrado
del inflador 23 conectada al cuerpo del inflador 11 opuesto a la
botella que contiene gas 17. El elemento de sujeción 22 está
formado por un par de mordazas que pivotan 24, 25 las cuales
agarran la parte en forma de vástago 15 del elemento de golpeo 13
en el extremo opuesto a la parte de cabeza 14 de éste de tal modo
que la sujetan firmemente en la posición enclavada lista para ser
utilizado, tal como se ilustra en la figura 1. Un elemento de
enclave separable 26 mantiene las mordazas 24, 25 en una posición
cerrada contra la acción de un elemento de resorte 29 que actúa en
éste, y además contra la acción del muelle de compresión helicoidal
21, para sujetar firmemente el elemento de golpeo 13. En la figura
1 se puede apreciar que las mordazas 24, 25 encajan en un rebaje en
forma de cuña W dispuesto en la superficie del vástago por la parte
15 del elemento de golpeo y actúan en éste contra la acción del
muelle de compresión helicoidal 21. Mediante una forma adecuada de
la superficie inclinada del rebaje en forma de cuña W es posible
ajustar la fuerza necesaria para extraer el elemento de enclave
separable 26 en la construcción del inflador 10 de la presente
invención. El elemento de enclave separable 26 preferentemente
presenta una forma esférica o semiesférica y está provisto con una
parte en forma de varilla 27 a la que se conecta un cable de
accionamiento 28. Mediante el estirado (tirar) de este cable de
accionamiento 28 el elemento de enclave 26 se puede extraer del
elemento de sujeción 22 para liberar las mordazas 24, 25. Estas
mordazas 24, 25 se abren así bajo la acción del elemento de resorte
29 y también del muelle de compresión helicoidal 21, a través del
intermedio del rebaje en forma de cuña W, y libera el elemento de
golpeo 13. La utilización de un elemento de enclave 26 formado tal
como se ha descrito anteriormente asegura que el inflador 10 se
puede accionar mediante el estirado del cable en diferentes
direcciones múltiples que están representadas de un modo general
por los ángulos alfa y beta en las figuras 1 y 2.
La fuerza necesaria para extraer el elemento de
enclave 26 desde el elemento de alojamiento 22 se puede ajustar
antes del funcionamiento del inflador 10 por medio de un tornillo
de ajuste 30 que hace presión de un modo central en el elemento de
resorte 29. Mediante la actuación sobre el tornillo de ajuste 30,
se puede ajustar la tensión en el elemento de resorte 29 y, por lo
tanto la fuerza transmitida a las mordazas 24, 25. Esto permite que
se ajuste la fuerza necesaria para accionar el inflador 10. El
inflador y la parte cerrada 23 que contiene el elemento de sujeción
22 está provisto de un modo adecuado con muescas de ajuste (que no
se ilustran) en su superficie exterior de tal modo que se refiere
a éstas para un ajuste fácil de la fuerza para el accionamiento del
inflador.
En las figuras 1 y 2 el inflador 10 se muestra
en una posición a punto para ser utilizado. En esta posición, el
muelle de compresión helicoidal 21 está comprimido y las mordazas
24, 25 mantienen el elemento de golpeo 13 en la posición enclavada.
Tal como ya se ha explicado antes, el inflador 10 se puede
accionar mediante el estirado del cable de accionamiento 28.
Con referencia ahora a las figuras
3-6 de los dibujos, se describirá el funcionamiento
del inflador 10 según la presente invención.
En el estirado del cable de accionamiento 28, se
extrae el elemento de enclave 26, y las mordazas 24, 25 abiertas por
éste liberan el elemento de golpeo 13. Durante una primera fase el
elemento de golpeo 13 se acelera como resultado del empuje ejercido
por el muelle de compresión helicoidal 21 y recorre a lo largo de
una primera sección AB de su recorrido hacia la tapa 19 de la
botella que contiene gas 17. En una segunda fase, cuando el muelle
de compresión helicoidal 21 ha terminado su carrera de trabajo, el
elemento de golpeo 13 está libre y tiene una cantidad de energía
cinética determinada y calculada. El elemento de golpeo 13 continúa
su recorrido a lo largo de una segunda sección BC de su recorrido
hacia la tapa 19 de la botella que contiene gas 17. Durante esta
fase el elemento de golpeo 13 cierra la lumbrera de salida de gas
20 con su parte de cabeza 14 y provoca que la espiga perforadora 16
penetre en la tapa 19 de la botella que contiene gas 17 de tal modo
que hace un orificio a través de ésta.
La parte que forma la punta 16A de la espiga
perforadora 16 perfora y dobla hacia el interior la lámina de
sellado de la tapa 19, mientras que la parte que forma la base 16B
de la espiga perforadora 16 abomba el borde del orificio practicado
en la tapa 19 de la botella que contiene gas 17. El estado del
inflador 10 que corresponde a este momento funcional está ilustrado
en la figura 5.
Una vez que se ha perforado la tapa 19 de la
botella que contiene gas 17, el gas se escapa a partir de la
botella que contiene gas 17 y ejerce una presión en la parte de la
cabeza 14 del elemento de golpeo 13 de tal modo que lo lleva hacia
atrás. En la primera sección CB de su recorrido de retroceso, al
elemento de golpeo 13 no se le opone el muelle de compresión
helicoidal 21 y la parte de la cabeza 14 del elemento de golpeo 13
provoca que se abra la lumbrera de salida de gas 20, permitiendo de
este modo que el gas fluya desde el inflador 10 hacia el interior
del artículo o equipo de protección hinchable. En la sección
segunda BA de su recorrido de retroceso, el elemento de golpeo 13
es frenado por el muelle de compresión helicoidal 21 que actúa en
el elemento de golpeo de tal modo que amortigua el impulso
transmitido a éste por el gas que fluye hacia fuera de la botella
que contiene gas 17. Esto impide que el elemento de golpeo 13 se
salga del inflador 10 como resultado del empuje ejercido por el gas
a presión.
Para evitar que la espiga perforadora 16 quede
atascada en el orificio practicado en la tapa 19 de la botella que
contiene gas 17, se han tomado tres medidas que aseguran que la
espiga perforadora 16 se retira del orificio practicado en la tapa
19 de la botella que contiene gas 17 y efectúa un retorno rápido y
certero para liberar completamente la trayectoria de salida del
gas.
Una primera medida se refiere a la forma de la
espiga perforadora 16. En particular, tal y como ya se ha explicado
antes, la espiga perforadora 16 es de tal forma que presenta una
primera parte que forma la punta 16A en forma de un cilindro
circular truncado oblicuamente, previsto para perforar y doblar
hacia dentro la lámina de la tapa 19 de la botella que contiene
gas 17, y una segunda parte que forma la base 16B en forma de un
cono truncado, previsto para abombar el borde del orificio
practicado en la tapa 19 de la botella que contiene gas 17, de tal
modo que asegure que la espiga perforadora 16 se pueda retirar del
orificio practicado en la tapa 19 de la botella que contiene gas 17
como resultado de la fuerza ejercida por el gas a presión.
Una segunda medida se refiere al hecho de que a
la primera sección CB del recorrido de retorno del elemento de
golpeo 13, una vez que la espiga perforadora 16 ha hecho un
orificio en la tapa 19 de la botella que contiene gas 17, no se le
opone el muelle de compresión helicoidal 21, de tal modo que en
esta sección el recorrido del elemento de golpeo 13 consiste en un
movimiento de retroceso libre. El muelle de compresión helicoidal
21 ralentiza el elemento de golpeo 13 sólo en la segunda sección BA
de su recorrido de retorno. Esto permite que el elemento de golpeo
13 se retire hacia el interior del alojamiento del inflador 12 sin
que se le haya opuesto el muelle de compresión helicoidal 21 en su
recorrido de retorno, por lo menos durante la primera sección
CB.
Una tercera medida consiste en que, en el
instante en que la espiga perforadora 16 perfora la tapa 19 de la
botella que contiene gas 17, se forma en ella una cámara
presurizada, cámara que está definida por la parte de la cabeza 14
del elemento de golpeo 13 y la pared lateral del alojamiento del
inflador 12 en la que está contenido el elemento de golpeo 13.
Refiriéndose a la figura 5, se tiene que destacar que en el primer
instante después de que se ha perforado la tapa 19 de la botella
que contiene gas 17, la lumbrera de salida de gas 20 está cerrada
por la parte de la cabeza 14 del elemento de golpeo 13, de tal modo
que la presión del gas que fluye hacia fuera de la botella que
contiene gas 17 se mantiene en un valor muy alto, sustancialmente
el mismo valor que en el interior de la botella que contiene gas
17 cuando está cerrada de un modo estanco por la tapa 19. El gas
contenido en esta cámara a alta presión actúa en la parte de la
cabeza 14 del elemento de golpeo 13 y provoca que se mueva
rápidamente hacia atrás de tal modo que abre la salida 20 y permite
que el gas fluya hacia fuera.
Como continuación a una serie de estudios,
ensayos y pruebas ha sido posible verificar que mediante la
adopción de las medidas descritas anteriormente la espiga
perforante 16 no permanece atascada en la tapa 19 de la botella que
contiene gas 17 después de su perforación.
La figura 6 ilustra el inflador 10 en el estado
que corresponde al instante de funcionamiento cuando el elemento de
golpeo 13 es retirado en una longitud suficiente para abrir
completamente la lumbrera de salida de gas 20. En este instante de
funcionamiento el gas a presión es libre para fluir hacia fuera
desde el orificio practicado en la tapa 19 de la botella que
contiene gas 17 sin que el flujo sea obstruido por la espiga
perforante 16 del elemento de golpeo 13 que está en una posición
retirada, más allá de la lumbrera de salida de gas 20.
Tal como se ha apreciado en la figura 6, la
lumbrera de salida de gas 20 es mayor que el orificio practicado en
la tapa 19 por la espiga perforadora 16 del elemento de golpeo 13.
Además, el flujo de gas es desviado sólo una vez en el interior del
alojamiento del inflador 12 en la dirección de la lumbrera de
salida de gas 20 y de tal modo que el gas fluye a lo largo de una
trayectoria que presenta la longitud mínima. La velocidad del flujo
del gas es proporcional al área del paso del orificio practicado
en la tapa 19 de la botella que contiene gas 17 y puesto que esta
área es la más ancha posible en coherencia con la estructura de la
tapa 19, también la velocidad del flujo es la mayor admisible de
acuerdo con la naturaleza del gas en estas condiciones, en
particular su peso molecular. En consecuencia el tiempo que
requiere el gas contenido en la botella 17 para fluir hacia fuera
de ésta es mínimo.
Una vez que se ha puesto en funcionamiento el
inflador, se puede ajustar mediante el muelle de compresión
helicoidal 21. Con este motivo, se puede utilizar un tornillo (que
no se ilustra) que está pensado para que se inserte en un orificio
pasante adaptado 31 practicado en la parte del extremo cerrado 23
del inflador y para acoplarse a un orificio roscado 32 que se
extiende longitudinalmente en el interior de la parte en forma de
vástago 15 del elemento de golpeo 13. Mediante el enroscado de este
tornillo, el elemento de golpeo 13 se desplaza acercándose más al
elemento de sujeción 22 y se comprime el muelle de compresión
helicoidal 21. Cuando el tornillo se enrosca se impide el giro del
elemento de golpeo 13 alrededor de su eje longitudinal mediante un
listón 33 conectado al cuerpo del inflador 11 y provisto con un
elemento plano que se proyecta 34 cooperando con una superficie
plana superior en la parte en forma de vástago 15 del elemento de
golpeo 13. Una vez que está comprimido el muelle de compresión
helicoidal 21, se inserta el elemento de enclave 26 entre las
mordazas 24, 25 de tal modo que pueden sujetar firmemente la parte
en forma de vástago 15 del elemento de golpeo 13 y el tornillo se
saca. El elemento de golpeo 13 se reajusta en la posición
enclavada ilustrada en la figura 1 y así el inflador 10 está listo
para ser utilizado otra vez. Por supuesto, se pueden utilizar otros
medios equivalentes para reajustar el elemento de golpeo 13 en la
posición enclavada.
A partir de lo anterior, se comprenderá que las
medidas tomadas en el inflador 10 de la presente invención permiten
lograr los objetivos que se desea alcanzar.
En particular, el tiempo de salida del gas desde
la botella que contiene gas 17 y por lo tanto el tiempo de hinchado
es muy corto. Esto permite que se mejore la efectividad del
inflador en aquellas aplicaciones tales en que se requiere una
reacción muy rápida. Un tiempo de hinchado comparable al de un
inflador accionado de un modo pirotécnico para el airbag de un
vehículo de motor se puede lograr mediante éste, sin que se tenga
que recurrir sin embargo a un inflador de este tipo accionado de un
modo pirotécnico.
Además, la forma de la parte que forma la punta
16A de la espiga perforadora 16, el recorrido de retorno libre del
elemento de golpeo 13, la disposición de la salida 20 junto con la
presión del gas en la botella que contiene gas aseguran que la
espiga perforadora 16 no permanece atascada en el orificio
practicado en la tapa 19 de la botella que contiene gas 17. De
hecho, durante la perforación de la tapa 19 de la botella que
contiene gas 17, la lumbrera de salida de gas 20 está cerrada por
la parte de cabeza 14 del elemento de golpeo 13 y no se abre hasta
que el elemento de golpeo 13 se retira como resultado del impulso
transmitido en la parte de la cabeza 14 del elemento de golpeo 13
mediante el gas a presión contenido en la botella que contiene gas
17. En particular, el impulso transmitido a la parte de la cabeza
14 del elemento de golpeo 13 es grande porque sucede cuando la
lumbrera de salida del gas 20 está cerrada por la parte de la
cabeza 14 del elemento de golpeo 13. El elemento de golpeo 13
presenta un recorrido de retorno libre para ser capaz de retirarse
hacia el interior del alojamiento del inflador 12 sin que el muelle
de compresión helicoidal 21 se oponga a su retirada. Al elemento de
golpeo 13 no se le opone el muelle de compresión helicoidal 21 y
el gas ejerce sobre él una presión muy alta. Por lo tanto, se
ejerce una fuerza muy grande en la parte de la cabeza 14 del
elemento de golpeo 13, lo que permite que el propio elemento de
golpeo 13 se retire muy rápidamente, liberando completamente el
paso para el gas. El impulso transmitido a la parte de la cabeza 14
del elemento de golpeo 13 es tan grande que, una vez que la parte
de la cabeza 14 del elemento de golpeo 13 ha abierto la lumbrera de
salida de gas 20, el muelle de compresión helicoidal 21 tiene que
entrar en acción para ralentizar el recorrido de retorno del
elemento de golpeo 13. Además, el área superficial de la parte de
la cabeza 14 del elemento de golpeo 13 está calculada de tal modo
que, cuando es impulsada por el flujo de gas a presión, se ejerce
una fuerza en la parte de la cabeza 14 que es mucho mayor que la
fuerza que mantiene a la espiga perforante 16 en la tapa 19 de la
botella que contiene gas 17. Además, el recorrido y la masa del
elemento de golpeo 13 acelerado por la acción del muelle de
compresión helicoidal 21 están calculados de tal modo que imparten
al elemento de golpeo 13 una cantidad de energía cinética mayor que
la que se requiere para perforar la tapa 19 de la botella que
contiene gas 17. El gas puede fluir desde la botella que contiene
gas 17 a través de un paso muy corto y completamente libre, sin que
sea perturbado por la presencia de la espiga perforante 16.
Con el inflador 10 de la presente invención es
posible hacer orificios en la tapa 19 de una botella que contiene
gas 17 que presente el máximo tamaño en coherencia con la
estructura de la tapa 19.
Para evaluar la efectividad del inflador según
la invención, el solicitante de la patente ha llevado a cabo
ensayos en el inflador de la presente invención. El tiempo
requerido para vaciar la botella que contiene gas se ha escogido
como un elemento para la evaluación de la efectividad del inflador
de la presente invención. A continuación se informa de algunos
resultados significativos.
El inflador según la presente invención se ha
conectado a un artículo hinchable. Los ensayos de hinchado se han
llevado a cabo utilizando botellas que contienen gas disponible en
el mercado que contienen CO_{2}.
Los ensayos fueron fotografiados con una cámara
que tiene una velocidad de fotografiado de 25 fotos por segundo y
fueron procesados con un ordenador. Los ensayos con gas CO_{2} se
llevaron a cabo en condiciones normales. Los ensayos se repitieron
a temperaturas diferentes de la temperatura de las condiciones
normales y las diferencias entre los resultados de los ensayos a
esta temperatura diferente no resultaron significativas con
respecto a los resultados obtenidos a temperatura ambiente.
La tabla que sigue a continuación muestra las
condiciones de los ensayos y el tiempo requerido para obtener un
hinchado completo del artículo hinchable en condiciones normarles
(temperatura entre 20 y 22ºC; humedad relativa entre 50 y 60%).
Mediante una adecuada elección del volumen y de la forma del
artículo hinchable, la naturaleza del gas, la masa de gas y el
diámetro de la tapa de la botella que contiene gas es posible
reducir adicionalmente el tiempo de hinchado del artículo
hinchable, por ejemplo un airbag para el motorista de un vehículo a
motor. La tabla también muestra cómo el tiempo de hinchado cambia
con la masa del gas y con el diámetro de la boquilla de la botella
que contiene gas. Los ensayos se llevaron a cabo manteniendo la
forma y el volumen del artículo hinchable, sin cambiar la
naturaleza del gas y las condiciones ambientales.
| Naturaleza del gas | Masa del gas (gr) | Diámetro de la boquilla (pulgadas) | Tiempo de hinchado (ms) |
| CO_{2} | 33 | ½ | 120 aprox. |
| CO_{2} | 30 | 5/8 | 80 aprox. |
| CO_{2} | 38 | 5/8 | 40-80 aprox. (*) |
| CO_{2} | 75 | 5/8 | 40 aprox. |
| \begin{minipage}[t]{153mm} * (Es para recordar que en estos ensayos la velocidad de fotografiado es igual a 25 fotos por segundo. Esto significa que hay un intervalo de tiempo de 40 ms que pasa entre una foto y la que sigue a continuación. El estudio del tiempo de hinchado se realizó observando las fotos. En este caso hay una incertidumbre debida al sistema de fotografiado. A partir del estudio resulta que el artículo hinchable no estaba completamente hinchado según la foto tomada en el milisegundo 40, mientras que estaba completamente hinchado en la foto que corresponde al milisegundo 80. Esto significa que el artículo hinchable había sido hinchado completamente en un tiempo entre 40 y 80 ms). \end {minipage} |
Siendo iguales las condiciones de ensayo, se
pueden obtener reducciones adicionales en el tiempo de hinchado con
gases que tengan un menor peso molecular que el anhídrido
carbónico, por ejemplo argón y helio.
Claramente, para medir con más precisión un
tiempo de hinchado muy corto es adecuada la utilización de sistemas
de toma de datos que presenten una velocidad de más de 25 fotos por
segundo, por ejemplo 250 fotos por segundo. Utilizando una cámara
que tenga una velocidad de fotografiado de 250 fotos por segundo se
ha apreciado que el tiempo de hinchado es incluso más corto que el
mostrado en la tabla anterior.
Los ensayos llevados a cabo muestran que
mediante una adecuada selección de los parámetros de diseño del
inflador, es posible obtener incluso tiempos más cortos para el
hinchado de un artículo hinchable.
En conexión con esto, teniendo en cuenta que el
tiempo de hinchado de un airbag que tiene infladores pirotécnicos
según declaran los fabricantes está comprendido entre 30 y 50 ms, a
partir de la Tabla se puede observar que el inflador según la
presente invención permite tiempos de hinchado de artículos
hinchables comparables a los que se obtienen con hinchadores
pirotécnicos.
El inflador según la presente invención se puede
utilizar para el hinchado de varios artículos hinchables de
protección o de seguridad en los que se requiere un hinchado rápido
de uno o más de los elementos hinchables. A modo de ejemplo, el
inflador se puede utilizar para el hinchado del airbag de un
vehículo a motor, de una chaqueta de protección hinchable para un
motorista, de un artículo deportivo de protección hinchable y de
otros artículos de seguridad similares, tales como aquéllos que se
requieren en actividades hípicas. Además, el inflador aquí descrito
se puede utilizar en todas aquellas aplicaciones en las que está
prevista la utilización de un gas a presión en lugar de una carga
explosiva para hacer funcionar el dispositivo, por ejemplo en
varios tipos de armas.
Debido a que el inflador no se acciona de un
modo pirotécnico, es seguro de utilizar y se puede disponer en un
equipo hinchable diseñado para estar en contacto próximo con un
cuerpo humano, sin que afecte peligrosamente al usuario.
Aunque se ha descrito la invención en relación a
una forma realización preferida de ésta, un experto en la materia
podría hacer claramente cambios de la misma sin apartarse de las
reivindicaciones adjuntas. En particular, la espiga perforadora,
aunque tiene una base que forma una parte con un diámetro que se
incrementa progresivamente, puede presentar una forma diferente de
la que se ilustra en los dibujos.
Claims (9)
1. Inflador (10) para el hinchado de un artículo
o equipo de protección neumático, que comprende:
- una botella que contiene gas (17) con una tapa
de sellado (19) aplicada a ésta,
- un alojamiento del inflador (12),
- un elemento de golpeo (13) contenido en dicho
alojamiento del inflador (12) y capaz de moverse a lo largo de
éste, y provisto en un primer extremo de éste con una espiga
perforadora que sobresale (16) adaptada para hacer un orificio en
dicha tapa de sellado (19) de la botella que contiene gas (17),
- un muelle de compresión helicoidal (21)
contenido en dicho alojamiento del inflador (12) y adaptado para
impulsar dicho elemento de golpeo (13) a un segundo extremo de
éste, opuesto a dicho primer extremo que lleva la espiga
perforadora (16), y para llevar a dicho elemento de golpeo (13)
contra la tapa de sellado (19) de la botella que contiene gas
(17),
- una lumbrera de salida de gas (20) dispuesta
en una pared de dicho alojamiento del inflador (12) para permitir
que el gas contenido en dicha botella que contiene gas (17) fluya
desde dicho inflador (10) hacia el artículo o equipo de protección
neumático,
- unos medios de fijación (24, 25) asociados con
dicho inflador (10) y que cooperan con dicho elemento de golpeo
(13) para retenerlo de un modo liberable en una posición enclavada
contra la acción de dicho muelle de compresión helicoidal (21),
- unos medios de accionamiento (26) formados por
un elemento de enclave separable asociado con dicho inflador (10) y
adaptados para liberar dichos medios de fijación (24, 25), y
- unos medios de control (28) asociados con
dichos medios de accionamiento (26) y adaptados para hacer
funcionar dicho inflador (10) provocando que dichos medios de
accionamiento liberen dichos medios de fijación, estando formados
dichos medios de control (28) por un cable (28) conectado al
elemento de enclave separable (26),
en el que dicha espiga perforadora (16)
comprende una parte que forma una punta (16A) que presenta la forma
de un cilindro circular truncado sustancialmente de un modo oblicuo
que está adaptado para perforar la tapa de sellado (19),
caracterizada porque:
dicha espiga perforadora (16) comprende además
una parte que forma la base (16B) que presenta la forma de un cono
sustancialmente truncado que está adaptado para abombar el borde
del orificio practicado en la de tapa de sellado (19) por la parte
que forma una punta (16A) de la espiga perforadora (16) de tal modo
que evita que dicha espiga perforadora (16) permanezca atascada en
el interior del orificio practicado en la tapa de sellado (19),
dichos medios de fijación (24, 25) están formados
por un par de mordazas (24, 25) adaptadas para sujetar firmemente
el elemento de golpeo (13) en un posición enclavada contra la
acción de dicho muelle de compresión helicoidal (21), y
dicho elemento de enclave separable (26) está
insertado entre el par de mordazas (24, 25) para mantener dicho par
de mordazas (24, 25) en una posición cerrada para que sujeten
firmemente el elemento de golpeo (13) y para permitir que dicho par
de mordazas (24, 25) puedan desplazarse a una posición abierta
para la liberación de dicho elemento de golpeo (13) después de la
retirada de dicho elemento de enclave (26).
2. Inflador según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicho elemento de golpeo (13) presenta
un recorrido hacia delante (AC) dirigido hacia la botella que
contiene gas (17) que comprende una primera sección de recorrido
hacia delante (AB) en la que el elemento de golpeo (13) es
impulsado y acelerado mediante el muelle de compresión helicoidal
(21) y una segunda sección de recorrido hacia delante (BC) en la
que el elemento de golpeo (13) se separa de dicho muelle de
compresión helicoidal (21) y perfora la botella que contiene gas
(17).
3. Inflador según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicho elemento de golpeo (13) presenta
un recorrido hacia atrás (CA) dirigido alejándose de la botella que
contiene gas (17) que comprende una primera sección de recorrido
hacia atrás (CB) en la que el elemento de golpeo (13) está
separado del muelle de compresión helicoidal (21) y es acelerado
mediante el empuje ejercido por el gas a presión y una segunda
sección de recorrido hacia atrás (BA) en la que el elemento de
golpeo (13) se opone al muelle de compresión helicoidal (21).
4. Inflador según las reivindicaciones 1 y 3,
caracterizado porque durante la perforación de la tapa de
sellado (19) de la botella que contiene gas (17), dicho elemento de
golpeo (13) cierra la lumbrera de salida de gases (20) del
alojamiento del inflador (12) de tal modo que crea una cámara a
presión definida por el elemento de golpeo (13) y las paredes del
alojamiento del inflador (12) en el que está contenido dicho
elemento de golpeo (13), abriéndose posteriormente dicha lumbrera
de salida de gases (20) cuando el elemento de golpeo (13) ha
cubierto la primera sección de recorrido hacia atrás (CB) de su
recorrido hacia atrás (CA) alejándose de la botella que contiene
gas (17) de tal modo que permite que el gas fluya desde el inflador
hacia el interior del artículo o equipo de protección
neumático.
5. Inflador según las reivindicaciones 1 y 3,
caracterizado porque la extensión del muelle de compresión
helicoidal (21) cuando está en estado no comprimido es tal que
permite que el elemento de golpeo (13) cubra la primera sección de
su recorrido hacia atrás (CB) de su recorrido hacia atrás (CA) que
se aleja de la botella que contiene gas (17) no encontrando
oposición por dicho muelle de compresión helicoidal (21) para no
obstruir el flujo de salida de gas desde la botella que contiene
gas (17).
6. Inflador según la reivindicación 1,
caracterizado porque además comprende unos medios para el
ajuste de la fuerza de sujeción del par de mordazas (24, 25) sobre
el elemento de golpeo (13), y por lo tanto de la fuerza requerida
para extraer el elemento de enclave separable (26), estando formados
dichos medios de regulación por un juego de tornillo (30) que
actúa sobre las mordazas (24, 25) por medio de un elemento de
resorte (29).
7. Inflador según la reivindicación 1,
caracterizado porque para el reenganche del elemento de
golpeo (13) en una posición enclavada, está previsto un orificio
ciego roscado (32) que se extiende longitudinalmente en el interior
del elemento de golpeo (13), cuyo orificio está adaptado para
recibir un tornillo mediante cuyo roscado dicho elemento de golpeo
(13) es retirado y comprime el muelle de compresión helicoidal (21)
hasta que el elemento de golpeo (13) es acoplado por el par de
mordazas (24, 25).
8. Inflador según la reivindicación 1,
caracterizado porque el elemento de enclave separable (26)
presenta una forma esférica o semiesférica de tal modo que permite
que el inflador (10) sea accionado cuando el cable (28) se estire
en diferentes direcciones múltiples y está provisto con una parte
en forma de varilla (27) a cuyo extremo se conecta el cable
(28).
9. Inflador según la reivindicación 1,
caracterizado porque el área de paso de la lumbrera de
salida de gas (20) es mayor que el área de paso del orificio
practicado en la tapa de sellado de la botella que contiene
gas.
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