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Sicherheitsvorrichtung für Insassen von Kraftwagen und Flugzeugen sowie für Fallschirmspringer
Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung für Insassen von Kraftwagen und Flugzeugen sowie für Fallschirmspringer, bestehend aus einem am Fahrzeug bzw. Fallschirm befestigten Zylinder und einer in diesem geführten, über einen Haltegurt oder ein Haltegeschirr mit der zu schützenden Person verbun- denen Zugstange, die dem bei plötzlicher Geschwindigkeitsverminderung des Fahrzeuges bzw. beim Öffnen des Fallschirmes auftretenden Zug des Haltegurtes oder Haltegeschirres folgend, im Zylinder gegen den Widerstand eines Gas-oder Flüssigkeitspolsters oder einer Feder verschiebbar ist.
In Kraftwagen und Flugzeugen finden Sicherheitsgurte Verwendung, die dazu dienen, die bei plötzlichen, starken Geschwindigkeitsverminderungen, wie sie z. B. bei Zusammenstössen bzw. Bauchlandungen auftreten, erfolgende stossartige Vorwärtsbewegung der Insassen aufzufangen und so zu dämpfen, dass diese nicht in den Sitz zurückgeschleudert werden und körperlichen Schaden nehmen. Dabei wird die freiwerdende kinetische Energie zum Teil durch plastische, d. h. bleibende Verformung des textilen Gurtmaterials vernichtet.
Die Sicherheitsgurte müssen zu diesem Zweck bestimmte Bedingungen erfüllen, wie sie z. B. in den "Richtlinien für die Prüfung von Sicherheitsgurten in Kraftfahrzeugen" des Bundesministeriums für Verkehr niedergelegt sind :"Bei einer Prüflast von 1200 kg soll die Gesamtdehnung der Teilstücke mindedestens 25% und höchstens 40% betragen, dabei soll die bleibende Dehnung 2/3 der Gesamtdehnung erreichen".
Der untere Grenzwert der Gesamtdehnung von 25% muss erreicht werden, damit bei plötzlich einsetzenden Bremsvorgänge so viel kinetische Energie durch bleibende Dehnung vernichtet wird, dass der Gurt seine Funktion als Sicherungsvorrichtung überhaupt ausüben kann. Die obere Grenze der Gesamtdehnung von 40% soll verhüten, dass sich der Gurt bei einem plötzlichen Bremsstoss zu stark längt und damit unwirksam wird, weil er der zu schützenden Person keinen Halt mehr bietet und diese aus dem Sitz heraus gegen die vor ihr befindlichen Fahrzeugteile geschleudert wird.
Erfahrungsgemäss ist es schwierig, mit textilen Mitteln einen Sicherheitsgurt herzustellen, der diese Bedingungen erfüllt. Es sind Sicherheitsgurte im Gebrauch, die den gestellten Anforderungen in mehr oder weniger hohem Masse genügen.
Weiters ist auch schon ein Sicherheitsgurt bekannt, der mit einem plastisch verformbaren, in Windungen gelegten oder zu einer Spirale geformten Dehnungselement aus Weicheisen versehen ist, das beispielsweise oberhalb der Rückenlehne befestigt ist. Dieser bekannte Sicherungsgurt ist zum Ausgleich kleinerer oder mittlerer Bremsstösse nicht geeignet und ist, wenn er einmal voll in Anspruch genommen wurde, für eine weitere Verwendung überhaupt unbrauchbar.
Bei einer andern bekannten Vorrichtung bietet der Sicherheitsgurt der Person zunächst möglichst grosse Bewegungsfreiheit und er wird erst bei einer entsprechend starken Verzögerung des Fahrzeuges gespannt. Damit lässt sich eine stossartige Vorwärtsbewegung der zu schützenden Person nicht auffangen, sondern diese wird vielmehr in den Sitz zurückgeschleudert und kann dabei zu Schaden kommen. Die
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gleichen Verhältnisse liegen auch dann vor, wenn gemäss einer weiteren bekannten Ausführung der Si- cherheitsgurt ausschliesslich elastisch befestigt ist und darüber hinaus noch eine zusätzliche Kraftein- wirkung auf die Person dadurch entsteht, dass der Sitz entgegen der Fahrtrichtung verschoben wird.
Schliesslich ist auch schon eine Sicherungsvorrichtung bekannt, bei der die Bewegungsenergie da- durch rückstossfrei absorbiert wird, dass der Sicherheitsgurt mit einem in einem Rohr angeordneten Gleit- körper verbunden ist, der bei seiner Vorwärtsbewegung den Querschnitt dieses Rohres aufweitet. Abge- sehen davon, dass auch diese Vorrichtung nur für den einmaligen Anwendungsfall gedacht ist, tritt auch noch der Nachteil auf, dass die Zugkraft nicht progressiv steigt. Eine progressive Bremskraft wird aber auch bei der ebenfalls rückstossfrei arbeitenden bekannten Sicherungsvorrichtung nicht erreicht, bei der der Sicherungsgurt mit einem keilförmig gestalteten Metallband verbunden ist, auf welches unter der
Kraft eines Gaspolsters oder einer Schraubenfeder stehende Bremsklötze einwirken.
Darüber hinaus tritt bei dieser sehr komplizierten Konstruktion im Notfall nicht nur eine ungünstige Verzögerungszeit bis zum Wirksamwerden derSicherungsvorrichtung auf, sondern es können sich auch sehr unterschiedliche Brems- kräfte ergeben.
Bei der Herstellung von sich dehnenden Sicherheitsgurten besteht das Hauptproblem in der Schaffung definierter Dehnungsverhältnisse, wie sie das oben genannte Verhältnis von Gesamtdehnung zu bleibender Dehnung vorschreibt. Dieses wird nämlich weitgehend bestimmt von der Art und den Eigenschaften des verarbeiteten Textilmaterial sowie der Gurtkonstruktion und ist darum gewissen Schwankungen unterworfen. Ein weiterer Nachteil der sich dehnenden bekannten Sicherheitsgurte besteht darin, dass ihr Dehnungsverhalten nicht dem Körpergewicht des Trägers angepasst werden kann und, auf das Durchschnittsgewicht eines Erwachsenen eingestellt, z. B. bei einem Kind kaum wirksam wird. Hinzu kommt, dass das Dehnungsverhalten der bekannten Sicherheitsgurte auf Höchstbeanspruchung, d. h. auf den Katastrophenfall, eingesetzt ist.
Die vorzugsweise irreversible Dehnung kann darum zum Ausgleich kleiner und mittlerer Bremsstösse, denen die Insassen von Kraftfahrzeugen gelegentlich ausgesetzt sind, nicht benutzt werden und macht, wenn sie bei einem starken Bremsstoss einmal voll in Anspruch genommen worden ist, den Gurt für eine weitere Verwendung als Sicherungsvorrichtung unbrauchbar.
Um bei einem Aufprall eines Kraftwagens auf ein Hindernis bzw. bei der Ladung eines Flugzeuges die freiwerdende kinetische Energie soweit sie sich auf die Fahrzeuginsassen auswirkt, in wirksamer und für diese unschädliche Weise umwandeln zu können, ist gemäss der Erfindung die eingangs beschriebene Sicherheitsvorrichtung so ausgeführt, dass die Zugstange, in an sich bekannter Weise, der Länge nach im Zylinder geführt ist und dass zur Erzielung einer auf die Zugstange wirkenden progressiven, rückstossfreien Bremskraft und zur Absorbierung der Bewegungsenergie der Zylinder mehrere, über seine Länge verteilte, von einem auf der Zugstange sitzenden Kolben bei deren Verschiebung abdeckbare Abströmöffnungen für das gasförmige oder flüssige Bremsmedium oder eine als Widerlager für die Feder dienende Sperre aufweist,
die von der Zugstange mittels eines Anschlages bei Hubende lösbar ist.
Durch die erfindungsgemässe Sicherheitsvorrichtung werden alle Nachteile der bisher bekannten Ausführungen vermieden. Der Haltegurt ist einer möglichst geringen Zugbelastung ausgesetzt, so dass die elastische Dehnung des Gurts möglichst klein gehalten wird.
Die Befestigung der erfindungsgemässen Sicherheitsvorrichtung kann an sich in der gleichen Weise erfolgen wie bei den bekannten Sicherheitsgurten. Als besonders zweckmässig erweist es sich, die Bremsvorrichtung zwischen oder unter die Sitze zu legen und im Boden zu verankern (Fig. l). Die Befestigung muss in der Weise vorgenommen werden, dass sich die Bremseinrichtung jeweils so einstellen kann, dass die aussen angreifenden Kräfte in einer Linie wirken, was in an sich bekannter Weise z. B. durch ein eingebautes Kardangelenk erreicht wird.
Fig. 1 zeigt, wie die erfindungsgemässe Sicherheitsvorrichtung beispielsweise in einem Kraftwagen angebracht werden kann. Die Bremseinrichtung 15 wird neben dem Sitz durch die Befestigung 16 am Boden gehalten und ist durch das Kardangelenk 10 frei beweglich. Durch den Verschluss 17 ist sie mit einem Schultergurt 18 lösbar gekoppelt, der mit seinem andern Ende an der Seitenwand bei 19 befestigt ist.
Die Bremsvorrichtung kann mit allen bekannten Gurtarten und Haltegeschirren gekoppelt werden.
Besonders vorteilhaft ist die Verbindung mit einem Schultergurt. Geeignet sind alle möglichen hochfesten Gurte aus natürlichem oder synthetischem Material mit geringer Dehnung.
So stellt ein Gurt, der nicht die in den "Richtlinien für die Prüfung von Sicherheitsgurten in Kraftfahrzeugen" festgelegten Dehnungswerte hat und der gemäss der Erfindung mit einer Bremseinrichtung gekoppelt ist, eine in jedem Fall einwandfrei funktionierende Sicherungsvorrichtung für Insassen von Kraftwagen und Flugzeugen dar. Ist z. B. ein solcher Sicherheitsgurt an einen zweiseitig wirkenden,
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pneumatischen Bremszylinder angeschlossen, de, neben dem Sitz im Boden verankert und über ein Kar- dangelenk frei beweglich ist, so fängtdieser die Wucht des Aufpralls des menschlichen Körpers bei einem
Zusammenstoss auf und lässt diesen danach langsam in den Sitz zurückgleiten. Ein mechanisch/pneuma- tischer Bremszylinder arbeitet dabei z.
B. so, dass die in einem Gehäuse befindliche Feder über einen
Kolben und Kolbenstange, die beim Abbremsen auf die zu schützende Person wirkende Energie aufnimmt und speichert. Bei dieser Kolbenbewegung wird durch ein Rückschlagventil Luft angesaugt, die beim Ent- spannen der Feder wieder langsam durch ein zweites Ventil entweicht und so ein schlagartiges Freiwer- den der Federenergie verhindert. Statt einer pneumatischen Bremsvorrichtung sind natürlich auch andere
Bremskonstruktionen für den vorliegenden Zweck brauchbar, vor allem hydraulisch wirkende Stossdämpfer und solche, die nur mit Federkraft arbeiten.
Als weitere beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemässen Sicherungseinrichtung wird nach- stehend eine beidseitig wirkende hydraulische Stossdämpfung beschrieben, die mit einem Haltegurt oder - geschirr gekoppelt werden kann.
In Fig. 2 ist die hydraulische Bremseinrichtung mit dem Bolzen 10 gelenkig am Boden verankert.
Ein Haltegurt, mit dem die zu schutzende Person festgeschnallt wird, ist an der Kolbenstange 7 be- festigt. Die Bremseinrichtung ist bis unter den Schraubdeckel 2 mit der Dichtung 3 vollständig mit einer Bremsflüssigkeit gefüllt.
Wird eine Zugkraft auf die Kolbenstange 7 ausgeübt, so drückt die Kolbenringfläche auf die dar- über im Innenzylinder 4 befindliche Flüssigkeit und presst diese durch die Auslassöffnungen 8 in den Raum zwischen Innenzylinder 4 und Aussenzylinder 1. Von dort gelangt die Bremsflüssigkeit durch die Einlassschlitze 9 unter den Kolben 6. Im Verlauf der Aufwärtsbewegung des Kolbens 6 fallen nach und nach die Auslassöffnungen 8 für den Austritt der unter Druck stehenden Bremsflüssigkeit im Innenzylinder 4 aus. Damit wird die Ausflussgeschwindigkeit in den noch wirksamen Auslassöffnungen 8 grösser und ebenfalls die Flüssigkeitsreibung. Es tritt also eine anwachsende Dämpfung der Kolbenbewegung ein. Die Feder 5 hat nur die Aufgabe, den Kolben 6 nach der Aufwärtsbewegung langsam in seine Ausgangslage zu drücken.
Die Änderung der Zahl der Auslassöffnungen 8 sowie deren Durchmesser und die Wahl von Bremsflüssigkeiten mit geeigneter Zähigkeit geben die Möglichkeit, in der Bremseinrichtung bei begrenzter Dehnung grosse kinetische Energien zu kompensieren. Eine andere Ausführungsform einer mechanischen Bremseinrichtung arbeitet z. B. allein mit Federkraft ; die Arbeitsweise einer solchen mechanischen Bremseinrichtung ist nun an Hand der Fig. 3 beschrieben.
Die Bremseinrichtung ist mit dem Bolzen 10 gelenkig am Boden verankert. Der Haltegurt, mit dem die zu schützende Person festgeschnallt wird, ist an der Kolbenstange 7 befestigt. Wird als Folge einer plötzlichen Abbremsung des Fahrzeuges eine Zugkraft auf die Kolbenstange 7 ausgeübt, su druck der Kolben 6 die Feder 5 zusammen. Ist die Feder 5 vollkommen zusammengepresst, so schiebt sich der bei diesem Vorgang sich aufwärts bewegende Kolben 6 zwischen die Haltebügel 11. Die Bügel sind auf den Stiften 12 drehbar gelagert und werden durch den Kolben 6 an ihren Kröpfungen soweit nach aussen gedrückt, dass das Federende von den Haltebügel 11 freigegeben wird und sich die Feder 5 in den oberen Teil des Gehäuses 13 entspannt.
Die Spreizung der Haltebügel 11 wird durch die Haken 14 begrenzt, so dass die Nasen der Haltebügel 11 noch in das Gehäuse 13 ragen und eine weitere Aufwärtsbewegung des Kolbens 6 verhindern. Durch die Entspannung der Feder 5 wird die in ihr gespeicherte Energie vernichtet, ohne sich auf die angeschnallte Person auswirken zu können. Diese Bremseinrichtung spricht, ähnlich den bekannten Sicherheitsgurten, nur bei Überschreitung einer durch die Feder 5 gegebenen Belastung an und muss dann durch erneute Klemmung der Feder 5 zwischen Kolben 6 und Haltebügel 11 wieder gebrauchsfähig gemacht werden.
Die gemäss der Erfindung mit einem Gurt oder Haltegeschirr gekoppelten Bremsvorrichtungen fur Kraftwagen- und Flugzeuginsassen sind verhältnismässig klein, besitzen eine handliche Form und lassen sich an jeder geeigneten Stelle des Fahrzeuges ohne Schwierigkeit anbringen.
Bei bestimmten Konstruktionen, z. B. dem in Fig. 2 gezeigten Stossdämpfer, können auch in ihrer Grösse sehr unterschiedliche Energiemengen kompensiert werden, ohne dass es einer besonderen Einstellung bedarf. Ausserdem kehrt der Kolben automatisch nach dem Fortfall der Belastung in seine Ausgangsstellung zurück. Damit wird die Sicherungseinrichtung sogleich wieder einsatzbereit. Andere Konstruk-
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zum Gebrauch hergerichtet werden. Somit sind die in der Erfindung aufgezeigten Sicherungseinrichtungen praktisch beliebig oft zu gebrauchen. Bei rein textilen Sicherheitsvorrichtungen ist nach einmaliger
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Benutung eine weitere plastische Verformung nicht mehr möglich, so dass keine kinetische Energie mehr kompensiert werden kann. Dadurch sind diese Gürtel nach einmaligem Gebrauch wertlos und müssen durch neue ersetzt werden.
Ebenso wie in Kraftwagen lässt sich die erfindungsgemässe Bremsvorrichtung in Verbindung mit einem Haltegurt oder Haltegeschirr auch in Flugzeugen verwenden. Sie kann ferner auch an Fallschirmen angebracht werden, um den sogenannten Entfaltungsstoss beim Öffnen des Schirmes aufzufangen und abzubremsen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Sicherheitsvorrichtung für Insassen von Kraftwagen und Flugzeugen sowie für Fallschirmspringer, bestehend aus einem am Fahrzeug bzw. Fallschirm befestigten Zylinder und einer in diesem geführten, über einen Haltegurt oder ein Haltegeschirr mit der zu schützenden Person verbundenen Zugstange, die dem bei plötzlicher Geschwindigkeitsverminderung des Fahrzeuges bzw.
beim Öffnen des Fallschirmes auftretenden Zug des Haltegurtes oder Haltegeschirres folgend, im Zylinder gegen den Widerstand eines Gas- oderFlüssigkeitspolsters oder einer Feder verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugstange (7), in an sich bekannter Weise, der Länge nach im Zylinder (4) geführt ist und dass zur Erzielung einer auf die Zugstange wirkenden progressiven, rückstossfreien Bremskraft und zur Absorbierung der Bewegungsenergie der Zylinder mehrere, über seine Länge verteilte, von einem auf der Zugstange sitzenden Kolben (6) bei deren Verschiebung abdeckbare Abströmöffnungen (8) für das gasförmige oder flüssige Bremsmedium oder eine als Widerlager für die Feder (5) dienende Sperre (11) aufweist, die von der Zugstange mittels eines Anschlages (6) bei Hubende lösbar ist.
2. VorrichtungnachAnspruchl, dadurch gekennzeichnet, dassineinemBehälter (l) unter Bildung eines ringförmigen Hohlraumes ein Zylinder (4) angeordnet ist, in dem der auf der Zugstange (7) sitzende Kolben (6) gleitet und dessen einer Zylinderraum mittels der Abströmöffnungen (8) und dessen anderer Zylinderraum über ständig geöffnete Einlassschlitze (9) mit dem Hohlraum verbunden ist.
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