DE102004029456A1

DE102004029456A1 - Fahrzeug mit mindestens einem Sitz für mindestens einen Fahrzeuginsassen und mit einem Gurtsystem

Info

Publication number: DE102004029456A1
Application number: DE102004029456A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Schwant
Original assignee: Individual
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2004-05-29
Filing date: 2004-06-18
Publication date: 2005-12-22
Also published as: US20080054617A1; WO2005115808A2; WO2005115808A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die nach dem Entfernen der in einem Gurtsystem vorhandenen Gurtlosen durch ein Straffsystem, mit Hilfe eines in einem Behälter (17) gespeicherten komprimierten Gases (18) über ein Kolben/Zylindersystem (10, 11, 13, 14) in das Gurtsystem (1, 2, 3, 4, 5) eine Kraft (F1, F2) erzeugt, die bei einem Unfall die notwendige Höhe zum Anhalten des Insassen hat. DOLLAR A Die Beaufschlagung des Kolbens (13) mit dem im Behälter (17) komprimierten Gas (18) kann durch die Freigabe des mit einem Sperrstift (15) gesicherten Verschlusskolbens (16) oder auch mit einem eine Membran zerstörenden Projektil erfolgen. Das im Behälter (17) befindliche komprimierte Gas (18) kann auch bei einem Aufprall durch einen pyrotechnischen Treibsatz auf den notwendigen Betriebsdruck gebracht werden, bei dem dann eine Berstmembran bricht. DOLLAR A Die maximale Höhe des Gasdrucks kann durch ein Steuerventil (28) beeinflusst werden. Der Abbau des Gasdrucks nach Beendigung des Aufpralls kann durch eine Drosselöffnung (29) erfolgen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit mindestens einem Sitz für mindestens einen Fahrzeuginsassen und mit einem Gurtsystem, mit dem der Fahrzeuginsasse bei einem einen Mindestverzögerungswert überschreitenden Verzögerungsvorgang des bewegten Fahrzeugs auf dem Sitz zurückgehalten wird.
Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, dienen regelmäßig der Beförderung von Personen. Bei Personenkraftwagen befinden sich im Allgemeinen 4 oder 5 Sitze im Fahrzeug, die jeweils für eine Person, also für einen Fahrzeuginsassen, Platz bieten. Während der Fortbewegung befindet sich dabei stets zumindest ein Fahrzeuginsasse, nämlich der Fahrer, auf seinem Sitz.
Während der Fahrt kommt es zu Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgängen, die sich innerhalb bestimmter, üblicher Grenzen abspielen und keinerlei Gefahr für den Fahrzeuginsassen bilden.
Problematisch ist es jedoch, wenn das Fahrzeug auf ein Hindernis aufprallt und dadurch eine sehr starke, einen Mindestverzögerungswert überschreitende Verzögerung sowohl des Fahrzeugs als auch des Fahrzeuginsassen eintritt. Werden keine weiteren Maßnahme getroffen, kann es zu schweren Verletzungen des Fahrzeuginsassen kommen. Aus diesem Grunde werden seit vielen Jahrzehnten Gurtsysteme eingesetzt, die den Fahrzeuginsassen bei derartigen Verzögerungsvorgängen nach einem Aufprall auf dem Sitz zurückhalten sollen. Sicherheitsgurte sollen nach Möglichkeit die Fahrzeuginsassen bei einem solchen Verzögerungsvorgang vor dem Aufschlag auf Fahrzeugteile bewahren und gleichzeitig die vom Sicherheitsgurt auf den Fahrzeuginsassen wirkenden Kräfte auf einen für den Menschen verträgliches Niveau begrenzen.
Würde keine solche Begrenzung der vom Sicherheitsgurt auf den Fahrzeuginsassen wirkenden Kräfte vorgenommen, so würde ja der Sicherheitsgurt die gleichen Verletzungen des Fahrzeuginsassen bewirken, wie dies ein direkter Auf prall des Fahrzeuginsassen auf ein Hindernis hervorrufen würde. Für eine solche Begrenzung der vom Sicherheitsgurt auf den Fahrzeuginsassen wirkenden Kräfte ist in der FR 1 180 364 B ein Dehnglied im Sicherheitsgurt vorgeschlagen worden. Der Einsatz eines Dehngliedes mit Sicherheitsgurt führt zwangsläufig zu einer Vergrößerung des Relativweges zwischen dem auf ein Hindernis geprallten Fahrzeug und dem Fahrzeuginsassen.
Der Gesamtanhalteweg besteht aus dem Deformationsweg, der dem Fahrzeug durch seine Verformung bei diesem Verzögerungsvorgang bis zu seinem Stillstand relativ zur Oberfläche zur Verfügung steht, einerseits und zusätzlich aus demjenigen Weg, den der Insasse relativ zum Fahrzeug durchführen kann, bis er auf Bauteile im Innenraum des Fahrzeugs aufschlägt.
Dieser Anhalteweg muss im Ernstfall ausreichen, um die bei Beginn des Aufpralls des Fahrzeugs auf das Hindernis in dem Fahrzeuginsassen relativ zur Erdoberfläche enthaltene kinetische Energie abzubauen. Reichen der Anhalteweg und der freie Weg nicht aus, kommt es zum Aufprall auf die Fahrzeugteile und die Verletzung des Insassen durch die Fahrzeugbauteile sind dann ebenfalls nicht mehr vermeidbar.
Um die Kräfte im Sicherheitsgurt mit Hilfe eines Dehngliedes auf ein möglichst niedriges Niveau zu bringen und damit die Belastungen des Menschen bei einem Unfall so niedrig wie möglich zu halten, ist es daher sinnvoll, den Anhalteweg so lang wie möglich zu gestalten. Da die Freiräume zwischen dem Insassen und den Fahrzeugteilen, zum Beispiel dem Lenkrad, durch ergonomische Größen des Menschen bestimmt werden, wäre in diesem Bereich eine Verlängerung des Anhaltewegs nur durch das Wegziehen der Bauteile möglich, was auch in gewissem Maße praktisch versucht wird.
Physikalisch besteht noch die Möglichkeit, die Länge des Vorderwagens zu vergrößern, ohne den dabei gewonnenen Deformationsweg durch zusätzliche Bauteile zu blockieren. Dies ist jedoch in der Praxis nicht möglich.
Gurtsysteme werden heutzutage meist mit einem automatischen Gurtaufroller ausgestattet. Bei einem Gurtsystem mit einem automatischen Gurtaufroller wird die Sperrung des Gurtbands bei einem Unfall durch einen mechanischen Sensor eingeleitet. Dabei wird aufgrund einer Relativbewegung der trägen Sensormasse des Sensors relativ zum Fahrzeug über ein Klinkensystem der Gurtaufrollmechanismus gesperrt. Weiterhin bewegt sich der Insasse noch relativ zum Fahrzeug ohne das Kräfte im Sicherheitsgurt den Insassen halten, bis alle Gurtlosen zwischen dem Insassen und dem Gurt eliminiert sind. Solche Gurtlosen sind zum Beispiel das locker aufgewickelte Gurtband auf dem Gurtaufroller oder die Bekleidung des Insassen.
Die DE 22 23 061 A1 schlägt eine weitere Verbesserung gerade bei solchen Gurtsystemen vor. Sie setzt eine Spanneinrichtung für die Sicherheitsgurte ein und verlegt auf diese Weise den Gurtkraftanstieg auf den Fahrzeuginsassen auf einen etwas früheren Zeitpunkt und verbessert so die physikalischen Verhältnisse.
Bei der Kombination eines Dehnglieds und einer Spanneinrichtung wie etwa nach der DE 22 23 061 A1 in einem Sicherheitsgurt kommt es im Fall eines Aufpralls des Fahrzeuges zu folgenden physikalischen Abläufen:
Ein Sensor erkennt den Aufprall des Fahrzeugs auf ein Hindernis. Der Sensor beurteilt den Verzögerungsverlauf des Fahrzeugs nach einem speziellen Algorithmus, um dann nach Überschreitung einer definierten Unfallschwere einen elektrischen Impuls zur Aktivierung des Zünders der Spanneinrichtung zu erzeugen. Der Zünder zündet dann einen pyrotechnischen Treibsatz, dessen Gas über unterschiedlichste mechanische Systeme eine Drehbewegung der Gurtwickelwelle zur Entfernung der Gurtlose einleitet. Anders ausgebildete mechanische Straffeinrichtungen straffen das Gurtband mit Hilfe einer linearen Bewegung das Gurtschlosses, die ebenfalls durch einen pyrotechnischen Treibsatz eingeleitet wird.
Im Sicherheitsgurt entsteht dabei eine Kraft. Die Kraft ist abhängig von der kinetischen Energie der durch die Spanneinrichtung auf Geschwindigkeit gebrachten trägen Massen der Spanneinrichtung selbst und von Bauteilen des Gurtsystems. Die Federsteifigkeit des Gurtbandes und des Insassen und der dabei entstandene Spannweg bestimmen die Höhe der Kraft.
Da zum Abschluss des Spannvorgangs die Relativbewegung zwischen dem Gurtsystem und dem Fahrzeuginsassen gleich Null ist, muss die gesamte kinetische Energie der bewegten trägen Massen während des Spannvorgangs in potentielle Energie, nämlich Gurtkraft multipliziert mit dem Verformungsweg des Gurtbandes und dem Verformungsweg des Fahrzeuginsassen, umgewandelt werden.
Durch die Spannvorrichtung wird also der Sicherheitsgurt so gestrafft, dass die sogenannte Gurtlose des Sicherheitsgurtes und auch die Losen der Kleidung des Fahrzeuginsassen entfernt werden. Dies sind die lockeren Kleidungsbestandteile zwischen Gurtband und Körper des Fahrzeuginsassen, die so zusammen gedrückt werden und auch lockere, nicht drückende Bestandteile des Gurtbandes, die üblicherweise während des Fahrens durchaus mit Absicht bestehen, um den Fahrzeuginsassen während des Fahrens nicht unnötig zu behindern und sein Wohlbefinden nicht zu beeinträchtigen. Durch die Spanneinrichtung wird das Gurtband jedoch kurzfristig und ruckartig festgezogen, sowie ein Sensor erkennt, dass ein Aufprall des Fahrzeuges auf ein Hindernis mit einer gewissen Schwere erfolgt ist. Physikalisch wird dabei die sehr kleine träge Masse des Gurtbandes und der lockeren Bestandteile der Kleidung über einen Spannweg in sehr kurzer Zeit durch eine hohe Beschleunigung der Spannvorrichtung bewegt. Im Verhältnis zu den trägen Massen des Fahrzeuges insgesamt oder auch des Fahrzeuginsassen sind die zu bewegenden Massen außerordentlich gering.
Eine Relativbewegung zwischen dem Insassen und dem Fahrzeug findet dabei nicht statt, da die für den Spannvorgang des Gurtbandes eingesetzte Energie nicht ausreicht, um die relativ große Masse des Fahrzeuginsassen zu bewegen.
Erst durch den sich beim Unfall deformierenden Vorderwagen und der gleichzeitig einsetzenden Verzögerung des Fahrzeugs bewegt sich der Insasse relativ zum Fahrzeug. Er folgt der ursprünglichen Fahrtrichtung, bewegt sich vom Sitz also in Richtung des Vorderwagens. Dadurch wird das Gurtband weiter gedehnt und die Gurtkräfte steigen auf ein Niveau, das den Insassen auf dem von diesem Zeitpunkt an über dem vom Fahrzeug noch zur Verfügung gestellten Deformationsweg und dem Freiraum des Insassen im Fahrzeug, relativ zur Erdoberfläche zum Stillstand bringt. Die Dehnbarkeit des Gurtbandes folgt also einem Kompromiss: Das Gurtband sollte so dehnbar sein, dass der Fahrzeuginsasse nicht über einen gerade noch vertretbaren, schwere Verletzungen vermeidenden Wert hinaus belastet und verzögert wird. Seine Dehnbarkeit sollte andererseits so niedrig gehalten werden, dass der Fahrzeuginsasse während der Verzögerung möglichst vor dem Aufschlag auf Fahrzeugteile im Inneren der Fahrgastzelle zum Stillstand kommt oder jedenfalls die Verletzungen beim Aufschlag so niedrig wie möglich gehalten werden.
Trotz dieser mit Erfolg eingesetzten Gurtsysteme und Gurtstraffeinrichtungen bleibt der Wunsch nach weiteren Verbesserungen bei Unfällen von Fahrzeugen, beispielsweise bei Aufprällen auf ein Hindernis.
Diesem Wunsch versucht man durch sehr aufwendige Auffangvorrichtungen, wie beispielsweise Airbags zu entsprechen. Diese können aber nicht allen Wünschen entsprechen.
Eine weitere Maßnahme, um möglichst schnell die Relativbewegung des Fahrzeuginsassen zum Fahrzeug einzuleiten, und auf diese Weise mehr Anhalteweg für den Insassen zu erhalten, wäre es, wenn die Verzögerung des Fahrzeugs von Anbeginn des Unfalls an möglichst hoch ist, wenn also der Deformationsbereich relativ hart ausgestaltet ist. Unter Berücksichtigung der Verträglichkeit zu anderen Fahrzeugen bei einem Unfall sollte jedoch der vordere Deformationsbereich weicher gestaltet werden. Auch für Unfälle mit niedriger Unfallschwere ist es sinnvoll den vorderen Deformationsbereich weicher zu gestalten.
Die Maßnahme, den vorderen Bereich der Fahrzeugfront in ihrer Bauweise härter zu gestalten, um die Belastungen des Insassen bei einem schwere Unfall zu reduzieren, ist damit bei anderen Unfallarten nachteilig. Diese Vorgehensweise ist daher ebenso wie die Verlängerung des Vorderwagens nicht praktikabel.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein gattungsgemäßes Fahrzeug so auszubilden, dass bei Unfällen die Belastungen der Fahrzeuginsassen weiter reduziert werden.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Gurtsystem mit einer Einrichtung ausgerüstet ist, die den Fahrzeuginsassen kontinuierlich während wenigstens der Hälfte der Zeitdauer des Verzögerungsvorgangs über das Gurtsystem mit einer gegen die Fahrtrichtung gerichteten Kraft beaufschlagt, die hinreichend groß ist, um den Fahrzeuginsassen relativ zum Fahrzeug gegen die Fahrtrichtung zu bewegen.
Dadurch wird überraschend die Aufgabe gelöst. Über einen erheblichen Teil des Verzögerungsvorgangs wird durch das Gurtsystem der Fahrzeuginsasse relativ zum Fahrzeug gegen die Fahrtrichtung bewegt. Bekannt ist ja das Gegenteil: Der Fahrzeuginsasse bewegt sich relativ zum Fahrzeug in Fahrtrichtung, also nach vorn. Im Stand der Technik wird ja erst durch diese Bewegung nach vorn das Dehnverhalten des Sicherheitsgurtes ausgelöst und dadurch diese Bewegung nach Möglichkeit gedämpft.
Erfindungsgemäß wird jedoch statt dessen zu einem möglichst frühen Zeitpunkt eine Bewegung des Fahrzeuginsassen in die Gegenrichtung veranlasst. Das Dehnverhalten des Sicherheitsgurts wird also zu diesem Zeitpunkt noch nicht in Anspruch genommen. Zu berücksichtigen ist, dass der gesamte Verzögerungsvorgang zeitlich extrem kurz ist. Der Fahrzeuginsasse wird während dieses extrem kurzen Zeitraumes nicht über größere Strecken relativ zum Fahrzeug bewegt, diese Bewegung hat jedoch das Ergebnis, dass die im Stand der Technik auftretenden Beschleunigungsspitzen vollständig abgebaut und ausgeglichen werden.
Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Fahrzeugs wird mit dem Aufbau der Rückhaltekräfte im Gurtband des Sicherheitsgurtes des Gurtsystems durch die Relativbewegung zwischen Fahrzeuginsasse und Fahrzeug gewartet. Stattdessen werden sofort die erforderlichen Kräfte zum Anhalten des Fahrzeuginsassen erzeugt, also ohne auf die Dehnung im Gurtband zu warten. Die von der zusätzlichen Ausgestaltung des Fahrzeuges erzeugte Kraft im Gurtsystem wird so gestaltet, dass der vom Fahrzeug zur Verfügung gestellte Deformationsweg physikalisch wesentlich besser genutzt werden kann, als dies im Stand der Technik möglich ist.
Die beispielsweise aus der DE 22 23 061 A1 bekannte Spannvorrichtung ist als Zusatzelement unverändert nützlich, da sie völlig unabhängig von der Ausgestaltung des Fahrzeugs nach der jetzigen Erfindung ist und das Entfernen von Gurtlosen auch bei einem Fahrzeug gemäß der Erfindung sinnvoll bleibt und den Effekt unterstützt.
Der Unterschied der erfindungsgemäßen Ausgestaltung gegenüber einer Spannvorrichtung nach der DE 22 23 061 A1 ist technisch und physikalisch jedoch erheblich: während in der bekannten Spannvorrichtung nur kleine Trägemassen für einen sehr kurzen Zeitraum einmal beschleunigt werden, um eine optimalere Anlegung des Gurtes zu bewirken, sondern es wird die große Masse des Fahrzinsassen verzögert, und zwar über den gesamten oder jedenfalls doch über einen wesentlichen, mehr als die Hälfte der Zeit umfassenden Teil des Verzögerungszeitraumes.
In der Praxis bevorzugt wird die gesteuerte Verzögerung und damit Beeinflussung der Bewegung über den gesamten Zeitraum des Verzögerungsvorgangs vorgenommen. Dadurch müssen natürlich durchaus erhebliche Kräfte in den Sicherheitsgurt eingebracht werden, die entsprechend zur Optimierung des Vorganges gesteuert und dosiert werden können. Die Dehnbarkeit des Sicherheitsgurtes wird erst zu einem relativ späteren Zeitpunkt des Verzögerungsvorgangs in Anspruch genommen.
Dabei ist es wünschenswert, wenn die entsprechenden Effekte und die Steuerung so früh wie möglich einsetzen. Wenn daher die Entwicklung zu Sensoren führt, die zu immer frühren Zeitpunkten einen Aufprall mit genügender Schwere erkennen oder sogar vorhersagen können, kann dies entsprechend für den erfindungsgemäßen Aufbau genutzt werden, um die Gesamtverzögerung des Fahrzeuginsassen so zu optimieren, dass die Belastungsspitzen abgebaut werden.
Die Details dieses physikalischen Effektes werden noch im Folgenden näher erörtert.
Mit der Erfindung wird es möglich, den gesamten Verformungsweg des Forderwagens des Fahrzeugs und zusätzlich auch den im Innenraum zur Verfügung stehenden Weg zu nutzen. Nach der Erkennung des Unfalls oder Aufpralls und damit des den Mindestverzögerungswert überschreitenden Verzögerungsvorgangs wird das Gurtsystem auf einem Kraftniveau gehalten, dass zur Rückhaltung des Insassen auf einem möglichst konstanten Niveau geeignet ist. Dieses Kraftniveau wird nach einem bevorzugt durchgeführten Spannvorgang nicht erst durch eine Relativbewegung zwischen Fahrzeug und Fahrzeuginsasse erreicht, sondern schon durch das Zuführen zusätzlicher Energie nach dem Spannvorgang.
Bevorzugt besitzt die Einrichtung, die den Fahrzeuginsassen kontinuierlich während wenigstens der Hälfte der Zeitdauer des Verzögerungsvorgangs über das Gurtsystem mit einer Kraft beaufschlagt, einen Kolben in einem Zylinder, der über eine Kolbenstange eine Kraft in das Gurtsystem einleitet.
Weitere bevorzugte Merkmale sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Im Folgenden werden anhand der Zeichnung einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie die Vorteile und der Ablauf des mit der Erfindung möglichen Verzögerungsvorgangs des Fahrzeuginsassen erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs;
2 ein Diagramm der Beschleunigung über dem Anhalteweg relativ zur Erdoberfläche nach dem heutigen Stand der Technik;
3 ein Diagramm der Beschleunigung über dem Anhalteweg relativ zur Erdoberfläche gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
4 ein Diagramm, das einen Vergleich der Kurven aus den 2 und 3 ermöglicht;
5 ein Diagramm, das den Anhalteweg über der Zeit bei Verhältnissen wie in der 4 zeigt;
6 ein Diagramm, das ähnlich der Darstellung in 4 Kurven bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt;
7 ein Diagramm, das ähnlich der Darstellung in 6 Kurven bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt;
8 zwei weitere Diagramme, die die Geschwindigkeit und den Anhalteweg über der Zeit nach dem Stand der Technik zeigen;
9 zwei weitere Diagramme, die die Beschleunigung und die Geschwindigkeit über der Zeit bei einem erfindungsgemäßen Verhalten zeigen;
10 sechs weitere Diagramme, die die Beschleunigung, die Geschwindigkeit und den Anhalteweg jeweils über die Zeit bei zwei alternativen Ausführungsformen der Erfindung zeigen;
11 eine Übersichtsskizze mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellung;
12 als auszugsweise Darstellung das Verhalten einer Kolbenstange aus dem Ausführungsbeispiel in 11;
13 einen Ausschnitt einer alternativen Ausführungsform;
14 einen Ausschnitt aus einer anderen alternativen Ausführungsform;
15 einen Ausschnitt in einer noch weiteren alternativen Ausführungsform;
16 eine Prinzipskizze für eine weitere Ausführungsform mit einer zweiten Öffnung eines Druckbehälters;
17 eine Übersichtsdarstellung über eine Zusatzausstattung der Rückenlehne des Fahrzeugs;
18 eine Ausschnittsskizze für eine weitere Zusatzeinrichtung;
In der 1 ist rein schematisch ein Fahrzeug 60 dargestellt. In dem Fahrzeug 60 befindet sich ein Sitz 61 und auf diesem ein Fahrzeuginsasse 62.
Das Fahrzeug bewegt sich auf Rädern 63, der Fahrzeuginsasse 62 steuert das Fahrzeug 60, mit einem schematisch angedeuteten Lenkrad 64. Das Fahrzeug 60 bewegt sich in der Fahrtrichtung 65 relativ zum Erdboden 66.
Angedeutet ist, dass der Fahrzeuginsasse 62 mit dem Fahrzeug 60 gegen ein Hindernis 67 fährt. In dem Moment des Aufpralls beginnt der Verzögerungsvorgang. Etwaige vorherige Bremsvorgänge sind dabei vernachlässigt.
Die 2 zeigt den Verzögerungsverlauf eines Fahrzeugs 60 nach einem Aufprall über dem Verformungsweg relativ zur Erdoberfläche. Nach rechts ist der Weg in Metern aufgetragen, nach oben die Beschleunigung in m/s². Da sowohl das Fahrzeug 60 als auch der Fahrzeuginsasse 62 verzögert werden, ist der Beschleunigungswert entsprechend negativ. Bei der Betrachtung der Darstellung sollte als Vergleichsmaßstab die Erdbeschleunigung (g) von etwa 9,81 m/s² betrachtet werden. Eine Verzögerung von 500 m/s² wäre also eine Verzögerung von etwas mehr als 50 g.
Eingetragen sind in der Darstellung 2 Kurven, die beide zum Zeitpunkt des Aufpralls des Fahrzeugs 60 an dem jeweils aktuellen Ort „0 m" beginnen. Die dick eingetragene Kurve zeigt das Verhalten des Fahrzeugs 60 beziehungsweise von einem Punkt des Fahrzeugs 60 etwa in der Fahrzeugmitte. Die dünn durchgezogene Linie zeigt das Verhalten der Brust eines Fahrzeuginsassen 62. Dargestellt ist ein Verhalten bei einem Fahrzeug 60 nach heutigem Stand der Technik, ausgerüstet mit einem Gurtsystem, einer Spannvorrichtung und Dehngliedern im Gurtband.
Die Aufprallgeschwindigkeit des Fahrzeugs 60 auf das Hindernis 67 betrug bei dem Versuch circa 64 km/h. Das Hindernis 67 war dabei eine heute in Europa üblicherweise eingesetzte deformierbare Barriere. Dabei bestand beim Aufprall des Fahrzeugs 60 auf die Barriere zwischen der Fahrzeugfront und der Barriere eine Überdeckung von 50 %, die in 1 nicht dargestellt ist.
Aus der 2 erkennt man, dass das Fahrzeug relativ zur Erdoberfläche nach ca. 90 cm zum Stillstand kommt und dann aufgrund der Elastizitäten im Rohbau sich etwas in die entgegengesetzte Richtung bewegt. Der Fahrzeuginsasse hat relativ zur Erdoberfläche durch die Nutzung des Innenraums einen ca. 30 cm längere Anhalteweg.
Bei diesem Aufprall hatte das Sensorsystem circa 18 Millisekunden nach dem Beginn der ersten Berührung des Fahrzeugs 60 mit dem Hindernis 67 den Aufprall erkannt und das pyrotechnische Straffsystem aktiviert. Zu diesem Zeitpunkt hatten sich der Fahrzeugmittelpunkt und fast synchron dazu auch mit ihm der Fahrzeuginsasse 62 um rund 25 cm in der ursprünglichen Fahrtrichtung 65 (hier also nach rechts) bewegt. Nachdem die kinetische Energie des Straffsystems durch die Vorspannung im Gurtsystem aufgebraucht wurde, erhöht sich dann die Verzögerung in Abhängigkeit der Relativbewegung des Insassen 62 zum Fahrzeug 60 und der sich damit aufbauenden Kräfte im Gurtsystem. Es ist weiterhin erkennbar, dass die Verzögerung der Brust des Fahrzeuginsassen 62 deutlich höher ist, als die Verzögerung des Fahrzeugs 60.
An der dick durchgezogenen Kurve kann man auch erkennen, dass wie auch für den Fachmann bekannt zunächst die „weicheren Bestandteile" des Fahrzeugs 60 deformiert werden, sodass die Verzögerung des Fahrzeugs 60 in mehreren Schritten jeweils ansteigt, wenn immer "härtere" Fahrzeugpartien deformiert werden. Erst im weiteren Verlauf werden gefährlichere Werte von mehr als 200 m/s² erreicht. Die Verzögerung des Fahrzeugs bleibt aber schließlich auf etwa 320 m/s² beschränkt.
Die Verzögerung des Fahrzeuginsassen 62 steigt auf Grund der Dehnglieder im Gurtsystem regelmäßig und kontinuierlich an und erreicht gegen Schluss der Verzögerung sehr gefährliche und wahrscheinlich tödliche Werte. Klar sollte sein, dass ohne einen Sicherheitsgurt dieser relativ langsame Aufbau nicht stattfinden würde, sondern der Fahrzeuginsasse 62 auf Grund des bei ihm persönlich völlig fehlenden Deformationsbereiches dann mit einer noch sehr viel höheren Verzögerung bei seinem Auftreffen auf die Fahrzeugteile rechnen muss, die die –500 m/s² aus der Darstellung noch weit übertreffen.
Bei dem Einsatz der heute bekannten Insassenschutzsysteme, wie Sicherheitsgurt mit pyrotechnischem Straffer, Dehngliedern und Airbag, wird der von den Fahrzeugvorderwagen zur Verfügung gestellten Deformationsweg nur etwa 25 bis 35 % effektiv für das Anhalten des Insassen von der Fahrgeschwindigkeit bei dem Beginn des Aufpralls bis auf die Geschwindigkeit Null zur Erdoberfläche, genutzt.
Daraus resultiert die dann gegen Ende des Vorgangs notwendige höhere Verzögerung des Insassen 62 gegenüber dem Fahrzeug 60.
Hier wird nun erfindungsgemäß ein anderer Ablauf ermöglicht, der dem Fahrzeuginsassen 62 eine deutlich vergrößerte Überlebenschance bietet beziehungsweise bei anderen Randbedingungen seine Verletzungsgefahr reduziert.
Der mit der Erfindung mögliche Effekt wird in 3 erkennbar. Hier ist erneut mit ähnlicher Graphik wie in 2 die Beschleunigung des Fahrzeugs 60 und der Brust des Insassen 62 in m/s² über dem Weg relativ zur Erdoberfläche in m dargestellt. Das Fahrzeug 60 verhält sich selbstverständlich identisch wie in 2, da ja die Fahrzeugverzögerung durch die Erfindung nicht beeinflusst wird. Die Charakteristik des Beschleunigungsverlaufs der Brust gegenüber dem Verlauf in 2 ist dagegen deutlich anders.
Es ist hier ein Sensorsystem mit einer Zündung 18 Millisekunden nach dem Aufprall angenommen.
Die 4 zeigt die Brustbeschleunigungen sowohl ohne und mit Einsatz der Erfindung über dem Anhalteweg des Insassen 62 relativ zur Erdoberfläche und ermöglicht damit einen direkten Vergleich. Es sind dazu die Kurven aus den 2 und 3 übereinandergelegt. Die Kurve für die Verzögerungsbewegung des Fahrzeugs 60 ist identisch, die die Verzögerung der Brust des Insassen 62 anzeigende Kurve ist zur besseren Unterscheidbarkeit für das erfindungsgemäße Verhaltne etwas dicker eingetragen als für das Verhalten nach dem Stand der Technik.
Vergleicht man die Brustbeschleunigungen bei Einsatz eines Dreipunktgurts mit Gurtstraffer zur Entfernung der Gurtlosen und einem Dehnglied, wie sie heute zum Einsatz kommen und in 2 dargestellt sind, bei ansonsten gleichen Randbedingungen mit der Brustbeschleunigung bei zusätzlichem Einsatz der Erfindung, so reduziert sich bei einem Aufprall mit circa 64 km/h, einer Erkennung des Aufpralls durch das Sensorsystem ca. 18 Millisekunden nach der ersten Berührung des Fahrzeugs mit dem Hindernis, bei gleichem Verformungsweg des Vorderwagens des Fahrzeugs 60 und gleicher Nutzung des freien Wegs im Innenraum, das Maximum der Brustbeschleunigung um über 60 %. Entsprechend geringer werden damit auch die Deformation der Brust und die Hals- und Kopfbelastungen.
Durch die Erfindung wird zu einem sehr viel früheren Zeitpunkt eine größere Kraft auf den Fahrzeuginsassen 62 ausgeübt als bisher. Sowie das Sensorsystem erkennt, dass ein Aufprall mit möglicherweise schweren Folgen geschehen ist, wird Kraft auf den Fahrzeuginsassen 62 ausgeübt. Dieser wird also stärker belastet als bisher. Diese Belastung wird so hoch bemessen, wie es ohne körperlichen Schaden gerade noch tolerierbar erscheint. Als beispielhafte Vergleichsgröße kann man etwa einen vollen Körpertreffer eines kräftig geschossenen Fußballs annehmen. Dass ist sicher für den Fahrzeuginsassen 62 unangenehm und schmerzhaft, aber angesichts der sonst bisher möglicherweise eintretenden Folgen hinnehmbar.
Diese Belastung wird nun weitgehend konstant aufrecht erhalten. In 5 ist nach rechts die Zeit in Millisekunden (msec) aufgetragen, die seit dem Aufprall auf das Hindernis 67 verstrichen ist. Man sieht, dass sich der gesamte Vorgang innerhalb eines Bruchteils einer Sekunde abspielt. Nach oben ist der Anhalteweg in Metern (m) eingetragen. Die Kurven entsprechen denen aus 4.
Wie 5 zeigt, führt die weitgehend konstante Kraft dazu, dass der Fahrzeuginsasse 62 sich tatsächlich relativ zum Fahrzeug 60 gegen die Fahrtrichtung bewegt, sich also für einen relativ langen Zeitraum in Richtung zum Fahrzeugheck bewegt. Die stark durchgezogene, das erfindungsgemäße Verhalten wiedergebende Kurve verläuft nämlich unterhalb der Kurve, die das Fahrzeugver halten wiederspiegelt. Das Fahrzeug 60 ist also "schneller" als der Insasse 62, so dass dieser gegen die Rückenlehne gedrückt wird.
Die zurückgelegte Strecke ist allerdings minimal, interessant und wichtig für die Verletzungsgefahr sind die dabei geltenden Beschleunigungswerte. Die Bewegungsrichtung ist jedoch ein sehr gutes Indiz für die aufgebrachten Kräfte, die ja für eben diese Beschleunigungs- bzw. Verzögerungswerte grundlegend sind.
Angesichts der während des Verzögerungszeitraums immer weiter ansteigenden Verzögerungswerte des Fahrzeugs 60 übersteigen diese jedoch schließlich die Verzögerung des Fahrzeuginsassen 62 (vergleiche 4), was für diesen aber zumindest im Beispielfall nicht mehr kritisch ist. Erst dann, wenn eine noch höhere Anfangsgeschwindigkeit keine tolerierbaren Verzögerungswerte mehr zulässt, hilft auch die Erfindung nicht mehr.
Eine weitere Verbesserung der Erfindung sogar für solche Fälle wird bei Einsatz von Sensorsystemen möglich, die beim Aufprall bereits die Unfallschwere erkennen können. Dann wird die Belastung, wie in 6 dargestellt, weiter reduziert. 6 zeigt ähnlich der Darstellung in 4 die Beschleunigung in m/s² über dem Anhalteweg in Metern relativ zur Erdoberfläche. Aufgetragen sind wieder drei Kurven. Das Verhalten des Fahrzeugs 60 und des Fahrzeuginsassen 62 nach dem Stand der Technik sind unverändert, die mittelstark durchgezogene Kurve zeigt das Verhalten, wenn das Sensorsystem den Unfall bereits beim Aufprall erkennen und eine Zündung daher nach 0 Millisekunden, also ohne Verzögerung erfolgen würde.
Noch weitere Reduzierungen der Belastung der Insassen sind möglich, wenn Sensorsysteme, die Unfallschwere bereits vor dem Aufprall erkennen können, zum Einsatz kommen.
Die Darstellung der Beschleunigungen in m/s² über dem Relativweg zur Erdoberfläche in Metern in 7 bei im übrigen gegenüber 6 unveränderten Verhältnissen zeigt das Ergebnis, wenn bereits circa 30 cm oder 20 Millisekunden vor dem Aufprall des Fahrzeugs 60 auf ein Hindernis 67 durch das Sensorsystem die Unfallschwere erkannt wurde und ein elektrisches Signal zur Aktivierung der Insassenschutzsystem zur Verfügung steht.
Da die Beschleunigung der Brust des Fahrzeuginsassen 62 in diesem Fall bereits vor der Beschleunigung beziehungsweise Verzögerung des Fahrzeugs 60 beginnt, erfolgt eine Bewegung der Brust des Fahrzeuginsassen 62 entgegen der Fahrtrichtung 65 des Fahrzeugs 60 bereits jetzt. Daher kann in diesem Fall allerdings die für diese Bewegung benötigte Strecke etwas größer werden und nicht mehr durch die Elastizität des Sitzes 61 auffangbar sein. Um die notwendige Bewegung der Brust des Fahrzeuginsassen 62 nicht zu behindern, ist es bei Relativwegen der Brust zum Sitz 61, bei denen das Sitzpolster durch Kompression zu hohe Gegenkräfte erzeugt, notwendig, der Sitzrückenlehne einen freien Bewegungsraum zu ermöglichen. Eine entsprechende technische Lösung wird noch im folgenden angegeben.
Um hinter dem Sitz 61 sitzende weitere Fahrzeuginsassen nicht zu belasten, ist der Bewegungsfreiraum der Sitzrückenlehne entsprechend zu begrenzen.
8 zeigt zwei Diagramme, die das Verhalten der Geschwindigkeit und des Anhalteweges im Stand der Technik wiedergeben. In diesem Fall sind diese beiden Darstellungen über der Zeit und nicht über dem Weg angegeben. Man kann den beiden Skizzen deutlich entnehmen, dass zunächst die Geschwindigkeit des Fahrzeuginsassen unverändert bleibt, während das Fahrzeug schon verzögert wird. Die Reduzierung der Geschwindigkeit des Fahrzeuginsassen erfolgt erst zu einem wesentlich späteren Zeitpunkt. Da auch der Fahrzeuginsasse natürlich zu einem bestimmten Zeitpunkt die Geschwindigkeit 0 erreicht haben muss, wird die Reduzierung der Geschwindigkeit gegen Ende des Verzögerungsvorganges immer stärker und hat dann zu den in den 2 und 4 dargestellten Verzögerungsspitzen geführt.
In der 9 sind die Beschleunigung und die Geschwindigkeit jeweils in m/s² wiederum über die Zeit dargestellt, und zwar hier wiederum drei Kurven, die der Darstellung aus 5 entsprechen. Man kann wiederum deutlich erkennen, dass die Verzögerung des Fahrzeuginsassen im Stand der Technik einen extremen Wert in der Größe von etwa 450 m/s² annehmen würde. Die erfindungsgemäße Verzögerung des Fahrzeuginsassen überschreitet dagegen den Wert von etwa 150 m/s² nicht.
Bei der Geschwindigkeit sieht man ebenfalls, dass die durchgezogene Linie, die das Verhalten des Fahrzeuginsassen nach der Erfindung darstellt, wesentlich gleichmäßiger abfällt. Dieser Abfall beginnt sehr viel früher als der nach dem Stand der Technik und kann dann deutlich langsamer stattfinden, da dafür auch mehr Zeit zur Verfügung steht.
In der 10 sind sechs Diagramme aufgetragen, die die Beschleunigung, die Geschwindigkeit und den Anhalteweg bei Varianten darstellen, bei denen eine Zündung nicht erst bei 18 ms nach einem Aufprall stattfindet, sondern schon bei 0 s, also praktisch beim Aufprall, oder schließlich in der unteren Darstellung 20 ms oder etwa 30 cm vor dem Aufprall, etwa durch Sensorsysteme, die den Aufprall optisch oder auf andere Weise schon vor dem eigentlichen Ereignis feststellen und interpretieren können.
Die Kurven zeigen, dass das Verhalten sich in noch stärkerem Maße als in der 9 oder der 4 verbessert und die Belastungen des Fahrzeuginsassen entsprechend verringert, das aber substanziell sich an diesem Verhalten nichts weiter ändert. Der eintretende mögliche Effekt liegt darin, dass die maximale Vergrößerung noch weiter reduziert werden kann, was alternativ natürlich auch bedeuten kann, dass ein noch stärkerer Aufprall bei einer noch stärkeren Anfangsgeschwindigkeit durch solche Maßnahmen zu einem Ergebnis führen kann, welches der Fahrzeuginsasse noch überleben kann.
Eine praktische Ausführungsform, mit der sich die Erfindung realisieren lässt, ist zunächst im Überblick in 11 dargestellt. Das Gurtsystem 1, wie zum Beispiel das in 3 dargestellte Dreipunktgurtsystem 1, bestehend aus einem Gurtaufroller 2 mit einem integriertem Straffsystem, das auf pyrotechnischer, elektrischer, pneumatischer oder hydraulischer Basis arbeitet, zur Entfernung der Gurtlosen und eventuell einem Dehnglied zur Begrenzung der Gurtkräfte, einem Gurtschloss 3, einem Endbeschlag 4 und einer Umlenkung 5. Es wird ergänzt mit zum Beispiel zwei Umlenkungen 6, 7, die so positioniert sind, dass bei einer Straffung des Gurtbands 8 über die an einer Kolbenstange 11 befestigte Umlenkung 10 eine Kraftkomponente 9 den Kolben 13 im Zylinder 14 über den Weg 12 bewegt.
Die Bewegung der Kolbenstange 11 in die Richtung 9 wird durch den Spannvorgang des Straffsystem 2 eingeleitet.
Bei der Bewegung der Kolbenstange 11 wird wie in der 12 dargestellt, ein an der Kolbenstange 11 befestigter Verriegelungsstift 15, der als Sperrung für einen Verschlusskolben 16 dient, herausgezogen. In einem Druckbehälter 17 befindet sich ein komprimiertes Gas 18. Dieses Gas 18 schiebt dann den Verschlusskolben 16 in eine Auffangkammer 19. Über eine Verbindungsleitung 20 strömt jetzt das komprimierte Gas 18 in einen Zylinderbereich 21 und erzeugt damit über den Kolben 13, die Kolbenstange 11 und die Umlenkung 10 eine Gurtkraft F1, F2.
Die Höhe der Gurtkraft F1, F2 wird durch den Druck des komprimierten Gases 18 und die Fläche des Kolbens 13 bestimmt. Das Volumenverhältnis des Druckbehälters 17 zu dem Volumen im Bereich 21 des Zylinders 14 sollte bei einem größten genutzten Hubweg 12 möglichst groß sein, damit eine möglichst konstante Gurtkraft F1, F2 über den gesamten Hub des Kolbens 13 erzeugt wird.
Um zu verhindern, dass bei einer normalen Bremsung des Fahrzeugs, bei der der Gurtaufroller 2 sperrt und durch die Relativbewegung des Insassen zum Fahrzeug eine Gurtkraft F1, F2 erzeugt wird und dabei schon der Verschlusskolben 16 über den Verriegelungsstift 15, die Kolbenstange 11 und die Umlenkung 10 frei gegeben wird, kann die Kolbenstange 11 wie in der 13 dargestellt, durch einen Sperrstift 22 gesichert werden.
Die Festigkeit des Sperrstifts 22 ist so ausgelegt, dass die durch eine Bremsung erzeugten Gurtkräfte F1, F2 nicht ausreichen, den Sperrstift 22 abzuscheren. Erst die höheren Gurtkräfte F1, F2, die durch die Straffeinrichtung 2 zur Entfernung der Gurtlosen erzeugt werden, sollen den Sperrstift 22 zerstören.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Verriegelungsstift 15 durch die Straffvorrichtung zur Entfernung der Gurtlosen mit Hilfe einer mechanischen Verbindung, zum Beispiel über eine Fliehkraftkupplung am Straffsystem 2 mit einem Seilzug zu entfernen.
Mit dieser mechanischen Kopplung wird erreicht, dass die zur Nutzung des Verformungswegs des Fahrzeugs 60 entsprechend hohe Verzögerung des Insassen, die durch das beschriebene System die Gurtkräfte F1, F2 erzeugen, zum richtigen, beabsichtigten Zeitpunkt erfolgt.
Die Beaufschlagung des Kolbens 13 mit dem im Behälter 17 befindlichen komprimierten Gas 18 kann auch wie in 14 dargestellt erfolgen. Ein Projektil 25 wird durch eine Kartusche 24 angetrieben, die eine Verschlussmembran 23 des Druckbehälters 17 durchschlägt und damit öffnet. Die Zündung der Kartusche 24 erfolgt dabei in dieser Ausführungsform durch das Sensorsystem des Gurtstraffers zur Entfernung der Gurtlosen und ist zeitlich so abgestimmt, dass die (Verschluss-) membran 23 des Druckspeichers 17 erst nach dem Entfernen der Gurtlosen gezündet wird. Der Zeitpunkt zur Zündung der Kartusche 24 sollte so gewählt sein, dass der Straffvorgang zur Entfernung der Gurtlose weitest gehend abgeschlossen ist.
Um den notwendigen sehr hohen Betriebsdruck nicht über einen langen Zeitraum sicherstellen zu müssen, besteht die Möglichkeit den notwendigen Betriebsdruck des Gases 18 im Behälter 17 erst bei einem Aufprall zu erzeugen. In der 15 ist eine Ausführungsform hierfür dargestellt. Das Bersten der eingesetzten (Berst-) membran 23 wird wie folgt erreicht. Der Druck des Gases 18 im Druckbehälter 17 liegt unter dem für die Schutzwirkung notwendigen Druck.
Die (Berst) membran 23 ist dabei so dimensioniert, dass sie einem niedrigerem Gasdruck stand hält, aber bei dem für die Schutzwirkung notwendigen Druck bricht. Bei einem durch das Sensorsystem erkannten Aufprall wird ein Zünder 26 gezündet. Der Zünder 26 startet dann einen pyrotechnischen Treibsatz 27. Dessen Verbrennungsgase erhöhen den Druck im Behälter 17 auf den für die Schutzwirkung notwendigen Betriebsdruck. Beim Erreichen des Betriebsdrucks bricht die (Beust-) membran 23 und gibt damit dann die Verbindung 20 zur Beaufschlagung des Kolbens 13 mit dem unter Druck stehenden Gas 18 frei.
Um während des Unfalls beziehungsweise der Verzögerungsphase nach dem Aufprall die Druckverluste durch Abkühlung der Verbrennungsgase des Treibsatzes 27 zu minimieren, kann der Druckbehälter 17 durch Ergänzung mit einer porösen Wärme aufnehmenden Masse 30 ergänzt werden. Die von dem Treibsatz 27 erzeugten Gase werden dadurch gleich auf eine niedrigere Temperatur gebracht. Damit wird der adiabatische Wärmeaustausch des Druckgases während des Aufpralls minimiert.
Um der bei der Expansion des komprimierten Gases eintretenden Abkühlung und dem damit verbundenen Druckabfall entgegen zu wirken, kann aber auch der durch den Triebsatz erzeugte Druck 18 im Druckbehälter 17 auch auf ein höheres Niveau, als den für die Rückhaltewirkung notwendigen Betriebsdruck, gebracht werden.
Bei Einsatz von Sensorsystemen, die die Unfallschwere und/oder die Masse des Fahrzeuginsassen 62 erkennen können, besteht die Möglichkeit mit einem regelbaren Ventil 28 den Gasdruck 18 entsprechend zu variieren.
Die Gurtkraft F1, wird an dem Umlenkpunkt 6 und dem Umlenkbeschlag 5 durch Reibung zwischen dem Gurtband 8 und den Oberflächen der Umlenkpunkte beeinflusst. So ist die Gurtkraft im Bereich der Brust des Insassen 62 beim Aufbringen der durch den Kolben 13 über die Kolbenstange 11 und die Umlenkung 10 erzeugten Kraft um diese Reibkräfte reduziert.
Wenn die Fahrzeugverzögerung höher als die für den Insassen physikalisch notwendige Verzögerung wird und damit größere Kräfte beim Insassen entstehen, wird die über die Umlenkung 10, der Kolbenstange 11 der Kolben 13 in die Richtung 9 bewegt.
Die dabei im Gurtband im Bereich der Brust des Insassen 62 entstehenden Kräfte werden bei dem Wechsel der Bewegungsrichtung beeinflusst. Die durch den vom Kolben 13 über die Kolbenstange 11 und der Umlenkung 10 erzeugte Kraft wird um die Reibkräfte der Umlenkungen erhöht.
Der damit verbundenen höheren Verzögerung des Insassen kann beispielsweise wie in 16 dargestellt, entgegen gewirkt werden.
Am Kolben 13 befindet sich auf der drucklosen Seite ein Verlängerung 31, die länger als der Zylinder 14 ist. Dem Zylinder 14 ist ein Aufnahmegehäuse 32 für ein Freilaufsystem, bestehend aus mehreren Klemmbacken 34, 35, mehreren Federn 36 und einem Zwischengehäuse 33, weiterhin ein Stößel 37, ein Verschlusskörper 39 und eine Druckbegrenzungsfeder 38 zugeordnet.
Im Bewegungsbereich 12 des Kolbens 13 ist die Verlängerung 31 geometrisch so ausgeführt, dass keine Berührung mit dem Freilaufsystem besteht.
Wenn jedoch der Kolben 13 entgegen der Richtung 9 den Bewegungsbereich 12 überschreitet, entsteht ein Formschluss zwischen der Verlängerung 31 und den inneren Klemmbacken 35. Die Federn 36 bewirken, dass die inneren Klemmbacken 35 in ihrer Position zwischen den äußeren Klemmbacken 34 verbleiben. Durch die geringen Reibkräfte zwischen der Verlängerung 31 und den inneren Klemmbacken 35 entsteht keine nennenswerte Beeinflussung der Kräfte des Kolben 13.
Der Druckbehälter 17 hat eine Lüftungsöffnung 40. Diese ist mit einem Verschlusskörper 39 verschlossen, der durch den Stößel 37 gegen das Zwischengehäuse 33 abgestützt ist.
Wenn aufgrund hoher Fahrzeugverzögerungen der Kolben 13 eine Umkehr der Bewegungsrichtung in Richtung 9 erfährt, verklemmen sich die inneren Klemmbacken 35 in den äußeren Klemmbacken 34 und das Zwischengehäuse 33 wird in Richtung 9 bewegt.
Dadurch hat der Stößel 37 kein Gegenlager mehr und die vorgespannte Feder 38 bestimmt die Höhe des Drucks des Gases 18 im Behälter 17.
Die Höhe des Drucks des Gases 18 sollte dabei auf die Höhe begrenzt werden, die eine Kraft über den Kolben 13, der Kolbenstange 11 und der Umlenkung 10 im Gurtband erzeugt, die erhöht um die Reibkräfte der Umlenkungen des Gurtbandes, die für den Insassen gewünschte Verzögerung erzeugen.
Um die Baugröße des Freilaufsystems zu minimieren, kann in der Verlängerung 31 eine Sollbruchstelle 41 angeordnet werden. Diese soll so dimensioniert sein, dass die Verlängerung 31 bei Kräften, die größer als die zur Bewegung des Zwischengehäuses 33 notwendig sind, abreißt.
Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass unabhängig von der Bewegungsrichtung die auf den Insassen wirkenden Kräfte auf gleichem Niveau sind.
Bei Einsatz von Sensorsystemen, die Unfallschweren bereits vor dem Aufprall auf ein Hindernis erkennen können oder bei Einsatz von Sensorsystemen, die Unfallschweren bereits bei anfänglich sehr niedrigen Verzögerungen des Fahrzeugs erkennen können, erfolgt durch die Erfindung eine unter Umständen größere Relativbewegung des Insassen zum Fahrzeug 60 entgegen der Fahrtrichtung 65.
Damit die Relativbewegung des Insassen in Rückwärtsrichtung zum Fahrzeug nicht durch die Rückenlehne 42 des Sitzes 61 behindert wird, ist es, wie in 17 dargestellt, sinnvoll, einen Drehbeschlag 43 der Sitzrückenlehne 42 in einem mit einem Endanschlag 44 begrenzten Drehbereich frei beweglich zu gestalten. Die Freigabe des Drehbeschlags 43 kann dabei durch einen Hebel 45 erfolgen. Die Entrieglung des Hebels 45 kann zum Beispiel durch einen Magneten 46 erfolgen, der durch das Sensorsystem, das den Aufprall selektiert, mit Strom beaufschlagt wird.
Die Erfindung kann an jeder Stelle im Gurtsystem angeordnet werden. Aus geometrischen Gründen bieten sich im Fahrzeug am besten die Anordnung der Erfindung im Bereich des Gurtaufrollers 2 oder in Kombination mit dem Gurtschloss 3 an.
Da nach Aktivierung der Erfindung und nach Beendigung des Aufpralls im System der Druck des komprimierten Gases 18 ansteht, kann eine Entlüftung mit Hilfe einer Drosselöffnung 29 erfolgen.
Bei Einsatz der Erfindung zusammen mit einem Gurtstraffer zur Entfernung der Gurtlosen und einem Dehnglied wird die Belastung des Insassen nur noch durch den vom Fahrzeug 60 zur Verfügung gestellten und dem im Innenraum des Fahrzeugs für die freie Bewegung des Insassen 62 zur Verfügung stehenden Weg und dem auf diesen Weg abgestimmten Kraftniveau des gesamten Schutzsystems, bestimmt.
Die Relativbewegung des Insassen 62 zum Fahrzeug 60, die im Stand der Technik allein im Gurtsystem den Aufbau der Kräfte zum Anhalten des Insassen 62 bewirken kann, wird in Verbindung mit der Erfindung nicht mehr zwingend genutzt. Die Charakteristik des Beschleunigungsverlaufs des sich bei einem Aufprall verformenden Vorderwagens, die durch die Rohbaustruktur des Vorderwagens bestimmt wird, hat damit bei Einsatz der Erfindung in Verbindung mit einem Gurtstraffer zur Entfernung der Gurtlose und einem Dehnglied nur noch einen weniger relevanten, gegebenenfalls sogar keinen physikalischen Einfluss mehr auf die für den Insassen erreichbare Schutzwirkung.
Die Fahrzeugvorderwagenstruktur kann damit bei einigen Ausführungsformen der Erfindung anderen Bedürfnissen entsprechend gestaltet werden. Um für den Insassen 62 eine hohe Schutzwirkung bei einem Unfall zu bieten, ist es bei Nutzung der Erfindung wichtig, den freien Bewegungsraum im Inneren des Fahrzeugs 60 sicherzustellen. Dazu ist es zweckmäßig, bei der Weiterentwicklung von Fahrzeugen den Schwerpunkt auf stabilere Fahrzeuginnenraumzellen zu legen.
18 schließlich zeigt eine Möglichkeit, bei einer Ausführungsform der Erfindung die Kolbenstange 11 nach dem Unfall, also Abschluss des Verzögerungsvorgangs, hinter dem Gurtschloss auf dem Tunnel wieder in ihre Ausgangsposition zu schieben. Dies erfolgt nach dem Ablassen des Druckes mechanisch durch eine Feder 47.

1: Gurtsystem, beispielsweise Dreigurtpunktsystem
2: Gurt auf Roller
3: Gurtschloss
4: Endbeschlag
5: Umlenkung
6: Umlenkung
7: Umlenkung
8: Gurtband
9: Kraftkomponente
10: Umlenkung
11: Kolbenstange
12: Weg
13: Kolben
14: Zylinder
15: Verriegelungsstift
16: Verschlusskolben
17: Druckbehälter
18: Gas
19: Auffangkolben
20: Verbindungsleitung
21: Zylinderbereich
22: Sperrstift
24: Kartusche
25: Projektil
26: Zünder
27: Treibsatz
30: wärmeaufnehmende Masse
31: Verlängerung
32: Aufnahmegehäuse
33: Zwischengehäuse
34: Klemmbacke
35: Klemmbacke
36: Feder
37: Stößel
38: Druckbegrenzungsfeder
39: Verschlusskörper
40: Lüftungsöffnung
41: Sollbruchstelle
42: Sitzrückenlehne
43: Drehbeschlag
44: Endanschlag
45: Hebel
46: Magnet
47: Feder
60: Fahrzeug
61: Sitz
62: Fahrzeuginsasse
63: Räder
64: Lenkrad
65: Fahrtrichtung
66: Erdboden
67: Hindernis

Claims

Fahrzeug (60) mit mindestens einem Sitz (61) für mindestens einen Fahrzeuginsassen (62) und mit einem Gurtsystem (1), mit dem der Fahrzeuginsasse (62) bei einem einen Mindestverzögerungswert überschreitenden Verzögerungsvorgang des bewegten Fahrzeugs (60) auf dem Sitz (61) zurückgehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Gurtsystem (1) mit einer Einrichtung (9 bis 29) ausgerüstet ist, die den Fahrzeuginsassen (62) kontinuierlich während wenigstens der Hälfte der Zeitdauer des Verzögerungsvorgangs über das Gurtsystem (1) mit einer gegen die Fahrtrichtung (65) gerichteten Kraft beaufschlagt, die hinreichend groß ist, um den Fahrzeuginsassen (62) relativ zum Fahrzeug (60) gegen die Fahrtrichtung (65) zu bewegen.
Fahrzeug (60) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (9 bis 29), die den Fahrzeuginsassen (62) kontinuierlich während wenigstens der Hälfe der Zeitdauer des Verzögerungsvorgangs über das Gurtsystem (1) mit einer gegen die Fahrrichtung (65) gerichteten Kraft beaufschlagt, einen Kolben (13) in einem Zylinder (14) aufweist, der über eine Kolbenstange (11) die Kraft in das Gurtsystem (1) einleitet.
Fahrzeug (60) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (13) in dem Zylinder (14) mittels Gasdruck angetrieben ist.
Fahrzeug (60) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das für die Erzeugung des Gasdruckes des angetriebenen Kolbens (13) in dem Zylinder (14) eingesetzte Gas (18) in einem Behälter (17) gespeichert ist.
Fahrzeug (60) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zum Antrieb des Kolbens (13) in dem Zylinder (14) eingesetzte Gasdruck des Gases (18) erst bei Feststellung des den Mindestverzögerungswert überschreitenden Verzögerungsvorgangs des bewegten Fahrzeugs (60) durch eine Zündeinrichtung (26, 27) hervorgerufen wird.
Fahrzeug (60) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gurtstraffsystem zusätzlich vorgesehen ist, das bei Einleitung des den Mindestverzögerungswert überschreitenden Verzögerungsvorgangs die vorhandenen Gurtlosen entfernt.
Fahrzeug (60) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Behälter (17) eine poröse, Wärme aufnehmende Masse befindet.
Fahrzeug (60) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lüftungsöffnung (40) im Behälter (17) vorgesehen ist, die über einen Stößel (37) mittels eines Verschlusskörpers (39) geschlossen wird.
Fahrzeug (60) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (37) an einem Zwischengehäuse (33) abgestützt ist und dass bei Bewegung des Zwischengehäuses (33) in eine Richtung (9) der Stößel (37) seine Abstützung verliert.
Fahrzeug (60) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsdruck des Gases im Behälter (17) durch die Kraft einer auf den Verschlusskörper (39) der Lüftungsöffnung (40) wirkenden Feder (38) bestimmt wird.
Fahrzeug (60) nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Regelventil (28) vorgesehen ist, mittels dessen der Gasmassenstrom aus dem Behälter (17) zu einem Zylinderraum (21) im Zylinder (14) beeinflussbar ist.
Fahrzeug (60) nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Kraftübertragung vom Kolben (13) zum Gurtsystem (1) eingesetzte Kolbenstange (11) mit einem Sperrstift (22) gesichert ist.
Fahrzeug (60) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kolbenstange (11) ein Verriegelungselement (15) zum Festhalten eines Verschlusskolbens (16) angeordnet ist, das bei einer Bewegung der Kolbenstange (11) dem Verschlusskolben (16) freie Beweglichkeit gibt.
Fahrzeug (60) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (15) zum Festhalten des Verschlusskolbens (16) mit einem Seilzug durch die Drehbewegung eines Gurtaufrollers (2) entriegelt werden kann.
Fahrzeug (60) nach einem der Ansprüche 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (15) zum Festhalten des Verschlusskolbens (16) mit Gasdruck eines pyrotechnischen Treibsatzes des Gurtstraffers entriegelt werden kann.
Fahrzeug (60) nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Seilzug durch eine Fliehkraftkupplung auf einer Gurtwickelwelle des Gurtaufrollers (2) gezogen werden kann.
Fahrzeug (60) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Verbindungsrohr (20) zwischen dem Behälter (17) und dem Zylinderraum (21) ein mit einem Verriegelungselement (15) fixierter Verschlusskolben (16) positioniert ist, der den Behälter (17) gegen den Druckverlust des komprimierten Gases (18) verschließt.
Fahrzeug (60) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsrohr (20) einen Fangraum (19) zur Aufnahme des Verschlusskolbens (16) aufweist.
Fahrzeug (60) nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Öffnung im Verbindungsrohr (20) zur Durchführung des Verriegelungselements (15) zur Fixierung des Verschlusskolbens (16) bei Lage des Verschlusskolbens (16) im Fangraum (19) noch vom Verschlusskolben (16) abgedichtet wird.
Fahrzeug (60) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe von Umlenkungen (6, 7) ein Gurtband (8) des Gurtsystems (1) so durch eine an der Kolbenstange (11) befestigte Umlenkung (10) geführt wird, dass die beim Straffen des Gurtbandes (8) entstehende Kraft die Kolbenstange (11) aus dem Zylinder (14) über einen Weg (12) heraus zieht.
Fahrzeug (60) nach einem der Ansprüche 4 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (17) mit einer Dichtungsmembran (23) verschlossen ist.
Fahrzeug (60) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsmembran (23) mit einem durch das Gas einer elektrisch gezündeten Kartusche (24) angetriebenen Projektil (25) zerstört wird.
Fahrzeug (60) nach einem der Ansprüche 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass beim Erreichen des Betriebsdrucks des Gases (18) im Behälter (17) die Dichtungsmembran (23) bricht.
Fahrzeug (60) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (17) mit einem niedrigeren Druck des Gases (18) als für die Funktion erforderlich gefüllt ist.
Fahrzeug (60) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erforderliche Betriebsdruck des Gases (18) durch Zuführung einer durch die Verbrennung von pyrotechnischen Feststoffen (27) entstehenden Gasmenge erzeugt wird.
Fahrzeug (60) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der pyrotechnische Feststoff (27) durch einen elektrischen Zünder (26) angezündet wird.
Fahrzeug (60) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Rückseite des Kolben (13) eine in ein aus den Klemmbacken (35, 36), der Feder (36), dem Zwischengehäuse (33), dem Gehäuse (32) bestehendem Klemmbackensystem hinein ragt.
Fahrzeug (60) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verlängerung (31) vorgesehen ist, die über den Bewegungsbereich (12) keinen Formschluss mit den inneren Klemmbacken (35) hat.
Fahrzeug (60) nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerung (31) außerhalb des Bewegungsbereichs (12) Formschluss mit den inneren Klemmbacken (35) hat.
Fahrzeug (60) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Bewegung der Verlängerung (31) in Richtung (9) außerhalb des Bereichs (12) über den Formschluss der Verlängerung (31) über die inneren Klemmbacken (35) mit den Klemmbacken (34) ein Kraftschluss erfolgt.
Fahrzeug (60) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Bewegung der Verlängerung (31) in Richtung (9) das mit den äußeren Klemmbacken (34) verbundene Zwischengehäuse (33) ebenfalls in Richtung (9) bewegt wird.
Fahrzeug (60) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Bewegung des Zwischengehäuses (33) in Richtung (9) der Stößel (37) seine Abstützung verliert.
Fahrzeug (60) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der die am Druckbehälter (17) befindliche Lüftungsöffnung (40) schließende Verschlusskörper (39) den Gasdruck des Gases (18) bis auf einen durch die Feder (38) bestimmten Gasdruck frei gibt.
Fahrzeug (60) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das gesamte System dem Gurtaufroller (2) zugeordnet wird.
Fahrzeug (60) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ganze System dem Gurtschloss zugeordnet wird.
Fahrzeug (60) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Drehbeschlag (43) der Rückenlehne (42) des Sitzes nach Entfernung des Verriegelungshebels (45) frei drehen kann.
Fahrzeug (60) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die freie Drehbewegung des Drehbeschlags (43) durch einen Anschlag (44) begrenzt wird.
Fahrzeug (60) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungshebel (45) durch einen mit Strom aktivierten Magneten (46) in eine Position zur Freigabe der Drehbewegung des Drehbeschlags (43) der Rückenlehne (42) bewegt wird.