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Die
Erfindung betrifft Verfahren und ein Gurtstraffsystem zum Rückhalten
von Insassen eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff
der unabhängigen
Ansprüche.
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Das
in der nächst
liegenden
DE 10139609 C1 beschriebenen
Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass zunächst ein möglicher oder tatsächlich statt
findender Unfall sensiert und dann frühzeitig, dass heißt spätestens
vom Zeitpunkt der ersten Berührung
des Fahrzeugs mit einem Hindernis, eine Kraft auf den Fahrzeuginsassen
aufgebracht wird. Diese Kraft wirkt mit der Stossrichtung, das heißt der Richtung
des Stoßes
auf das Fahrzeug. Bei einem Frontalaufprall ist die Richtung somit
entgegen der Fahrtrichtung. Die Kraft wird so auf den Insassen aufgebracht,
dass über
den gesamten Bremsweg eine konstante, das heißt gleichmäßige Kraft auf den Insassen
wirkt. Angewendet auf ein auf dieses Verfahren ausgelegten Sicherheitsgurt
wird über
die Beseitigung einer Gurtlosen hinaus ein Abbau von kinetischer
Energie des Insassen frühzeitig
eingeleitet, indem der Insassen über
Grund verzögert
wird, noch bevor eine Rückhaltewirkung
durch das Sicherheitsgurtsystem einsetzt. Die bekannte, passive
Rückhaltewirkung
setzt ein, wenn der Insassen aufgrund von Massenkräften vorwärts bewegt
und von dem Gurt zurückgehalten
wird. Üblicherweise wirkt
dann eine Gurtauszugsperre mit Kraftbegrenzung, welche die Belastungswerte
auf die Brust begrenzt. Insgesamt kann somit über den gesamten Bremsweg gleichmäßig Energie
abgebaut werden, so dass schädigende Beschleunigungsspitzen
auf den Insassen vermieden werden. Mit "Bremsweg" ist der Absolutweg des Insassen im
Fahrzeug gemeint, der zum Abbremsen des Insassen vom Zeitpunkt der
ersten Berührung des
Fahrzeugs mit dem Hindernis an zur Verfügung steht. Dieser Weg setzt
sich aus der dynamischen Gesamtdeformation des Fahrzeugs und dem
möglichen
Vorverlagerungsweg des Insassen in der Fahrgastzelle zusammen. Dieses
Verfahren bringt den Vorteil, dass die Rückhaltung des Fahrzeuginsassen frühzeitig
durch eine auf diesen aufgebrachte Kraft einsetzt. Dadurch kann
die kinetische Energie des Insassen frühzeitig reduziert und der gesamte
zur Verfügung
stehende Weg ausgenutzt werden. Anders als bei konventionellen Rückhaltesystemen
braucht keine Relativbewegung zwischen Insasse und Fahrzeug abgewartet
werden, damit eine Rückhaltewirkung
einsetzt. Die Kraft kann durch mehrere nacheinander oder gleichzeitig
aktivierter Rückhaltesysteme
auf den Fahrzeuginsassen aufgebracht werden. Die Kraft kann auch
entsprechend der Stoßrichtung durch
unterschiedliche Rückhaltesysteme
aufgebracht werden.
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Aus
dem Stand der Technik ist es zur Erhöhung der Insassensicherheit
bekannt, ein Dreipunktgurtsystem für einen normalen Fahrzeugsitz
mit mehreren Gurtstraffern zu versehen, damit bei einem Unfall die
Gurtlose im Gurtsystem schlagartig beseitigt werden kann. Die Gurtstraffer
sind so ausgelegt, dass mit einem Kraftstoß das Gurtband an den Körper des
Insassen straff und ohne Spiel angezogen wird, damit der Insassen
möglichst
bald an der Verzögerung
des Fahrzeugs teilnehmen kann, wobei die Rückhaltewirkung über eine
Gurtauszugssperre mit Kraftbegrenzung vermittelt wird. Die bekannten
Gurtstraffer zur Beseitigung der Gurtlose sind nicht dafür ausgelegt
eine Kraft auf den Insassen auszuüben, welchen eine Schwerpunktsbeschleunigung
herbeiführen
könnte.
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Die
konventionellen, in Fahrzeugen eingesetzte pyrotechnischen Linearstraffer
bauen innerhalb einer möglichst
kurzen Zeit von 5–12
msec in einer Zylinder-Kolben-Einheit eine Kraft von 2–2,5 kN auf,
mit welcher der Gurt eingezogen wird, um die Gurtlose zu entfernen.
Am Ende des Straffweges verrastet der Kolben, um in der anschließenden,
passiven Rückhaltephase,
bei welcher der Insasse eine Vorverlagerung erfährt, den Insassen zurückzuhalten oder
gegen den widerstand einer Kraftbegrenzungsvorrichtung, wenn diese
vorhanden ist, Gurtband wieder frei zu geben. Mit der Verrastung
des Kolbens, braucht der Druck nicht mehr in der Kolben-Zylinder-Einheit
gehalten werden. Der Trend geht dahin, dass Straffer in möglichst
kurzer Zeit den Punkt der Verrastung erreichen, um dann in die Verrastung
zu gehen. Danach lässt
der Druck in der Kolben-Zylinder-Einheit schnell nach, damit die
Kraftbegrenzungsvorrichtung in der Gurt-Auszugsphase definiert wirken
kann.
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Ein
Verfahren, wie es in der
DE
10139609 C1 beschrieben ist, bei dem durch die vorgezogene
Verzögerung
des Insassenschwerpunktes über
Grund die später,
in der Rückhaltephase
einsetzende, crashbedingte Kraftspitze im Gurtband verringert wird,
erfordert, dass hohe Kräfte über das
Sicherheitsgurtsystem eingeleitet werden können.
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Ein
Sicherheitsgurtsystem umfasst üblicherweise
ein Gurtband, welches zwischen Gurtendbeschlag und Gurtschloss einen
Beckengurt bildet, an der Gurtzunge umgelenkt und zu einem in Schulternähe eines
Insassen angeordneten Umlenkers eines Gurtaufrollers geführt ist
und im Bereich zwischen Gurtschloss und Umlenker den Schultergurt
bildet. Die Einleitung hoher Kräfte über eine
Straffung des Schultergurtes, z. B. durch Straffung im Bereich des Gurtaufrollers
oder am Gurtschloss, stößt an Grenzen
aufgrund der begrenzten Druckbelastbarkeit im Brustbereich des Insassen.
Die für
eine Beschleunigung des Insassen notwendigen hohen Kräfte können über den
Schultergurt nicht in ausreichender Höhe eingeleitet werden, zumal
durch die Umlenkung Reibungsverluste entstehen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Insassenschutz zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Rückhaltung von Fahrzeuginsassen
und einem Gurtstraffsystem gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
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Gemäß der Erfindung
wird ein Verfahren zum Rückhalten
von Insassen eines Fahrzeugs angewendet, bei dem zunächst ein
möglicher
Unfall sensiert und dann spätestens
vom Zeitpunkt der ersten Berührung
des Fahrzeugs mit dem Hindernis oder kurz danach, nämlich bei Überschreiten
einer Schwelle für
die Fahrzeugverzögerung,
auf den Insassen über
ein Sicherheitsgurtsystem eine mit der Stossrichtung wirkenden Kraft
auf den Insassen aufgebracht wird. Bei einer Straffung zum gleichen
Zeitpunkt wie bei heutigen Fahrzeugen der Zündzeitpunkt für Schlossstraffer
oder der Aufrollstraffer liegt, also kurz nach der ersten Berührung mit
dem Hindernis, nämlich
dann wenn die Fahrzeugverzögerung eine
Schwelle überschreitet,
ergibt sich bereits eine Verbesserung von 30%.
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Die
Aktivierung des Sicherheitsgurtsystems kann im Sinne einer Precrash-Auslösung auch
kurz vor dem Aufprall stattfinden, frühestens sobald mit Sicherheit
feststeht, dass der Aufprall stattfinden wird. Die ist mit höherem sensoriellem
Aufwand einer Precrash-Sensorik verbunden.
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Die
Kraft wird durch beidseitige Straffung eines Beckengurtes eines
Sicherheitsgurtsystems eingeleitet, indem von beiden Seiten mit
einer Kraft von typischerweise 2000 N bis 4500 N gestrafft wird
und diese Kraft entlang eines Verlagerungsweges des Insassen über einen
Zeitraum von mindestens 20 msec aufrechterhalten wird.
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Gemäß der Erfindung
ist daher eine beidseitige Straffung des Beckengurtes vorgesehen,
weil die Beckenschaufeln des Insassen sehr viel höhere Kräfte aufnehmen
können
als die Schulter- oder Brustpartie des Insassen. Die Erfindung ist
nicht nur auf Dreipunkt-Sicherheitsgurtsysteme sondern auch auf Sicherheitsgurtsysteme
anwendbar, die allein einen Beckengurt oder einen separaten Beckengurt
aufweisen.
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Der über die
frühe Straffung
des Beckengurtes auf den Insassen ausgeübte Krafteintrag ist von dem
Verzögerungsimpuls
des Fahrzeugs entkoppelt, welcher aufgrund der weichen Knautschzonen
aktueller Fahrzeuge erst mit einiger Verzögerung in voller Höhe einsetzt.
Es wird über
die Beseitigung einer Gurtlosen hinaus ein Abbau von kinetischer
Energie des Insassen eingeleitet, indem der Insassen über Grund
verzögert
wird, noch bevor eine durch den Aufprall bedingte Trägheitsbewegung
des Insassen eine passive Rückhaltewirkung
durch das Sicherheitsgurtsystem einsetzen lässt. Oder anders ausgedrückt: Bei
einem Frontalaufprall wird ein der normalen Fahrzeugbewegung entgegen
gerichteter Beschleunigungsimpuls dem Insassen aufgeprägt. Hinsichtlich
Zeitdauer und Kraftniveau wird der Impuls oder Krafteintrag eingestellt
auf die abzubauende kinetische Energie des Insassen, wobei bekanntermaßen die
Masse des Insassen und die Fahrzeuggeschwindigkeit die maßgeblichen
Größen sind.
Der zu erwartenden Crashverlauf (Relativgeschwindigkeit, Crahsschwere/Unfallgegner)
geht in die Bemessung als zur Verfügung stehenden „Bremsweg" für die Insassenverzögerung über Grund
ein, indem der Verbrauch an Deformationsweg der Knautschzone von der
Unfallschwere abhängt.
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Auch
bringt die Impulseinleitung über
den Beckengurt einen Vorteil in der Kinematik des Oberkörpers, indem
der Impuls in Stoßrichtung
in den Oberkörper
weiter geleitet wird. Dadurch wird der Oberkörper in Stoßrichtung beschleunigt, taucht
bei seiner Rückwärtsbewegung
in die Sitzrückenlehne und
Sitzpolster ein. Damit setzt die crashbedingte Vorverlagerung des
Oberkörpers
nicht nur später
ein sondern es steht auch mehr Vorverlagerungsweg für Oberkörper, Becken
und Kopf des Insassen bereit.
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Als
Vorteil kommt noch hinzu, dass der Insasse durch die Stärke der
Straffung in den Sitz hinein gezogen wird, wodurch in der nachfolgenden
passiven Rückhaltephase
mehr Vorverlagerungsweg für den
Insassen bereit steht. Das Erfordernis einer zeitlich länger andauernden
Straffung bedingt, dass der Straffer einen längeren Einzugsweg bereitstellen muss,
welcher in der nachfolgenden passiven Rückhaltephase einem längeren Auszugsweg
unter Einwirkung einer definierten Kraftbegrenzung zugute kommt,
wodurch ein gezielter Abbau an kinetischer Energie des Insassen
möglich
wird.
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Als
weiterer Vorteil kommt hinzu, dass durch die Straffung alle Elastizitäten des
Systems, z. B. die Elastizität
des Gurtbandes oder des Sitzes, herausgenommen werden, wodurch in
der nachfolgenden passiven Rückhaltephase
ein ansonsten zum Verzehr der Elastizitäten erforderlicher Rückhalteweg entfällt, so
dass effektiv mehr Rückhalteweg
zur Verfügung
steht. Auch erfolgt eine wesentlich frühere Rückhaltung des Beckens über das
Sitzpolster oder andere Strukturelemente des Sitzes, z. B. Antisubmarining-Einrichtungen,
Sitzkeile, usw.
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Eine
Weiterbildung des Verfahrens betrifft ein Dreipunkt-Rückhaltesystem, bei welchem
das Gurtband an der Gurtzunge umgelenkt und zu einem in Schulternähe eines
Insassen angeordneten Gurtaufroller geführt ist, an welchem ein dritter
Straffer zur Einleitung einer Kraft in den Schultergurt angreift. Gemäß der Weiterbildung
wird der Gurtbandabschnitt zwischen Gurtschloss und Gurtaufroller
(Schultergurt) gleichzeitig mit oder vor dem Beckengurt gestrafft,
allerdings ist die in den Schultergurt eingeleitete Kraft darauf
begrenzt, eine Gurtlose zu entfernen. Mit dieser Kombination aus
Beckengurt- und Schultergurtstraffung ist eine optimale Rückhaltung
eines Insassen möglich,
ohne dass die durch die Straffsysteme ausgeübten Kräfte die biomechanische Belastbarkeit
des Insassen übersteigen.
Gegenüber
heutigen Rückhaltesystemen
wird eine Reduzierung der Spitzenwerte erreicht.
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In
einer Weiterbildung kann mit der beidseitigen Straffung des Beckengurtes
eine gezielte Steuerung der Rückverlagerung
in Richtung und Beschleunigung erreicht werden. Beispielsweise kann
durch beidseitiges, gleich starkes Straffen des Beckengurtes bei
einem Frontalaufprall der Schwerpunkt des Insassen resultierend
in Richtung Sitzrückenlehne und/oder
Sitzpolster verschoben werden. Durch einen Zeitverzug in der Straffung
beider Seiten kann z. B. bei einem Schrägaufprall auf eine Abweichung
der Stoßrichtung
von der Fahrzeuglängsrichtung
reagiert werden.
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Im
Unterschied zum Stand der Technik wird die Kraft im Beckengurt vor
oder zu einem frühen Zeitpunkt
nach Crashbeginn (t_0) auf einem hohen Niveau von typischerweise
2,0–4,5
kN über
eine anhaltende Zeitspanne zwischen 20–100 ms gehalten. Dies erfordert
einen längeren
Straffweg, weil der Gurt der Rückzugsverlagerung
und der Reduzierung der Elastizitäten des Sitzes des Insassen
folgen muss.
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Die
Straffer können
eine pyrotechnische Auslöseeinheit
aufweisen. Diese bringt den Vorteil mit sich, dass sie schnell ausgelöst werden
kann, wodurch die Straffzeiten optimiert werden und wodurch die
Sicherheit für
Fahrzeuginsassen erheblich erhöht wird.
Es ist jedoch auch denkbar andere übliche Auslöseeinheiten zu verwenden, welche
einen pneumatischen, hydraulischen oder elektromotorischen Antrieb
aufweisen. Mechanische Antriebe, welche die gespeicherte Energie
einer gespannten Feder nutzen, sind auch denkbar.
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In
einer vorteilhaften Ausführung
werden die Straffer durch eine Weiterbildung der vom Aufbau her bekannten
Linearstraffer mit einer Zylinder-Kolben-Einheit gebildet. Erster
und zweiter Straffer sind Linearantriebe mit jeweils einem Kraftübertragungselement,
welches mit dem Gurtschloss beziehungsweise dem Endbeschlag in Wirkverbindung
steht. Mit einer Verlängerung
des Zylinders, ein Hohlzylinder, in welchem der Kolben bewegt wird,
auf 100–150
mm kann ein längerer
Straffweg bereit gestellt werden, so dass in der Summe eine Verkürzung des
Beckengurtes um mindestens 200–300
mm erreicht werden kann. Damit der Druck in der Zylinder-Kolben-Einheit über die
längere
Zeitspanne von 20–100
ms definiert gehalten werden kann, sind in der Regel Abdichtungsmaßnahmen
zwischen Kolben, Zugmittel und Zylinder notwendig.
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Wenn
die beidseitige Krafteinleitung in den Beckengurt durch zwei unabhängige Straffer
erfolgen, nämlich
einen ersten Straffer für
den Gurtendbeschlag und einen zweiten Straffer für das Gurtschloss, können die
Straffzeitpunkte, die Straffdauer und die Kraftniveaus beider Straffer
unabhängig
eingestellt werden, womit auf die Stoßrichtung reagiert werden kann.
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Gemäß einer
Ausführungsform
sind beide Straffsysteme zu einem einstückigen Bauteil zusammengeführt, welches
in das Sitzgestell integriert sein kann, z. B. können die Straffsysteme in eine
Quertraverse des Sitzgestells integriert sein. Diese Ausführungsform
hat den Vorteil, dass sie komplett vormontiert werden kann, was
sich positiv auf die Montagezeiten auswirkt.
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Das
Gurtstraffsystem – einstückig oder mehrstückig – zur Straffung
des Beckengurtes kann unter der Sitzfläche des Fahrzeugsitzes angeordnet sein.
Dort steht Platz zur Verfügung,
so dass das Straffsystem optisch unauffällig und ohne Einbuße von Freiraum
für die
Füße in das
Fahrzeug integriert werden kann.
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Wenn
beide Straffer als Querstraffer unter der Sitzfläche quer liegend angeordnet
und mit dem Sitz verbunden sind, z. B. durch Integration in eine Quertraverse
des Sitzgestells, dann ist es möglich, den
Sitz mit den Straffsystemen gemeinsam zu verschieben. Auf diese
Weise ist sichergestellt, dass die Straffsysteme immer dieselbe
Position relativ zu dem Gurtendbeschlag und dem Gurtschloss annehmen, an
denen die Straffsysteme angreifen. Dadurch wird eine zuverlässige Funktionsweise
der Sicherheitsvorrichtung gewährleistet.
Bei einer Anordnung des Querstraffers zwischen den Sitzverstellschienen
des Sitzes müssten
Maßnahmen
getroffen werden, um eine Sitzverschiebung in der Länge oder
der Höhe auszugleichen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
sind beide Straffer für
den Beckengurt in eine gemeinsame sitzintegrierte Komponente, insbesondere
die hintere Quertraverse des Sitzgestells integriert und weisen
eine gemeinsame Auslöseeinheit
mit einer gemeinsamen Arbeitskammer auf, welche bei Auslösung von
einem gemeinsamen Gaserzeuger, z. B. einer pyrotechnische Zündpille,
mit einem unter hohem Druck stehenden Gas gefüllt wird.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung sind die beiden Arbeitskammern
beider Straffer durch ein Ausgleichsvolumen miteinander pneumatisch
verbunden. Damit kann sichergestellt werden, dass von beiden Seiten
mit gleicher Kraft eingezogen wird. Die Straffer können axial
versetzt so angeordnet werden, dass beide Arbeitskammern senkrecht
in einer Flucht liegen. Dann sind beide Arbeitskammern mit dem Ausgleichsvolumen
zu einer gemeinsamen Arbeitskammer integriert, in welcher der Druckaufbau
erfolgt. Dann ist es auch sinnvoll einen gemeinsamen Gasgenerator
zum Einströmen
des Gases in das Ausgleichsvolumen vorzusehen. Für ein beidseitiges Straffen
ist somit nur eine Zündpille
erforderlich.
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Zwischen
dem Gurtendbeschlag des Gurtbandes und der Auslöseeinheit kann ein Verbindungselement,
insbesondere ein Zugelement vorgesehen sein. Bevorzugt besteht dieses
Verbindungselement aus einem Drahtseil. Ein solches Seil kann zuverlässig die
Zugkräfte übertragen,
die die Auslöseeinheit
in das Verbindungselement einleitet. Es ist selbstverständlich auch
jede andere Art von Verbindungselement denkbar, die diese Aufgabe
zuverlässig
erfüllt.
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Weitere
vorteilhafte Weiterbildungen betreffen ein Ausführungsbeispiel eines integrierten
Gurtstraffsystems in sehr kompakter Bauweise.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es
zeigen:
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1a, 1b:
Eine schematische Darstellung (Aufsicht) der beidseitigen Straffung
des Beckengurtes eines Insassen
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2:
Ein Gurtstraffsystem gemäß der Erfindung
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3:
den zeitlichen Druckverlauf p(t) innerhalb des Zylinders eines Linearstraffers,
konventionell und gemäß der Erfindung
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4 ein erstes integriertes Gurtstraffsystem
mit einem Ausgleichsvolumen in Varianten a) und b)
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5 ein zweites integriertes Gurtstraffsystem
a) vor der Zündung
und b) nach der Zündung.
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Die 1a und 1b zeigen
in schematischer Darstellung eine Aufsicht auf einen Fahrzeugsitz 1 mit
einem Insassen 2. Der Fahrzeugsitz umfasst eine Sitzfläche 1.1 und
eine Rückenlehne 1.2. Der
Insasse ist durch ein Gurtband 3 gesichert, welches einen
Beckengurt bildet und Teil eines umfassenderen Sicherheitsgurtsystems
sein kann. Ein möglicherweise
vorhandener Schultergurt ist nicht dargestellt. Der Beckengurt erstreckt
sich normalerweise von einem Endbeschlag zu einem Gurtschloss, wobei
das Gurtband über
eine Gurtzunge mit dem Gurtschloss verbunden ist. Die Anordnung von
Gurtschloss und Gurtendbeschlag hängt davon ab, ob es sich um
einen Fahrer- oder einen Beifahrersitz und vom Fahrzeugtyp ab und
ist nicht dargestellt. Die beidseitige Straffung erfolgt mittels
zweier Straffer, z. B. eines an einem Endbeschlag angreifenden ersten
Straffers 5 und eines an dem Gurtschloss angreifenden zweiten
Straffers 6. Die Straffsysteme sind dabei mit dem Fahrzeugaufbau
fest verbunden und als Linearantrieb mit einer symbolisch dargestellten
Kolben-Zylinderanordnung
ausgeführt.
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In
der gesamten Anmeldung wird unter einem Zylinder immer ein Hohlzylinder
verstanden. Die Arbeitskammer, in welcher ein Treibgas expandiert, um
einen Kolben 5.1, 6.1 anzutreiben, wird durch
den Raum zwischen Kolben und einer Stirnseite des Zylinders gebildet
und ist druckdicht abgeschlossen, damit der Druck zum Antreiben
des Kolbens aufgebaut werden kann. Die andere Stirnseite ist druckdurchlässigen ausgebildet,
um eine axiale Kolbenbewegung innerhalb des Zylinders ohne Gegendruck zu
ermöglichen.
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In 2 sind
die beiden Straffer 5, 6 zusammengefasst und bilden
ein beidseitig quer ziehendes Gurtstraffsystem 7. Bei einem
Lineartrieb ist ein Zugelement 5.2, 6.2 oder Zugseil
(in 1 nicht dargestellt, in 2 als
Linie symbolisch dargestellt) einerseits unter Vermittlung des Gurtschlosses
oder des Endbeschlages mit einem Gurtbandende und andererseits mit
einem im Zylinder des Straffsystems 5, 6 axial
verschiebbar gelagerten Kolben 5.1, 6.1 angeschlossen.
Im Auslösefall
wird der Kolben 5.1. 6.1 in dem Zylinder mit Druck
eines expandierenden Gases beaufschlagt, welches z. B. durch einen
pyrotechnischen Gasgenerator erzeugt wird, so dass der Kolben in
Richtung des Pfeils in 1b im Zylinder verschoben wird,
wobei das Zugelement 5.2, 6.2 mitgenommen und
folglich ein daran angeschlossenes Gurtband gestrafft wird. Es ergibt
sich eine resultierende Rückziehkraft
auf den Insassen, welche ebenfalls in Pfeilrichtung weist und den
Insassen in den Sitz zurückzieht.
Die Pfeilrichtung zeigt nur eine Projektion auf die horizontale
Fahrzeugebene. In 3 Dimensionen hat die Kraft auch eine Komponente
in Richtung schräg
nach unten, aufgrund des Verlaufes des Zugmittels vom Gurtbandende
bis zur Anbindung bzw. Umlenkung am Sitzgestell.
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Die
detaillierte Ausgestaltung eines Straffsystems ist aus dem Stand
der Technik wohlbekannt. Es kann der Aufbau eines jeden bekannten,
in Fahrzeugen eingesetzten Linearantriebes herangezogen werden.
Straffsysteme mit einem Rotationsantrieb wären ebenfalls einsetzbar.
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Straffer
können
auch mit einem Kraftbegrenzer ausgestattet sein. Ein Energie verzehrendem Element
sorgt dafür,
dass die durch den Gurt auf den Oberkörper des Insassen einwirkenden
Kräfte
bei der Verzögerung
des Fahrzeugs begrenzt werden, indem mittels der Energie verzehrenden
Elemente Kraftspitzen abgebaut werden. Als Energie verzehrende Elemente
sind unterschiedlichste Ausprägungen
bekannt, z. B. ein Zugseil, welches unter Materialaufweitung durch
eine Halterung gezogen wird, ein sich aufweitender Kolben, welcher
unter Materialaufweitung einer Zylinderwand verschoben wird, oder eine
Torsionswelle. Die Straffer zur Anwendung in vorliegender Erfindung
müssen
möglicherweise
besondere Maßnahmen
aufweisen, damit der Kraftbegrenzer in der passiven Rückhaltephase
zwar wirksam ist, in der vorangehenden Straffphase aber nicht zu
einer Begrenzung der aktiv einleitbaren Kraft führt, welche über dem
Kraftbegrenzungsniveau liegen kann. Eine solche Maßnahme ist
in der noch nicht offen gelegten Anmeldung
DE 10 2006 053 563 für einen
speziellen Typ von Linearstraffer beschrieben.
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In 3 ist
schematisch ein Druckverlauf p(t) über der Zeit t im Zylinder
einer Zylinder-Kolben-Einheit eines Straffers dargestellt, bei welchem der
Kolben durch den Gasdruck eines expandierenden Gases bewegt wird.
Die gestrichelte Line zeigt den typischen Druckverlauf in einem
konventionellen, in Fahrzeugen eingesetzten pyrotechnischen Linearstraffer.
Innerhalb einer möglichst
kurzen Zeit von 5–12
msec wird in dem Zylinder ein Druck aufgebaut, so dass der Gurt
mit einer Kraft von 0,5–2,5
kN eingezogen wird, um die Gurtlose zu entfernen. Nach Ende der
Straffung und am Beginn der anschließenden passiven Rückhaltephase,
bei welcher der Insasse eine Vorverlagerung erfährt, verrastet der Kolben oder
das Zugelement, um gegen den Widerstand einer Kraftbegrenzungsvorrichtung
bei Überschreiten des
Kraftbegrenzungsniveaus Gurtband wieder frei zu geben. Mit der Verrastung
des Kolbens, braucht der Druck nicht mehr in der Kolben-Zylinder-Einheit gehalten
werden. Die Auszugsphase wird allein von der Kraftbegrenzungseinheit
gesteuert. Es sind keine besonderen Maßnahmen zur Druckabdichtung
erforderlich, weil aufgrund der kurzen Straffzeit ein Druckverlust
vernachlässigbar
ist. Heutige Straffer sind daher so ausgelegt, dass der Druck im
Zylinder nach der Straffung und Verrastung schnell wieder abgebaut
wird. Daher fällt
in 2 die gestrichelte nach Erreichen des Höhepunktes
wieder sehr schnell ab.
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Im
Unterschied zum Stand der Technik wird bei den gemäß der Erfindung
eingesetzten Straffern die Kraft im Beckengurt zu einem frühen Zeitpunkt nach
Crashbeginn (t_0) auf einem hohen Niveau (2–5 kN) über eine anhaltende Zeitspanne
zwischen 20– 100
ms gehalten. Die durchgezogene Linie zeigt einen entsprechenden
Druckverlauf im Zylinder eines Straffers. Nach einem schnellen Anstieg
wird der Druck im Zylinder gehalten, der Kolben verrastet nicht,
sondern zieht für
eine Zeitdauer 20–100
msec mit konstanter Kraft entlang eines Einzugweges am Gurt bevor
durch die einsetzende Auszugsbewegung der Rückhaltephase eine Verrastung
mit Kraftbegrenzung stattfindet. In Simulationen und Versuchen hat
sich gezeigt, dass mit zwei Straffern mit jeweils einer Kraft von
2000–4000
N über
einen Zeitspanne von 60–80
msec und einem Gurtband-Einzug von 100–200 mm beste Ergebnisse erzielt
werden können.
Das Niveau der Kraftbegrenzung hängt
von dem zur Verfügung
stehenden Vorverlagerungsweg (Innenraum, Sitzposition, Insassengewicht),
der Airbagabstimmung und der Crashschwere ab. Der für die Erfindung
erforderliche Straffer erfordert daher besondere Maßnahmen
in der Bereitstellung einer größeren Einzugslänge, besondere
Maßnahmen
zur Abdichtung des Zylinderraumes, um einen hohen Gasdruck für eine Zeit
bis 100 msec halten zu können und
möglicherweise
besondere Maßnahmen,
um in der anfänglichen
Straffphase eine Kraftbegrenzung auszuschalten.
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In 4a ist
eine Weiterbildung des in 2 dargestellten
Gurstraffsystems 7 dargestellt, wobei äquivalente Komponenten mit
gleichem Positionszeichen bezeichnet wurden. Die beiden Straffer 5, 6 sind durch
ein Ausgleichsvolumen 8 in der Weise pneumatisch verbunden,
dass zwischen den beiden Arbeitskammern 5.4 und 6.4 ein
Druckausgleich stattfinden kann. Der Druck kann durch einen äußeren Gasgenerator
erzeugt und in das Ausgleichsvolumen 8 eingeleitet oder
durch einen integrierten, z. B. pyrotechnischen Gasgenerator 9 erzeugt
werden. Mit einer Zündung
expandiert das Gas in dem Ausgleichsvolumen und strömt in die
beiden Arbeitskammern 5.4, 6.4 ein und verschiebt
dort die beiden Arbeitskammern begrenzenden Kolben 5.1, 6.1 in
die Richtung der eingezeichneten Pfeile. Durch die Verschiebung
der Kolben 5.1, 6.1 werden über die Zugelemente 5.2, 6.2,
welche druckdicht durch die Zylinder 5.3, 6.3 geführt sind,
beide Enden des Beckengurtes gestrafft. Wenn nun der Einzug des
Gurtbandes auf einer Seite auf großen Widerstand stößt, weil
z. B. dort kaum Gurtlose zu beseitigen ist, so findet dort kein
weiterer Druckanstieg statt, vielmehr kommt das weiter erzeugte
Gas über
das Ausgleichsvolumen dem schnelleren Aufbau eines Drucks in dem
anderen Zylinder zugute. Dort wird der Kolben mit größerem Druck
bewegt und kann mit entsprechenden größerer Kraft das Gurtband einziehen,
wie bei einer Anordnung ohne Ausgleichsvolumen. Durch das Ausgleichsvolumen
stellt sich an beiden Seiten des Gurtstraffsystems immer eine gleich
hohe Kraft ein, so dass ein Insasse mittels des Beckengurtes immer
mit einer in Richtung der Rückenlehnen
und Sitzpolster (schräg
nach hinten unten ziehend) weisenden, resultierenden Kraft eingezogen
wird.
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Die
beiden Arbeitskammern 5.4, 6.4 und das Ausgleichsvolumen 8 können auch
zu einer gemeinsamen Arbeitskammer integriert sein, z. B. wenn die beiden
Straffer 5, 6 in axialer Richtung so versetzt
angeordnet sind, dass die beiden Arbeitskammern in senkrechter Richtung übereinander
zu liegen kommen. Ein solches Gurtstraffsystem ist in 4b dargestellt,
wobei der Gasgenerator nicht eingezeichnet wurde.
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Bei
dem in 4a, 4b gezeigten
Gurtstraffsystem entspricht der pro Seite bereit gestellte Einzugsweg
dem zur Verfügung
stehenden Verschiebungsweg des Kolbens. Wenn aufgrund einer hohen Gegenkraft
auf einer Seite nur wenig Weg eingezogen werden kann, bleibt als
Einzugsweg für
die andere Seite nicht mehr als der durch die Zylindergeometrie
bereit gestellte Verschiebungsweg für den Kolben. Dieser Nachteil
wird bei einem Gurtstraffsystem 10 gemäß 5 vermieden.
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5a zeigt
ein integriertes Gurtstraffsystem 10 mit einem langen äußeren Zylinder 11,
ungefähr
von doppelter Länge
der beiden antiparallel angeordneten Straffer der Ausführung in 4a.
Der äußere Zylinder 11 des
integrierten Gurtstraffsystems kann bei einer Anordnung quer zum
Sitz eine Länge von
maximal 500 mm annehmen, wodurch ein sehr langer gesamter Verschiebungsweg
zur Verfügung steht.
Innerhalb des äußeren Zylinders 11 ist
ein innerer Zylinder 12 mit ungefähr halber Länge in axiale Richtung verschiebbar
gelagert. Der äußere Zylinder 11 dient
damit als Führungsrohr
für den
innerhalb des Zylinders 11 laufenden inneren Zylinder 12.
Innerhalb des inneren Zylinders 12 ist eine zentrale Arbeitskammer 15 angeordnet,
welche am Kopf des inneren Zylinders 12 durch einen abschließenden äußeren Kolben
und in einem Abstand davon durch einen innerhalb des inneren Zylinders 12 axial
verschiebbaren inneren Kolben 14 begrenzt wird. Der äußere Kolben 13 ist
stirnseitig mit dem inneren Zylinder 12 fest verbunden
und schließt
diesen und damit auch die Arbeitskammer 15 dort druckdicht
ab. Auf der gegenüberliegenden
Seite schließt
der innere Kolben 14 z. B. mittels eines O-Ringes die Arbeitskammer 15 druckdicht
ab, so dass auch bei Verschiebung des inneren Kolbens 14 kein
Gas in den außerhalb
der Arbeitskammer 15 liegenden Abschnitt des Zylinders 12 entweichen
kann. Bei einem Crash strömt
schlagartig in die Arbeitskammer 15 ein Gas ein, welches die
beiden Kolben 13, 14 mit Druck beaufschlagt. Das
Gas kann von außen
eingelassen oder es kann mittels eines innerhalb der Arbeitskammer 15 angeordneten
Gasgenerators 16, z. B. einem pyrotechnischer Gasgenerator,
welcher durch einen Zündstrom beim
Crash gezündet
wird, erzeugt werden. Mit der Druckbeaufschlagung der beiden Kolben 13, 14 wirken
entgegen gesetzte, in der 5 als Pfeile
angedeutete, Kräfte
auf die beiden Kolben 13, 14.
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Die 5b zeigt
das integrierte Gurtstraffsystem zu einem Zeitpunkt kurz nach Zündung des Gasgenerators,
welcher nicht gesondert eingezeichnet ist, zumal eine pyrotechnische
Schichtung auch nach Zündung
rasch abgebrannt ist. Der innere Kolben 14, wird durch
das expandierende Gas innerhalb des inneren Zylinders 12 nach
außen,
das heißt
in der 5b nach links, verschoben während durch die
Verschiebung des äußeren Kolbens 13 nach
außen,
das heißt
in der 5b nach rechts, der innere Zylinder 12 in
Richtung der Kraft auf den äußeren Kolben 13,
das heißt
in der 5b nach rechts, verschoben wird.
Die Verschiebung der Kolben 13, 14, wird mittels
zweier Zugelementes 17L, 17R, welche links und
rechts aus dem äußeren Zylinder 11 herausgeführt sind,
mittels nicht dargestellter Umlenkmittel auf die Gurtbandenden übertragen,
und wirkt sich als beidseitige Einzugsbewegung aus. Das linke Zugelement 17L greift
an dem inneren Zylinders 12 an und ist somit fest mit dem äußeren Kolben 13 verbunden
und wird auf der einen (linken) Seite aus dem äußeren Zylinder 11 herausgeführt. Das
rechte Zugelement 17R ist mit dem inneren Kolben 14 fest
verbunden, druckdicht aber verschieblich durch den äußeren Kolben 13 geführt und
auf der anderen (rechten) Seite aus dem äußeren Zylinder 11 herausgeführt.
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In
einer Ausführung
ist vorgesehen, dass das rechte Zugelement 17R innerhalb
einer Hülse 18 durch
den äußeren Kolben 13 geführt wird.
Damit kann eine möglichst
definierte und reibungsarme Bewegung des Zugelementes 17R sichergestellt
werden. Auch kann das Problem des druckdichten Abschlusses der Arbeitskammer 15 gegenüber einer Durchführung des
Zugelementes 17R durch den äußeren Kolben 13 besser
gelöst
werden, weil die Hülse
auf die Anforderung der verschieblichen Abdichtung hin optimiert
werden kann. Die Hülse
ist an ihrem äußeren Ende
fest mit dem äußeren Zylinder 11 verbunden
und an ihrem inneren Ende durch die Durchführung des äußeren Kolbens 13 gestützt.
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Auch
kann über
der Hülse 18 der
zentralen Arbeitskammer 15 ein Gas, ein Zündfunke
oder ein Zündleitung
zugeführt
werden. Insbesondere könnte über die
Hülse 18 das
expandierende Gas eines externen Gasgenerators der zentralen Arbeitskammer 15 zugeführt werden.
Bei Verwendung eines inneren Gasgenerators 16 wie in 5a dargestellt,
könnten elektrischen
Leitungen zur Zündung
des (pyrotechnischen) Gasgenerators in der Hülse geführt werden. Ist die Zündung einmal
erfolgt, können
die elektrischen Zünddrähte hinterher
schadlos bei der Bewegung der Kolben 14, 15 abreißen. Damit
innerhalb der Arbeitskammer 15 ausreichend Druck aufgebaut werden
kann, muss die Hülse 18 natürlich so
ausgebildet sein, dass kein Druck über die Hülse 18 nach außen entweichen
kann.
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Alternativ
kann die Hülse 18 mit
dem inneren Kolben 14 fest verbunden sein. Dann wird bei
einer der Gasexpansion folgenden Bewegung des inneren Kolbens 14 die
Hülse 18 mitgenommen
und durch den Durchgang des äußeren Kolbens
gezogen. Mit einem Anschlags an der Hülse kann der Maximalweg des
Gurtstraffsystems begrenzt werden, indem der Maximalabstand zwischen
beiden Kolben 13, 14 begrenzt wird.
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Die
einer äußeren Kraft
auf die Zugelemente 17R, 17L folgenden Bewegung
eines oder beider Kolben 13, 14 kann durch Kraftbegrenzungsmittel
innerhalb eines oder der Zylinder 11, 12 gebremst
werden. Dies ist wichtig, um in der passiven Rückhaltephase Kraftspitzen auf
den Insassen zu unterbinden, indem der Gurt gezielt nachgibt, wenn
die Kraft eine Schwelle überschreitet.
Beispielsweise könnten
die Zugelemente 17R, 17L über eine starke Feder an dem
jeweiligen Kolben 13, 14 befestigt sein. Aufgrund
des Ausgleichsvolumens genügt
ein einziges Kraftbegrenzungsmittel (z. B. am kolbenseitigen Ende
des Zugmittels 17L oder 17R), weil sich immer ein
Kräftegleichgewicht
auf die Zugelemente 17R, 17L einstellt.
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Weitere
Ausgestaltungen sind denkbar. Es können durch verschiedene Querschnitte
für Zylinder und
Kolben jeweils einer Seite unterschiedliche Kräfte bereitgestellt werden.
Bei gleichem Druck stellen sich aufgrund der unterschiedlichen Fläche unterschiedliche
Kräfte
ein. So kann z. B eine unterschiedliche Straffung an Gurtschloss
und Endbeschlag erreicht werden.
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Da
die Zylinder-Kolben-Einheit des erfindungsgemäßen Gurt-Straffsystems gasdicht (druckdicht)
abgeschlossen ist, kann zur Begrenzung der Gurtkräfte ein Überdruckventil
vorgesehen sein. Dies könnte
erforderlich sein, um bei geringer Gurtlose zu hohe Gurtkräfte zu vermeiden.