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Die Erfindung betrifft ein Gurtband für einen Sicherheitsgurt eines Fahrzeugs, einen Sicherheitsgurt für ein Fahrzeug und ein Fahrzeug.
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Aus dem Stand der Technik sind Gurtbänder für Sicherheitsgurte von Fahrzeugen allgemein bekannt. Derartige Gurtbänder sind aus einem textilen Material ausgebildet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Gurtband für einen Sicherheitsgurt eines Fahrzeugs, einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Sicherheitsgurt für ein Fahrzeug und ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Fahrzeug anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Gurtband für einen Sicherheitsgurt eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einen Sicherheitsgurt für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein Gurtband für einen Sicherheitsgurt eines Fahrzeugs ist erfindungsgemäß zumindest bereichsweise aus zumindest einem auxetischen Material ausgebildet. Ein solches auxetisches Material hat die Eigenschaft, sich bei einer Streckung quer zur Streckrichtung auszudehnen, d. h. es wird dicker. Das auxetische Material ist daher charakterisiert durch eine negative Poissonzahl (Querkontraktionszahl). Normale Materialien werden, wenn sie auseinandergezogen werden, in der Mitte dünner, da sie sich mit der Zugrichtung weiten und quer zur Zugrichtung verengen. Im Gegensatz dazu werden auxetische Materialien in der Mitte dicker, wenn an ihnen gezogen wird, da sie sich quer zur Zugrichtung weiten.
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Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung des Gurtbandes zumindest bereichsweise, zweckmäßigerweise im Wesentlichen vollständig, aus dem zumindest einen auxetischen Material wird eine Verbreiterung des Gurtbandes bei einer auf das Gurtband in dessen Längsrichtung einwirkenden Zugkraft ermöglicht, da die Zugkraft eine Streckung des Gurtbandes und somit des auxetischen Materials in Längsrichtung des Gurtbandes und dadurch eine Verbreiterung des auxetischen Materials und somit des Gurtbandes bewirkt, d. h. eine Ausdehnung quer zur Streckrichtung und somit quer zur Längsrichtung des Gurtbandes.
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Das Gurtband ist hierzu zweckmäßigerweise derart zumindest bereichsweise, zweckmäßigerweise im Wesentlichen vollständig, aus dem zumindest einen auxetischen Material ausgebildet, dass sich das Gurtband bei einer in Längsrichtung des Gurtbandes auf das Gurtband einwirkenden Zugkraft verbreitert. Dadurch wird insbesondere bei einem Unfall, d. h. bei einer Kollision des Fahrzeugs mit einem Hindernis, eine Verbreiterung des Gurtbandes erreicht, wenn eine kollisionsbedingte Verlagerung eines mittels des Gurtbandes gesicherter Fahrzeuginsassen durch das Gurtband verhindert oder gestoppt wird. In einem solchen Fall erfolgt eine Krafteinwirkung durch den Fahrzeuginsassen auf das Gurtband, welches durch ein Gurtschloss, eine Befestigung an einer Karosserie des Fahrzeugs und beispielsweise einen Aufrollstraffer und/oder eine Auszugsbremse gehalten und blockiert ist. Durch diese Halterungen des Gurtbandes und die Krafteinwirkung des Fahrzeuginsassen wirkt eine Zugkraft in Längsrichtung des Gurtbandes auf das Gurtband ein, wodurch dieses sich aufgrund der bereichsweisen oder im Wesentlichen vollständigen Ausbildung aus dem auxetischen Material verbreitert. Dadurch wird eine verbesserte Verteilung durch das Gurtband auf den Fahrzeuginsassen, insbesondere auf dessen Brustkorb, wirkender Kräfte erreicht, wodurch Verletzungen vermieden werden können oder zumindest das Risiko von Verletzungen und/oder eine Verletzungsschwere reduziert werden kann.
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Beispielsweise ist das Gurtband derart ausgebildet, dass es sich erst bei einer vorgegebenen Zugkrafteinwirkung verbreitert, so dass es in einem Normalbetrieb, d. h. in einem normalen Betriebszustand des Fahrzeugs und somit des Gurtbandes im Wesentlichen eine konstante Breite aufweist und sich erst bei Erreichen und/oder Überschreiten der vorgegebenen Zugkraft verbreitert. Die vorgegebene Zugkraft, ab welcher die Verbreiterung eintritt, ist dann zweckmäßigerweise derart vorgegeben, dass sie bei einer Kollision des Fahrzeugs mit einem Hindernis auftritt, insbesondere bei einer Kollision mit einer vorgegebenen Kollisionsschwere, oder bereits bei einer Gurtstraffung mittels eines Gurtstraffers, insbesondere mittels eines aufgrund einer Kollision oder einer unmittelbar bevorstehenden Kollision des Fahrzeugs aktivierten Gurtstraffers.
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Alternativ ist das Gurtband beispielsweise derart ausgebildet, dass es sich auch bereits bei einer geringen in Längsrichtung auf das Gurtband einwirkenden Zugkraft verbreitert. Beispielsweise ist die Verbreiterung im Wesentlichen proportional zur einwirkenden Zugkraft, zumindest innerhalb vorgegebener Zugkraftgrenzen. Da die auf das Gurtband in dessen Längsrichtung einwirkende Zugkraft im Normalbetrieb des Fahrzeugs und somit des Gurtbandes gering ist, beispielsweise im Wesentlichen einer Auszugskraft entspricht, welche zum Ausziehen des Gurtbandes aus einem Gurtaufroller und/oder Auszugsstraffer erforderlich ist, wird dann im Normalbetrieb des Fahrzeugs und somit des Gurtbandes im Wesentlichen keine Verbreiterung oder nur eine geringe, insbesondere den Fahrzeuginsassen nicht störende, Verbreiterung des Gurtbandes eintreten.
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Die Ausbildung des Gurtbandes zumindest bereichsweise, zweckmäßigerweise vollständig, aus dem zumindest einen auxetischen Material ermöglicht diese Verbreiterung des Gurtbandes in einem Kollisionsfall auf besonders einfache und kostengünstige Weise. Insbesondere ist es nicht erforderlich, das Gurtband schlauchförmig auszubilden, um durch eine Gaseinleitung eine Verbreiterung des Gurtbandes zu erreichen. Daher ist des Weiteren insbesondere kein Einsatz von Pyrotechnik zur Erzeugung eines in das Gurtband einzuleitenden Gases erforderlich, d. h. es ist kein Hilfsmedium und keine Vorrichtung zur Erzeugung und/oder Speicherung eines solchen Hilfsmediums erforderlich, um das Gurtband zu verbreitern, denn diese Verbreiterung des Gurtbandes erfolgt ausschließlich durch das Gurtband selbst.
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Durch die beschriebene Ausbildung des Gurtbandes entfallen somit eine komplizierte schlauchförmige Ausbildung des Gurtbandes und ein komplizierter Befüllvorgang zur Verbreiterung eines solchen schlauchförmigen Gurtbandes in einem Kollisionsfall. Die aus der Verbreiterung des Gurtbandes resultierenden Vorteile, insbesondere eine bessere Kraftverteilung auf den Fahrzeuginsassen wirkender Kräfte, wird durch die beschriebene Ausbildung des Gurtbandes und die daraus resultierende Verbreiterung im Kollisionsfall erreicht. Das Gurtband, ein Sicherheitsgurt mit einem solchen Gurtband und dessen Funktionsweise sind sehr robust, insbesondere deutlich robuster, d. h. weniger störanfällig, als beispielsweise das schlauchförmige und pyrotechnisch aufblasbare Gurtband, da keine weiteren technischen Einrichtungen, insbesondere keine Pyrotechnik, keine elektrischen Einrichtungen und keine Sensoren zur Aktivierung der Verbreiterung des Gurtbandes erforderlich sind. Da derartige störanfällige Komponenten nicht vorhanden sind, ist ein Ausfallrisiko der Funktionsweise des Gurtbandes in einem Kollisionsfall vermieden oder zumindest deutlich reduziert. Durch diesen Entfall zusätzlicher Komponenten wird eine Einzelteilreduktion, insbesondere eine Reduktion kostenintensiver Komponenten, und somit eine Reduzierung von Kosten und Gewicht und zudem eine Reduzierung eines erforderlichen Bauraums im Fahrzeug erreicht. Des Weiteren wird eine Komfortverbesserung für den Fahrzeuginsassen erreicht, da das Gurtband im Normalzustand, d. h. in einem normalen Betriebszustand des Fahrzeugs und somit des Gurtbandes, eine geringere und somit für den Fahrzeuginsassen angenehme Breite aufweist und sich erst dann, wenn die größere Breite des Gurtbandes erforderlich ist, nämlich in einem Kollisionsfall, verbreitert.
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Das Gurtband ist zweckmäßigerweise derart zumindest bereichsweise, zweckmäßigerweise im Wesentlichen vollständig, aus dem zumindest einen auxetischen Material ausgebildet, dass es nach der Zugrafteinwirkung in Längsrichtung des Gurtbandes und der daraus resultierenden Verbreiterung des Gurtbandes, zumindest wenn die Zugkrafteinwirkung einen vorgegebenen Maximalwert nicht überschritten hat, bei einem darauf folgenden Nachlassen oder Wegfall der Zugkrafteinwirkung im Wesentlichen in seinen Ausgangszustand zurückkehrt, d. h. insbesondere im Wesentlichen wieder seine ursprüngliche Breite einnimmt. Dadurch wird das Gurtband insbesondere bei Kollisionen des Fahrzeugs, welche eine geringe Kollisionsschwere aufweisen, nicht geschädigt und muss danach nicht ausgetauscht werden, sondern ist weiterhin einsatzbereit.
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Das auxetische Material ist zweckmäßigerweise als ein auxetisches textiles Material und/oder als ein auxetisches Kunststoffmaterial und/oder als ein auxetisches Metallmaterial ausgebildet. Auch eine Kombination mehrerer auxetischer Materialien zur Ausbildung des Gurtbandes ist möglich. Des Weiteren ist auch eine Kombination eines auxetischen Materials oder mehrerer auxetischer Materialien mit einem anderen Material oder mehreren anderen Materialien zur Ausbildung des Gurtbandes möglich. Beispielsweise können bekannte Herstellungsverfahren der Textilindustrie, zum Beispiel Weben oder Wirken, zur Herstellung des Gurtbandes genutzt werden, wobei auxetische Fäden und/oder Fasern verarbeitet werden. Derartige auxetische Fäden oder Fasern sind beispielsweise als synthetisierte auxetische Polymere ausgebildet, d. h. beispielsweise jeweils als ein synthetisiertes auxetisches Polymer ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich kann das Gurtband unter Verwendung herkömmlicher Fäden und/oder Fasern und/oder Materialien ausgebildet werden, welche selbst keine auxetischen Eigenschaften aufweisen, wobei das auxetische Material, d. h. die auxetische Eigenschaft des derart hergestellten auxetischen Materials und somit des Gurtbandes dann durch eine jeweilige auxetische Konstruktion erreicht wird. D. h. die herkömmlichen Fäden und/oder Fasern und/oder Materialien werden derart verarbeitet, dass eine auxetische Struktur ausgebildet wird. D. h. es werden vorteilhafterweise konventionelle Materialien verwendet, die selbst keine auxetischen Eigenschaften aufweisen, wobei diese konventionellen Materialien zu einer Struktur mit auxetischen Eigenschaften verarbeitet werden. Für derartige auxetische Strukturen gibt es in der Natur keine Vorbilder, d. h. sie sind speziell entwickelt, um die auxetischen Eigenschaften aufzuweisen. Auxetische Strukturen können somit aus herkömmlichen Materialien mit konventionellen Produktionsverfahren hergestellt werden. Dadurch können Eigenschaften, beispielsweise Dichte, Steifigkeit, Festigkeit, Duktilität und/oder Zähigkeit, gezielt beeinflusst werden.
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Vorteilhafterweise weist das auxetische Material eine wabenartige Struktur auf, zweckmäßigerweise mit vielen Zwischenräumen. Dies kann beispielsweise durch die beiden oben beschriebenen Alternativen zur Herstellung des auxetischen Materials erreicht werden. D. h. beispielsweise weisen Grundelemente, beispielsweise Fäden und/oder Fasern, des auxetischen Materials bereits auxetische Eigenschaften und somit eine derartige wabenartige Struktur auf, oder das auxetische Material wird durch die Verarbeitung herkömmlicher Grundkomponenten, beispielsweise Fäden und/oder Fasern, erzeugt, wobei die wabenartige Struktur durch diese Verarbeitung erzeugt wird.
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Die wabenartige Struktur ist zweckmäßigerweise derart angeordnet, dass sich das Gurtband bei einer in Längsrichtung des Gurtbandes auf das Gurtband einwirkenden Zugkraft verbreitert. D. h. der wabenartige Aufbau mit vielen Zwischenräumen des auxetischen Materials ist im Gurtband derart angeordnet und ausgerichtet, dass bei einer mechanischen Einwirkung, d. h. bei einer Zugkrafteinwirkung, in Längsrichtung des Gurtbandes sich das Gurtband insbesondere verbreitert und bevorzugt im Wesentlichen nicht verlängert. Somit wird das Gurtband bevorzugt bei einer Gurtstraffung, insbesondere aufgrund einer Kollision oder einer unmittelbar bevorstehenden Kollision, und/oder bei einer durch eine Kollision auf das Gurtband wirkenden Fahrzeuginsassenverlagerung verbreitert.
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Vorteilhafterweise, insbesondere alternativ oder zusätzlich zur oben beschriebenen wabenartigen Struktur, ist das auxetische Material aus zumindest einem Garn ausgebildet, welches zumindest eine dehnbare, d. h. zweckmäßigerweise elastische, Faser als Kern des Garns aufweist, die mit zumindest einer weiteren Faser umwickelt ist. Die zumindest eine weitere Faser ist zweckmäßigerweise derart ausgebildet, weist insbesondere eine derart hohe Steifigkeit auf, dass sie sich bei einer in Faserlängsrichtung auf sie einwirkenden Zugkraft gerade ausrichtet, d. h. sie wird gestrafft. Durch eine Zugkrafteinwirkung auf die weitere Faser und das daraus resultierende gerade Ausrichten der weiteren Faser drückt die weitere Faser, da sie um die den Kern bildende Faser zweckmäßigerweise schraubengewindeförmig herumgewickelt ist, die den Kern bildende Faser nach außen, so dass daraus eine Dickenvergrößerung, d. h. eine Durchmesservergrößerung und somit eine Verbreiterung, des Garns resultiert. In welchem Ausmaß dieser auxetische Effekt auftritt, wird beispielsweise durch einen Winkel, in welchem die weitere Faser um die den Kern bildende Faser gewickelt ist, d. h. durch den Steigungswinkel, und/oder durch eine relative Steifigkeit und/oder einen Durchmesser der Fasern, insbesondere der den Kern bildenden Faser, bestimmt.
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Vorteilhafterweise ist das auxetische Material als ein Kettengewirk ausgebildet. Dabei ist, um die auxetische Eigenschaft zu erreichen, zweckmäßigerweise ein elastisches, insbesondere ein hoch elastisches, Garn in eine Basis des Kettengewirks eingebaut. Dadurch wird erreicht, dass bei einer auf eine Zugkrafteinwirkung folgenden Zugentlastung eine durch das Kettengewirk ausgebildete jeweilige Zelle wieder in ihre Ausgangsform zurückkehrt. Derartige Kettengewirke können durch beispielsweise im Wesentlichen mittels herkömmlicher Herstellungsverfahren, d. h. insbesondere durch Kettenwirken, hergestellt werden. Kettengewirke sind Flächengebilde, die wegen ihrer formschlüssigen Verbindung der Fäden und/oder Fasern gut dehnbar sind.
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Ein erfindungsgemäßer Sicherheitsgurt für ein Fahrzeug umfasst ein solches Gurtband. Daraus ergeben sich für den Sicherheitsgurt und somit auch für einen mittels des Sicherheitsgurts gesicherten Fahrzeuginsassen die bereits zum Gurtband geschilderten Vorteile.
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Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug umfasst zumindest einen solchen Sicherheitsgurt. Dadurch ergeben sich für das Fahrzeug und somit auch für einen mittels des Sicherheitsgurts gesicherten Fahrzeuginsassen die bereits zum Gurtband geschilderten Vorteile.
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Auxetische Materialien weisen vorteilhafte Eigenschaften auf, beispielsweise eine Schall- und Ultraschalldämpfung und eine bessere Absorption von Energie. Sie sind besonders bruchfest und risszäh, weisen gute Filtereigenschaften auf und sind stoß- und schlagfest. Materialeigenschaften wie Porosität, Dichte, Steifigkeit, Nachgiebigkeit, Festigkeit, Duktilität, Energieabsorption, Gewichtseffizienz und Bruchfestigkeit und Zähigkeit können direkt beeinflusst werden.
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Mögliche technische Anwendungsbereiche von auxetischen Materialien sind, neben der oben beschriebenen Ausbildung eines Gurtbandes, beispielsweise Sandwich-, Verbund- und/oder Leichtbauteile, Crash-Strukturen mit geringem Gewicht, adaptive Aerodynamikstrukturen, Schutzeinrichtungen, Filter, Fasern und Textilien, formadaptive sowie intelligente Materialien, Sensoren und Aktoren, orthopädische und medizinische Geräte sowie Implantate.
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Im Fahrzeugbereich, insbesondere Automobilbereich, können auxetische Materialien beispielsweise für Sicherheitsgurte, Spanngurte, zur Isolierung von Fahrgeräuschen, für Schalldämpfer, Stoßdämpfer und Stoßstangen verwendet werden.
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Im Medizinbereich können auxetische Materialien beispielsweise für künstliche Lungen, Verbände und Pflaster mit medizinischen Depots, Knochenimplantate und Implantate und Stents zum Offenhalten von Blutgefäßen verwendet werden.
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Im Sicherheitsbereich können auxetische Materialien beispielsweise für Sicherheitswesten und/oder Sicherheitsgewebe, insbesondere für beschusshemmende und/oder stichhemmende und/oder schlaghemmende und/oder explosionshemmende Westen und/oder Gewebe, für Sportschutzkleidung und für Sturzhelme verwendet werden.
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Im Baubereich können auxetische Materialien beispielsweise für Schallschutzwände und zur Erdbebensicherung verwendet werden.
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Des Weiteren können auxetische Materialien beispielsweise für Seile und Netze, für Rohrabdichtungen und für Zahnseide verwendet werden.
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Polymerschäume mit auxetischen Eigenschaften können beispielsweise für komfortoptimierte Sitze verwendet werden, bei denen Personen - unabhängig von deren Gewicht - nicht mehr tief in ein Schaumstoffkissen einsinken. Auch auxetische Metallschäume sind möglich, für welche sich weitere Anwendungsmöglichkeiten ergeben.
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Durch eine Synthetisierung von Polymermolekülen mit auxetischen Eigenschaften können vollständig neue Materialien mit gezielt einstellbaren Eigenschaften hergestellt werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 schematisch ein Fahrzeug mit einem durch einen Sicherheitsgurt gesicherten Fahrzeuginsassen,
- 2 schematisch eine Wabe einer wabenartigen Struktur eines auxetischen Materials in einem entspannten Zustand,
- 3 schematisch die Wabe aus 2 bei einer auf sie wirkenden Zugbelastung,
- 4 schematisch eine wabenartige Struktur eines auxetischen Materials in einem entspannten Zustand,
- 5 schematisch die wabenartige Struktur aus 4 bei einer auf sie wirkenden Zugbelastung,
- 6 schematisch eine dehnbare Faser als Kern eines Garns eines auxetischen Materials,
- 7 ein Garn zur Ausbildung eines auxetischen Materials, welches eine dehnbare Faser als Kern des Garns aufweist, die mit einer weiteren Faser umwickelt ist, in einem entspannten Zustand,
- 8 schematisch das Garn aus 7 bei einer auf es wirkenden Zugbelastung,
- 9 schematisch ein auxetisches Material aus einer Mehrzahl von Garnen gemäß 7 bei einer auf das auxetische Material wirkenden Zugbelastung, und
- 10 schematisch ein als ein Kettengewirk ausgebildetes auxetisches Material.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 1 mit einem Fahrzeuginsassen FI auf einem Fahrzeugsitz 2, welcher durch einen Sicherheitsgurt 3 gesichert ist. Um bei einer Kollision des Fahrzeugs 1 mit einem Hindernis eine optimierte Verteilung von durch ein Gurtband 4 des Sicherheitsgurtes 3 auf den Fahrzeuginsassen FI, insbesondere auf dessen Brustkorb, wirkenden Kräften zu erreichen, wodurch Verletzungen vermieden werden können oder zumindest das Risiko von Verletzungen und/oder eine Verletzungsschwere reduziert werden kann, ist es vorteilhaft, dass das Gurtband 4 eine möglichst große Breite B aufweist. Eine zu große Breite B des Gurtbandes 4 führt jedoch zu Komfortbeeinträchtigungen.
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Um einen möglichst großen Komfort für den Fahrzeuginsassen FI in einem normalen Fahrbetrieb und eine möglichst hohe Sicherheit in einem Kollisionsfall zu erreichen, ist das Gurtband 4 derart ausgebildet, dass es sich bei einer in Längsrichtung L des Gurtbandes 4 auf das Gurtband 4 einwirkenden Zugkraft Z verbreitert. Diese auf das Gurtband 4 einwirkende Zugkraft Z resultiert aus einer Gurtstraffung aufgrund einer unmittelbar bevorstehenden oder eingetretenen Kollision und/oder aus einer kollisionsbedingten Verlagerung des Fahrzeuginsassen Fl, welche mittels des Sicherheitsgurtes 3 unterbunden, verzögert oder gestoppt wird. Wie in 1 gezeigt, ist ein Ende des Gurtbandes 4 an einem Befestigungspunkt P, beispielsweise einer Fahrzeugkarosserie, befestigt und im Bereich des anderen Endes ist ein Gurtaufroller 5 vorgesehen, an welchem ein weiterer Auszug des Gurtbandes 4 in einem Kollisionsfall durch eine Auszugsbremse und/oder einen als Aufrollstraffer ausgebildeten Gurtstraffer blockiert wird und/oder mittels welchem das Gurtband 4 gestrafft wird. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise im Bereich eines Gurtschlosses 6 ein Gurtstraffer vorgesehen sein. Durch das Blockieren und vorteilhafterweise zusätzliche Straffen des Gurtbandes 4 und durch die kollisionsbedingte Insassenverlagerung wirken Kräfte auf das Gurtband 4 ein, woraus eine Zugkraft Z resultiert, die in Längsrichtung L, d. h. in Längenerstreckungsrichtung des Gurtbandes 4, auf das Gurtband 4 einwirkt, durch welche sich das Gurtband 4 verbreitert. Diese Zugkraft Z wirkt, bedingt durch die Umlenkung des Gurtbandes 4 im Bereich des Gurtschlosses 6 und im Bereich einer oberen Gurtführung 7, insbesondere auf einen Brustgurtbereich 4.1 und des Weiteren auf einen Beckengurtbereich 4.2 des Gurtbandes 4 ein, wodurch sich insbesondere diese beiden Gurtbereiche 4.1, 4.2 verbreitern, besonders vorteilhaft der Brustgurtbereich 4.1.
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Um die beschriebene Verbreiterung V, d. h. die Vergrößerung der Breite B des Gurtbandes 4, zu erreichen, ist das Gurtband 4 zumindest bereichsweise, zweckmäßigerweise im Wesentlichen vollständig, aus zumindest einem auxetischen Material M ausgebildet. Ein solches auxetisches Material M hat die Eigenschaft, sich bei einer Streckung quer zur Streckrichtung auszudehnen, d. h. es wird dicker. Das auxetische Material M ist daher charakterisiert durch eine negative Poissonzahl (Querkontraktionszahl). Normale Materialien werden, wenn sie auseinandergezogen werden, in der Mitte dünner, da sie sich mit der Zugrichtung weiten und quer zur Zugrichtung verengen. Im Gegensatz dazu werden auxetische Materialien M in der Mitte dicker, wenn an ihnen gezogen wird, da sie sich quer zur Zugrichtung weiten. Das Gurtband 4 ist hierzu zweckmäßigerweise derart zumindest bereichsweise, zweckmäßigerweise im Wesentlichen vollständig, aus dem zumindest einen auxetischen Material M ausgebildet, dass sich das Gurtband 4 bei einer in Längsrichtung L des Gurtbandes 4 auf das Gurtband 4 einwirkenden Zugkraft Z verbreitert, d. h. seine Breite B vergrößert sich. Des Weiteren kann sich beispielsweise auch eine Dicke des Gurtbandes 4 vergrößern. Dies ist beispielsweise abhängig von der Ausbildung des Gurtbandes 4, zum Beispiel abhängig von einer Struktur des auxetischen Materials M.
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Das Gurtband 4 ist zweckmäßigerweise derart zumindest bereichsweise, zweckmäßigerweise im Wesentlichen vollständig, aus dem zumindest einen auxetischen Material M ausgebildet, dass es nach der Zugrafteinwirkung in Längsrichtung L des Gurtbandes 4 und der daraus resultierenden Verbreiterung V des Gurtbandes 4, zumindest wenn die Zugkrafteinwirkung einen vorgegebenen Maximalwert nicht überschritten hat, bei einem darauf folgenden Nachlassen oder Wegfall der Zugkrafteinwirkung im Wesentlichen in seinen Ausgangszustand zurückkehrt, d. h. insbesondere im Wesentlichen wieder seine ursprüngliche Breite B einnimmt. Dadurch wird das Gurtband 4 insbesondere bei Kollisionen des Fahrzeugs 1, welche eine geringe Kollisionsschwere aufweisen, nicht geschädigt und muss danach nicht ausgetauscht werden, sondern ist weiterhin einsatzbereit.
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Es kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass nur Teilbereiche des Gurtbandes 4 aus dem zumindest einen auxetischen Material M ausgebildet sind, beispielsweise Teilbereiche, welche im an den Fahrzeuginsassen FI angelegten Zustand des Sicherheitsgurtes 3 den Brustgurtbereich 4.1 und/oder den Beckengurtbereich 4.2 bilden, so dass sich gezielt einzelne Teilbereiche des Gurtbandes 4, d. h. beispielsweise der Brustgurtbereich 4.1 und/oder den Beckengurtbereich 4.2, verbreitern und andere Teilbereiche nicht, um zum Beispiel eine Führung des Gurtbandes 4 im Gurtaufroller 5 und/oder Gurtschloss 6 und/oder in der oberen Gurtführung 7 nicht durch ein im Kollisionsfall breiteres Gurtband 4 zu behindern.
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Das auxetische Material M ist zweckmäßigerweise als ein auxetisches textiles Material und/oder als ein auxetisches Kunststoffmaterial und/oder als ein auxetisches Metallmaterial ausgebildet. Auch eine Kombination mehrerer auxetischer Materialien M zur Ausbildung des Gurtbandes 4 ist möglich. Des Weiteren ist auch eine Kombination eines auxetischen Materials M oder mehrerer auxetischer Materialien M mit einem anderen Material oder mehreren anderen Materialien zur Ausbildung des Gurtbandes 4 möglich. Beispielsweise können bekannte Herstellungsverfahren der Textilindustrie, zum Beispiel Weben oder Wirken, zur Herstellung des Gurtbandes 4 genutzt werden, wobei auxetische Fäden und/oder Fasern verarbeitet werden. Derartige auxetische Fäden oder Fasern sind beispielsweise als synthetisierte auxetische Polymere ausgebildet, d. h. beispielsweise jeweils als ein synthetisiertes auxetisches Polymer ausgebildet.
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Alternativ oder zusätzlich kann das Gurtband 4 unter Verwendung herkömmlicher Fäden und/oder Fasern und/oder Materialien ausgebildet werden, welche selbst keine auxetischen Eigenschaften aufweisen, wobei das auxetische Material M, d. h. die auxetische Eigenschaft des derart hergestellten auxetischen Materials M und somit des Gurtbandes 4, dann durch eine jeweilige auxetische Konstruktion erreicht wird. D. h. die herkömmlichen Fäden und/oder Fasern und/oder Materialien werden derart verarbeitet, dass eine auxetische Struktur ausgebildet wird. D. h. es werden vorteilhafterweise konventionelle Materialien verwendet, die selbst keine auxetischen Eigenschaften aufweisen, wobei diese konventionellen Materialien zu einer Struktur mit auxetischen Eigenschaften verarbeitet werden. Für derartige auxetische Strukturen gibt es in der Natur keine Vorbilder, d. h. sie sind speziell entwickelt, um die auxetischen Eigenschaften aufzuweisen. Auxetische Strukturen können somit aus herkömmlichen Materialien mit konventionellen Produktionsverfahren hergestellt werden. Dadurch können Eigenschaften, beispielsweise Dichte, Steifigkeit, Festigkeit, Duktilität und/oder Zähigkeit, gezielt beeinflusst werden.
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Vorteilhafterweise weist das auxetische Material M eine in den 2 bis 5 beispielhaft dargestellte wabenartige Struktur 8 auf, zweckmäßigerweise mit vielen Zwischenräumen. Dies kann beispielsweise durch die beiden oben beschriebenen Alternativen zur Herstellung des auxetischen Materials M erreicht werden. D. h. beispielsweise weisen Grundelemente, beispielsweise Fäden und/oder Fasern, des auxetischen Materials M bereits auxetische Eigenschaften und somit eine derartige wabenartige Struktur 8 auf, oder das auxetische Material M wird durch die Verarbeitung herkömmlicher Grundkomponenten, beispielsweise Fäden und/oder Fasern, erzeugt, wobei die wabenartige Struktur 8 durch diese Verarbeitung erzeugt wird.
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Die wabenartige Struktur 8 ist zweckmäßigerweise derart angeordnet, dass sich das Gurtband 4 bei einer in Längsrichtung L des Gurtbandes 4 auf das Gurtband 4 einwirkenden Zugkraft Z verbreitert. D. h. der wabenartige Aufbau mit vielen Zwischenräumen des auxetischen Materials M ist im Gurtband 4 derart angeordnet und ausgerichtet, dass bei einer mechanischen Einwirkung, d. h. bei einer Zugkrafteinwirkung, in Längsrichtung L des Gurtbandes 4 sich das Gurtband 4 insbesondere verbreitert und bevorzugt im Wesentlichen nicht verlängert. Somit wird das Gurtband 4 bevorzugt bei einer Gurtstraffung, insbesondere aufgrund einer Kollision oder einer unmittelbar bevorstehenden Kollision, und/oder bei einer durch eine Kollision auf das Gurtband 4 wirkenden Fahrzeuginsassenverlagerung verbreitert.
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2 zeigt eine Wabe 9 der wabenartigen Struktur 8 in einem Ausgangszustand. Durch gestrichelte Linien GL sind die wesentlichen Abmessungen dieser Wabe 9 dargestellt. In 2 ist das Verhalten der Wabe 9 bei einer auf sie einwirkenden Zugkraft Z in Längsrichtung L, hier nach oben und unten, dargestellt. Die Wabe 9 verlängert sich und insbesondere verbreitert sie sich dadurch, d. h. Seitenwände der Wabe 9 werden nach außen gezogen, wodurch eine Verbreiterung V der Wabe 9, hier nach links und rechts, erreicht wird, wie in 3 gezeigt. Bei einer einzelnen Wabe 9 ist dieser Verbreiterungseffekt gering. Durch eine entsprechende Ausbildung der wabenartigen Struktur 8, d. h. durch eine entsprechende Anordnung mehrerer Waben 9 zueinander, wird dieser Verbreiterungseffekt bei dem auxetischen Material M mit einer solchen wabenartigen Struktur 8 erheblich verstärkt, wie in den 4 und 5 gezeigt. 4 zeigt die wabenartige Struktur 8 aus mehreren Waben 9 im Ausgangszustand. Die Waben 9 sind in mehreren Zeilen und Spalten angeordnet, wobei benachbarte Spalten um eine halbe Wabenlänge zueinander versetzt sind. Dadurch sind Querkantenbereiche von Waben 9 in eingebuchteten Längskantenbereichen benachbarter Waben 9 positioniert. 5 zeigt den daraus resultierenden Effekt des derart ausgebildeten auxetischen Materials M bei einer darauf einwirkenden Zugkraft Z in Längsrichtung L, hier nach oben und unten. Es erfolgt eine erhebliche Verbreiterung V des auxetischen Materials M, hier nach links und rechts. Der Unterschied in der Länge und insbesondere in der Breite B des auxetischen Materials M ist anhand der gestrichelten Linien GL in den 4 und 5 ersichtlich, welche jeweils die ursprüngliche Ausdehnung des auxetischen Materials M in seinem Ausgangszustand zeigen.
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Bei den in den 2 bis 5 gezeigten wabenartigen Strukturen 8 kann die Zugkraft Z auch alternativ zur hier gezeigten Richtung erfolgen, d. h. in Richtung der hier gezeigten Verbreiterung V, wodurch dann die Verbreiterung V in Richtung der hier gezeigten Zugkraft Z erfolgen würde. Die hier dargestellte wabenartige Struktur 8 lässt diese beiden Richtungen für die Zugkraft Z und die daraus resultierende Verbreiterung V zu, da in beiden Fällen aus der Zugkrafteinwirkung die Verbreiterung V resultiert. In welche Richtung die Zugkrafteinwirkung auf die wabenartige Struktur 8 erfolgt, ist daher bei dem Gurtband 4 abhängig von der Ausrichtung der wabenartigen Struktur 8 in Bezug zur Längsrichtung L des Gurtbandes 4.
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Vorteilhafterweise, insbesondere alternativ oder zusätzlich zur oben beschriebenen wabenartigen Struktur 8, ist das auxetische Material M aus zumindest einem Garn 10 ausgebildet, welches zumindest eine in 6 gezeigte dehnbare, d. h. zweckmäßigerweise elastische, Faser 11 als Kern des Garns 10 aufweist, die mit zumindest einer weiteren Faser 12 umwickelt ist, wie in 7 gezeigt. Die zumindest eine weitere Faser 12 ist zweckmäßigerweise derart ausgebildet, weist insbesondere eine derart hohe Steifigkeit auf, dass sie sich bei einer in Faserlängsrichtung auf sie einwirkenden Zugkraft Z gerade ausrichtet, wie in 8 gezeigt, d. h. sie wird gestrafft.
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Durch eine Zugkrafteinwirkung auf die weitere Faser 12 und das daraus resultierende gerade Ausrichten der weiteren Faser 12 drückt die weitere Faser 12, da sie um die den Kern bildenden dehnbaren Faser 11 zweckmäßigerweise schraubengewindeförmig herumgewickelt ist, die den Kern bildende dehnbare Faser 11 nach außen, d. h. die dehnbare Faser 11 dehnt sich dadurch seitlich aus. Daraus resultiert somit eine Dickenvergrößerung, d. h. eine Vergrößerung eines Garndurchmessers D und somit eine Verbreiterung V, des Garns 10, wie im Vergleich zwischen 7 und 8 ersichtlich.
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In welchem Ausmaß dieser auxetische Effekt auftritt, wird beispielsweise durch einen Winkel, in welchem die weitere Faser 12 um die den Kern bildende dehnbare Faser 11 gewickelt ist, d. h. durch den Steigungswinkel, und/oder durch eine relative Steifigkeit und/oder einen Durchmesser der Fasern 11, 12, insbesondere der den Kern bildenden dehnbaren Faser 11, bestimmt. Um diesen Effekt für die Verbreiterung V des Gutbandes 4 zu nutzen, sind die Fasern 11, 12 zweckmäßigerweise im Wesentlichen in Längsrichtung L des Gurtbandes 4 ausgerichtet, wobei die weiteren Fasern 12 im Ausgangszustand schraubenförmig in diese Längsrichtung L verlaufen. Durch die Einwirkung der Zugkraft Z in Längsrichtung L auf das Gurtband 4 wirkt die Zugkraft Z dann auf die weiteren Fasern 12, wodurch sich diese straffen und gerade ausrichten und dadurch die jeweilige dehnbare Faser 11 seitlich verdrängen. Dadurch wird die Breite B des auxetischen Materials M und somit des Gurtbandes 4 vergrößert. 9 zeigt das auxetische Material M aus einer Mehrzahl solcher Garne 10, wobei hier bereits die Zugkraft Z einwirkt, wodurch die weiteren Fasern 12 gestrafft und dadurch gerade ausgerichtet sind. Dadurch sind die dehnbaren Fasern 11 seitlich verdrängt, wodurch das auxetische Material M verbreitert ist. Die Fasern 11, 12 können hier als herkömmliche Fasern 11, 12 ausgebildet sein, d. h. als Fasern 11, 12, welche selbst keine auxetischen Eigenschaften aufweisen, denn die auxetischen Eigenschaften resultieren hier aus der beschriebenen Kombination und Anordnung der beiden Fasern 11, 12.
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10 zeigt ein als Kettengewirk ausgebildetes auxetisches Material M. Dabei ist, um die auxetische Eigenschaft zu erreichen, zweckmäßigerweise ein elastisches, insbesondere ein hoch elastisches, Garn in eine Basis des Kettengewirks eingebaut. Dadurch wird erreicht, dass bei einer auf eine Zugkrafteinwirkung folgenden Zugentlastung eine durch das Kettengewirk ausgebildete jeweilige Zelle wieder in ihre Ausgangsform zurückkehrt. Derartige Kettengewirke können beispielsweise im Wesentlichen mittels herkömmlicher Herstellungsverfahren, d. h. insbesondere durch Kettenwirken, hergestellt werden. Kettengewirke sind Flächengebilde, die wegen ihrer formschlüssigen Verbindung der Fäden und/oder Fasern gut dehnbar sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Fahrzeugsitz
- 3
- Sicherheitsgurt
- 4
- Gurtband
- 4.1
- Brustgurtbereich
- 4.2
- Beckengurtbereich
- 5
- Gurtaufroller
- 6
- Gurtschloss
- 7
- Gurtführung
- 8
- wabenartige Struktur
- 9
- Wabe
- 10
- Garn
- 11
- dehnbare Faser
- 12
- weitere Faser
- B
- Breite
- D
- Garndurchmesser
- FI
- Fahrzeuginsasse
- GL
- getrichelte Linie
- L
- Längsrichtung
- M
- auxetisches Material
- P
- Befestigungspunkt
- V
- Verbreiterung
- Z
- Zugkraft
