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Plastisch verformbares Dämpfungsglied an Sicherheitsgurten für Fahrzeuge
Die Erfindung betrifft ein plastisch verformbares Dämpfungsglied an Sicherheitsgurten
für Fahrzeuge.
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Sicherheitsgurte, welche bei Kraftfahrzeugen oder beispiels" weise
Luftfahrzeugen Verwendung finden, werden bei einem Unfall durch die kinetische Energie
der angeschnallten Person plastisch und elastisch verformt. Die elastische Dehnung
eines Sicherheitsgurtes ist unerwünscht, da sie ein Zurückschleudern der'angeschnallten
Person nach einer Dehnung des Gurtes zur Folge hat, wobei schwere Verletzungen entstehen
können, und zwar insbesondere ein Bruch des Genicks beim Zurückschleudern des Kopfes.
_ Der plastischen Verformung eines Gurtes, die wünschenswerter als die elastische
Verformung ist, da sie den Stoß beim Unfall dämpft, sind jedoch durch die Beschaffenheit
des Gurtbandes enge Grenzen gesetzt. Bei-einer begrenzten plastischen Dehnung eines
Gurtes entsteht als Abschluß der Dehnung ein starker Ruck, der ebenfalls Verletzungen
des Fahrgastes hervorrufren =kann.. 'Um diesen Ruck zu dämpfen, ist es bekannt,
den Gurt
an einem soge:nannten Streckglied zu befestigen bzw. zu
verankern. Ein solches bekanntes Streckglied besteht beispielsweise aus einem am
Fahrzeugboden verankerten Metallbügel, dessen Schenkel mit mehreren Abkröpfungen
versehen bzw. schlangenlinienförmig ausgebildet sind. Bei einer starken Zugbelastung
im Gurt werden diese .Abkröpfungen des Bügels ausgezogen. Der Bügel streckt bzw.
verlängert sich dadurch und mit der --hierfür erforderlichen Verformungsarbeit wird
die kinetische Energie der angeschnallten Person bei einem Unfall zum Teil vernichtet.
Von Nachteil ist jedoch:, daß nach einem Ausziehen, d.h. Strecken des Stahlbügels;
ebenfalls ein heftiger Ruck im Gurt entsteht.
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Stellt man die Dehnung des Sicherheitegartes mit seiner Verankerung
graphisch als eine Kurve dar, und zwar in einem Kraft-Weg-Diagramm, bei dem auf
der Abszisse der Weg (S ),und auf der Ordinate die angreifende Zugkraft (P) aufgetragen
sind, so verändern die bekannten Streckglieder lediglich die Steilheit der annähernd
linearen Dehnungslarve, so daB -eine vorgegebene, für die angeschnallte Person gerade
noch verträgliche Höchstkraft (pl) nach einer mehr oder weniger kurzen Dehnung (S,)
erreicht wird und eine weitere Dehnung des Gurtes
| nur durch eine erhöhte Kraftmöglich ist, welche bereits -zu- |
| Verletzungen führen kann- Es läßt sich dadurch also nur ein |
| geringew !Anteil der kinetischen Energie vernichten bei einer |
| Belastung F welche für eine angeschnallte Person noch ver- |
| träglIch ist. D.e :bei den bekam@nt@em ttefür °die Veeiuchtumg |
weiterer kinetischer Energie erforderliche Kraft ist hingegen
so groß, daß sie für den Fahrgast unverträglich ist und zu schweren Verletzungen
führt. Die bekannten Streckglieder sind deshalb nur geeignet einen Stoß zu dämpfen,
wie er beispiels-
weise bei einem Auffahrunfall mit einer Geschwindigkeit
von 50 gm/Std. eintritt.
Hit ihnen läßt sich jedoch nicht die kinetische
Energie vernichten, die beispielsweise bei einem Unfall mit einer Geschwindigkeit
von s6ü km/Std. eintritt, ohne daB der Fahrgast der Gefahr schwerer Verletzungen
ausge-
setzt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Dämpfungsglied
zu schaffen, welches so ausgebildet ist, daß mit ihm auch
eine
größere kinetische Energie vernichtet werden kann, ohne daß hierdurch in dem Gurt
eine Zugkraft auftritt, welche schwere körperliche Schäden bzw. Verletzungen des
Fahrgastes hervorrufen würde. Geidäß der Erfindung Wird diese Aufgabe darin gelöst,
daß das Dämpfungsglied ein durch einen am Fahrzeug befestigten Widerlagerkörper
geführtes Metallband ist, das bei einem Zug im Sicherheitsgurt zur Vernichtung der
kinetischen Energie unter fortlaufender Verformung durch den Widerlagerkörper aus
diesem herausziehbar ist. Bei dieser Ausbildung des Dämpfungsgliedes besteht die
Möglichkeit, eine Kennlinie zu erhalten, nach welcher die Vernichtung einer größeren
kinetischen Energie erfolgt, ohne daß eine für die Gesundheit des Fahrgastes gefährliche
Kraft in dem Gurt hervorgerufen wird. Insbesondere ist es möglich, eine Kennlinie
zu erhalten, die nicht durchgehend linear ansteigt, sondern nach Erreichen ein-r
Kraft P2 von vorgegebener Grösse in einen
horizontalen oder fallenden
Verlauf übergeht, so daß eine größere kinetische Energie vernichtet wird, ohne daß
der Sicherheitsgurt und damit die angeschnallte Person übermäßig beansprucht wird.
Diese Möglichkeit ist insbesondere dadurch gegeben, daß das. Dämpfungsglied einen
über seine hänge sich verändernden Querschnitt aufweist. Durch diese Maßnahme ist
z man in der Läge, jede beliebige Form der Kennlinie eines Dämpfungsgliedes, d.h.
beispielsweise eine fortlaufende Vernichtung der kinetischen Energie durch Dehnung
des Dämpfungsgliedes bei einer bereits geringen Kraft P oder eine stärker oder schwächer
werdende Dehnung bei einer gleichbleibenden Kraft P , zu erhalten..
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Weiterhin besteht dadurch, daß an den Enden eines Zwei- oder
Mehrpunkteicherheitsgurtes Dämpfungsglieder von unterschiedlicher Dehnungsfähigkeit
angeordnet sind, die Möglichkeit, die angeschnallte Person durch eine ungleichmäßige
Dehnung der Enden des Sicherheitsgurtes beim Vorwärtsschnellen während eines Unfalls
seitlich aas der Fahrtrichtung herauazulenken. Beispielsweise wird die angeschnallte
Person durch eine stärkere Dehnung an einem rechts liegenden Ende ihres Gurtes als
an dem links liegenden Ende bei einem Auffahrunfall während des Vorwärteschleuderns
nach links abgelenkt und damit aus dem Bereich der besonders gefährlichen Lenks#ule
herausgelenkt. Die Erfindung und weitere besonders zweckmäßige Merkmale derselben
sind nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf eine Zeichnung
erläutert.
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In der Zeichnung zeigen: _ _" .t
Fig. 1: Kennlinien
von Dämpfungsgliedern nach der Erfindung in einem Kraft-Weg-Diagramm, Fig. 2: -ein.
bandförmiges Dämpfungsglied, das um einen Widerlagerkörper geschlungen ist, im hängsschnitt,
Fig. 3: die Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 2, Fig. 4: ein bandförmiges Dämpfungsglied
mit abnehmender Breite in der Draufsicht, Fig. 5: ein bandförmiges Dämpfungeglied
mit einem Widerlagerkörper, der mit einer Sicke' versehen ist, Fig. 6: die Draufsicht
auf die Anordnung nach Pig: 5, Figo 7: ein Dämpfungsglied mit schlüsaellochförmiger
Öffnung und Widerlager Fig: 8: Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 7, Fig. 9:
ein stabförmiges Dämpfungsglied, das um einen Widerlagerkörper gewickelt ist, Figö10:.
ein Dämpfungsglied mit Widerlager, welches Bestandteil eines Gurtaufrollers ist,
Figö11: die Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 10, und Fig. 1_2: einen 3-Punkt-Sicherheitsgurt
mit verschiedenartigen Dämpfungsgliedern in perspektivischer Darstellung.
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In der Fig. 1 sind Kennlinien K1, K2 und K3 von drei verschiedenen
Dämpfungsgliedern in einem Koordinatensystem dargestellt, bei welchem auf der Abszisse
S der Weg bzw. die Dehnung eines Gurtes mit Dämpfungsglied in cm und auf der Ordinate
die Zugkraft P, mit welcher der Gurt und damit auch die Fahrgäste belastet werden,
in, kg eingetragen sind.
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In diesem Diagramm entspricht die strichpunktierte Kennlinie K1
derjenigen
eines bekannten Streckgliedes. Diese Kennlinie K, steigt linear an, d.h.. mit zunehmender
Dehnung 9 steigt die Kraft P proportional an. Ist bei diesem Streckglied
eine Dehnung S, erreicht, so beträgt die Zugkraft im Gurt F,. Die Vernichtung an
kinetischer Energie entspricht bei dieser Belastung dem Inhalt der beiden Dreiecke
F1/1 und F1/2. Diejenige kinetische Energie, welche dem Inhalt der Fläche 22 entspricht,
wird wieder frei, denn die Fläche 72 entspricht der durch elastische Verformung
verbrauchten Energie, die bei einem Zusammenziehen des Gurtes vom Maß S,
auf 3 3 wieder abgegeben wird, während die Flächen F11 und F112 die durch
eine plastische Verformung vernichtete Energie darstellen, welche durch die Verformung
endgültig vernichtet wird.
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Wird unterstellt, daß die Größe 21 der Grenzwert der Zugkraft
im Gurt ist, die für eine angeschnallte Person noch verträglich ist, so würde bei
einer größeren zu vernichtenden kinetischen Energie als Fi das Streckglied mit einer
Kennlinie Ki sich zwar weiter, d.h. über S, hinaus recken, jedoch unter gleichzeitiger
Überschreitung des Grenzwertes,Pl. Dehnt sich das Streckglied bis S4, so wird ein
starker Ruck hervorgerufen, da sich das Streckglied nicht weiter strecken kann.
Es tritt dann keine weitere Dämpfung ein und eine Vernichtung weiterer kinetischer
Energie ist nur durch so hohe Kräfte P möglich; welche für den Fahrgast tödlich
sind.
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Die Dämpfungsglieder gemäß der Erfindung besitzen demgeg"über Kennlinien
entsprechend K2, K3 Agier andere $ennlpien, welche
die Horizontale
durch den @Jert F1 nicht erreichen. Bei einem Dämpfungsglied nach der Erfindung
verläuft die ausgezogen wiedergegebene Kennlinie K2 zunächst linear ansteigend
und geht bei erreichen einer Zugkraft 22 in einen waagerechten Verlauf über. Das
hat zur Folge, daß bei Vernichtung einer kinetischen Energie in der Größe von F1/2
und F3 und damit einer größeren kinetischen Energie als F1/2 und F1/1 nur eine geringere
Zugkraft P2 in dem Gurt auftritt als bei dem bekannten Streckglied mit der Kennlinie
K1.
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Für die Praxis bedeutet dies, daß bei Vernichtung einer größeren kinetischen
Energie eine geringere Belastung der angeschnallten Person eintritt. Hinzu kommt,
daß die Fläche F4, welche die elastische Dehnung und damit das Ausmaß des Rückstosses
wiedergibt, kleiner ist als F2, obwohl die vernichtete kinetische Energie größer
ist, so daß auch der Rückstoßeffekt trotz Vernichtung einer größeren kinetischen
Energie geringer ist als bei einem bekannten Streckglied mit der Kennlinie K1. Die
Größe P2 und damit die Spitzenbelastung des Fahrgastes läßt sich gemäß der Erfindung
genau vorher bestimmen durch die Wahl des Querschnittes vom Dämpfungsdlied. Dieser
Querschnitt kann nach der Erfindung über die Länge des Dämpfungsgliedes unterschiedlich
sein.
Weist das Dämpfungsglied einen fortlaufend abnehmenden Querschnitt
auf, so ist durch die fortlaufende Dehrun,.; des Gurtes eine fortlaulend abnehmende
Kraft erforderlich und es ergibt sich eine Kennlinie des Dämpfungsgliedes entsprechend
K3 in Fig. 1, d.h. eine zun-chst ansteigende und
| X e@=i:ii:lie. So ,.__@ @-n :::@t er |
Kennlinie gemäß K3 als auch K2 hat den Vorteil, daß nicht nur die
Spitzenbelastung der angeschnallten Person, sondern auch der Beschläge für den Sicherheitsgurt
bzw. Verankerung des Sicherheitsgurtes sowie der Gürtschlösser nicht so hoch ist
wie bei bekannten Ausführungen.. Dadurch wird die Funktionssicherheit der Gurte
wesentlich verbessert, da ein Bruch t oder Reissen dieser Teile auch bei Unfällen
mit höheren Geschwindigkeiten nicht befürchtet zu werden braucht: Die verschiedenen
Ausführungsformen von Dämpfungsgliedern und ihrer Widerlager sind nachstehend unter
Bezugnahme auf die Figuren 2 bis 12 beschrieben.
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In den Fig. 2 und 3 ist ein bandförmiges Dämpfungsglied 1 gezeigt,
welches aus einem Stahl besteht und über seine volle Dänge von gleichem Querschnitt
ist. Das Dämpfungsglied 1 ist an seinem einen Ende mit einer Öse 2 versehen, um
welche die Schlaufe 3 eines Sicherheitsgurtes 4 gelegt ist. Das Band 1 ist um ein
bolzenförmiges Widerlager 5 geschlungen und mit seinem freien Endabschnitt parallel
zu der Öse 2 aus dem Widerlagerkörper herausgeführt. Der Widerlagerbolzen 5 ist
in einer Verankerung 6 gehalten, welche mit einer Schraube ? beispielsweise am Seitenpfosten
eines Fahrzeuges verankert ist.
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Wird bei der Ausführung nach den Fign. 2 und 3 auf den Gurt 4 beispielsweise
bei einem Unfall ein stärkerer Zug ausgeübt, so wird das Stahlband 1 um den Bolzen
5 herumgezogen, wobei eine fortlaufende Verformung des Bandes 1 stattfindet, da
anderenfalls nicht eine Dehnung des Gurtes erfolgen kann,
welche
der Vernichtung der kinetischen Energie entspricht. Die Breite des Bandes 1 und
sein Material sowie der Durchmesser des Bolzens 5 sind so gewählt, daß ein Herausziehen
des Bandes 1 unter ständiger Verformung bei einer Zugkraft von der Stärke P2 in
dem Gurt 4 stattfindet. Es ergibt sich dabei eine Kennlinie für das Dämpfungsglied
1 entsprechend der Linie K2 in Fig. 1.
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In der Fig. 4 ist ein bandförmiges Dämpfungsglied 1' gezeigt, das
in seiner Breite fortlaufend abnimmt. Zur Verformung eines derartigen Dämpfungsgliedes
ist mit fortlaufender Dehnung eine geringer werdende Kraft erforderlich. Ein solohes
Dämpfungsglied 1' besitzt eine Kennlinie gemäß K3 der Fig. 1.
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Die Fign. 5 und 6 zeigen ein bandförmiges Dämpfungsglied 11 mit einer
Öse 12, welches in einem blockförmigen Widerlagerkörper 15 gehalten ist. Der Widerlagerkörper
15 ist mit einem Führungsschlitz 16 versehen, der eine Sicke 17 besitzt. Bei einem
Zug in dem Gurt 14 wird das Dämpfungsglied 11 durch den Widerlagerkörper 15 unter
fortlaufender Verformung infolge der Sicke 17 hindurchgezogen. Da, wie aus Fig.
6 ersichtlich, die Breite des Dämpfungsgliedes 11 fortlaufend zunimmt, ist zum weiteren
Ausziehen des Dämpfungsgliedes 11 fortlaufend eine höhere Kraft aufzuwenden. Ein
solches Dämpfungsglied besitzt demzufolge eine Kennlinie, die fortlaufend, jedoch
nur geringfügig ansteigt.
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Die Anordnung nach den Fign. 7 und 8 besitzt ein plattenförmiges Dämpfungsglied
21 mit einer Öse 22, in welcher der
Gurt 24 mit einer Schlaufe
23 gehalten ist. In der Platte 21 ist ein schlüssellochförmiger Schlitz 26 vorgesehen.
An einem Ende ist als Widerlagerkörper 25 ein ortofester Schraubenbolzen
27 durchgesteckt. Von diesem ausgehend verjüngt sich der Führungsschlitz 26. Demzufolge
muB bei einem Zug im Gurt 24 für eine fortlaufende Dehnung eine in ihrer Größe ansteigende
Kraft aufgewandt werden. Dieses Iämpfungsglied 21 besitzt daher eine Kennlinie,
die etwa derjenigen einer Anordnung nach den Fign. 5 und 6 entspricht.
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Das Dämpfungsglied gemäß Fig. 9 besteht aus einem Draht 41, welcher
durch das loch eines Beschlags 42 eines Sicherheitsgurtes gezogen ist. Der
Draht 41 ist mit seinem freien Ende um eine Buchse 43 gewickelt, welche auf einem
ortsfesten Schraubenbolzen 45 drehbar gelagert ist. Der Schraubenbolzen 45 ist mit
einer Halterung 46 versehen, die als Führung für den Draht 41 wirksam ist. Bei einem
stärkeren Zug in dem Gurt bzw. Draht 41 findet eine Abwicklung um den Bolzen 45
statt unter Drehung der Buchse 43, so daß eine Gleitreibung vermieden wird. Für
diese Abwicklung ist eine Verformungsarbeit zu leisten, die der Vernichtung kinetischer
Energie bei einem Unfall entspricht.
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In den Fign. 10 und 11 ist. ein selbsttätiger, an sich bekannter,
Gurtaufroller 39 für einen Gurt 34 gezeigt, welcher an einem Ende an seiner
Außenseite mit einem Widerlagerzapfen 35 versehen ist sowie zwei Führungsstiften
37 und 38, zwischen denen ein bandförmiges Dämpfungsglied verläuft. Das Dämpfungsglied
ist
mit seinem Ende 31' in einen Schlitz des Zapfens 35 gehalten und wird bei
einem stärkeren Zug in dem vom Gurtaufroller 39 abgerollten Ggrt 34 auf den Zapfen
35 aufge-wickelt, wobei infolge der gleichmäßigen Beschaffenheit bzw. des
gleichbleibenden Querschnittes des Dämpfungsgliedes 31 über seine volle hänge
eine Kennlinie vorliegt, welche derjenigen von K2 nach Fig. 1 entspricht.
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In der Fig. 12 ist der Vordersitz eines Kraftfahrzeuges mit einem
Dreipunkt-Sicherheitsgurt wiedergegeben, bei dem der Dreipunkt-Sicherheitsgurt
aus einem Hüftgurt 51 und einem Schultergurt 51' besteht. Der Hüftgurt 51
ist an den Stellen B und C am Boden des Fahrzeuges verankert und der Schultergurt
51' im Punkt A am Seitenpfosten des Fahrzeuges. Die Beschaffenheit
der in den Punkten 1, B und C vorhandenen Dämpfungsglieder ist der Deutlichkeit
wegen im einzelnen nicht gezeigt. Es handelt sich hier jedoch um Dämpfungaglieder
von unterschiedlicher Beschaffenheit, und zwar kann gemäß der Erfindung im
Punkt B ein Dämpfungeglied angebracht sein, welches sich bereits bei einer
geringeren Kraft P dehnt als das Dämpfungsglied im Punkt C, so daß bei einem Unfall
der nach vorn schleudernde Fahrgast nach rechts aus der Fahrzeugrichtung
heraus gedreht wird.