DE1755464C2 - Energieabsorber für Sicherheitsgurte oder Sitze von Fahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Energieabsorber für Sicherheitsgurte oder Sitze von Fahrzeugen mit einer an einem Halter drehbar gelagerten Trommel, auf der ein biegsames Element aufgewickelt ist, und mit einer mit der Trommel verbundenen Reibungsbremse,

Bei einem bekannten Energieabsorber dieser Art (US-PS 31 78 225) ist das an der Trommel angreifende, Von der Reibungsbremse erzeugte Bremsmoment abhängig von der Geschwindigkeit, mit der ein auf die Trommel aufgewickeltes Gurtband abgezogen wird, Bis zu einer Vorgegebenen Abzugsgeschwindigkeit ist das Bremsmoment sehr gering. Beim Erreichen der vorgegebenen Abzugsgeschwindigkeit steigt es sprungartig auf einen ebenfalls festgelegten Wert an und erhöht sich dann mit zunehmender Gurtabzugsgeschwindigkeit überproportional. Erreicht wird dies durch ein Zylinder-Kolben-Aggregat, dessen Kolben sich bei einer Drehung der Trommel im Zylinder verschiebt und auf die Reibungsbremse eine Betätigungskraft ausübt, die proportional dem Druck ist, nnter dem eine im Zylinderraum bermdliche Flüssigkeit steht Ventile gestatten bis zu der vorgegebenen Abzugsgeschwindigkeit einen nahezu ungehinderten Austritt der Flüssigkeit aus dem Zylinderraum, wodurch bis zu dieser Abzugsgeschwindigkeit kein nennenswerter Druck im Zylinderraum aufgebaut werden kann. Beim Erreichen der vorgegebenen Abzugsgeschwindigkeit wird die Austrittsöffnung für die Flüssigkeit sprungartig auf einen geringen Wert vermindert Dies hat den sprungartigen Anstieg der Betätigungskraft und damit des Bremsmomentes sowie bei einer weiteren Erhöhung der Gurtabzugsgeschwindigkeit einen überproportional ansteigenden Druck im Zylinderraum mit einer entsprechenden Erhöhung des Bremsmomentes zur Folge. Die Sicherheit, die ein derartiger Energieabsorber bietet ist nicht größer als bei Verwendung eines an seinen Enden fest mit dem Fahrzeug verbundenen Gurtes. Wird nämlich das nach dem sprungartigen Anstieg erreichte Bremsmoment so groß gewählt, daß die Gurtabzugskraft nahe an die gerade noch erträgliehe Belastung der angeschnallten Person heranführt, dann muß bei einem Unfall mit lebensgefährlichen Verletzungen gerechnet werden, da während des Unfalls kurzzeitig Verzögerungsspitzenwerte auftreten, weiche weit über dem noch erträglichen Grenzwert liegen. Selbst wenn man die relativ große Trägheit des hydraulischen Systems dieses vorbekannten Energieabsorbers außer Betracht lassen könnte, also davon ausgehen könnte, daß die Gurtabzugsgeschwindigkeit kurzzeitigen Verzögerungsspitzen folgen könnte und damit nur das bei stationären Werten der Gurtabzugsgeschwindigkeit wirksame Bremsmoment und nicht ein wesentlich höheres Bremsmoment der Reibungsbremse auftreten würde, würden Verzögerungswerte, die oberhalb der Erträglichkeitsgrenze liegen, wie bei einem Gurt ohne Energieabsorber zu einer die Erträglichkeitsgrenze überschreitenden Gurtkraft führen. Eine Einstellung des Bremsmomentes an der Sprungstelle derart, daß die Zulässigkeitsgrenze der Gurtkraft erst bei den Spitzenwerten der Verzögerung erreicht wird, hätte andererseits zur Folge, daß während der wesentlich unterhalb der Spitzenwerte liegenden Verzögerungswerte die Vorwärtsverlagerung der angeschnallten Person nur sehr wenig gebremst werden würde, so daß es in vielen Fällen zu einem Aufprall auf Fahrzeugteile und damit zu gefährlichen Verletzungen käme, die bei Verwendung eines Sicherheitsgurtes ohne Energieabsorber vermieden werden könnten.

Es ist auch bereits eine Vorrichtung vorgeschlagen worden (GB-PS 10 43 670), bei der das Gurtband auf einer Trommel aufgewickelt ist, an welcher das eine Ende eines Blechwickels befestigt ist, Beim Abziehen des Sicherheitsgurtes von der Trommel wird der Blechwickel auf die Trommel aufgewickelt. Hierbei nimmt der Blechwickel Arbeit auf, was zu einer

hl Bremswirkung beim Abziehen des Gurtes führt Die Arbeitsaufnahme ist jedoch im Vergleich zu der kinetischen Energie, welche die angeschnallte Person bei üblichen Fahrgeschwindigkeiten beinhaltet, so

gering, daß die Sicherheitserhöhung im Verhältnis zu starr befestigten Gurten nicht nennenswert ist

Weiterhin sind bereits Dämpfungsvorrichtungen bekannt (DE-AS 12 16 120, US-PS 32 17 838), bei denen entweder aus einem plastisch verformbaren Werkstoff bestehende Elemente in Reihe zwischen Sicherheitsgurt und Fahrzeug angeordnet sind oder Streckglieder aus gebogenen metallischen Forcnteilen verwendet werden. Diese Bauarten sind mit dem Nachteil behaftet, daß sie, bei für ein Fjirzeug erträglichen Dimensionen, ebenfalls nur einen Bruchteil der kinetischen Energie aufzunehmen im Stande sind, welche die zu schützende Person bei der Aufprallgeschwindigkeit beinhaltet Eine Person von 75 kg Gewicht beinhaltet bei einer Geschwindigkeit von 80 km/h eine kinetische Energie von etwa 1900 kpm. Die beim Abbremsen auf den Körper einwirkenden Kräfte sind abhängig von der Gurtcharakteristik, für die der Gesetzgeber in Deutschland z. Zt eine Mindestbruchlast von 1800 kp= 100 kpm vorschreibt Die bleibende Arbeitsaufnahme soll 60,5 der Gesamtarbeitsaufnahme betragen und die Vorwärtsveriagerung abhängig von der Gurtanorununj» ^20 bis 30 cm sein, und zwar bei einer Schlingenbelastung von 1800 kpm.

Es ist weiterhin bekannt (DE-AS 11 67 190), einen Sicherheitsgurt in der Art eines Flaschenzuges in drei überlappenden Lagen durch eine Schnalle zusammenzupressen, um dadurch eine Bremswirkung zu erzielen. Die Größe der Bremswirkung ist bei dieser Vorrichtung begrenzt durch die zulässige Flächenpressung des Gurtwerkstoffes. Der durch diese Vorrichtung umgewandelte Energieanteil ist dementsprechend gering. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der Gurtwerkstoff an der Stelle der hohen spezifischen Pressung unter der konvexen Schnalle im Laufe der Zeit stark eingeschnürt wird. Die Schnallenöffnung stellt sich bei Zugbeanspruchung, bedingt durch den Abstand der Gurte, quer zur Zugrichtung. Dadurch werden die Gurte an der eingeschnürten Stelle zusätzlich in kleinem Radius abgebogen, was bei dynamischer Belastung — die Stoßdauer beträgt bei Unfällen etwa "Vioo bis 'Vioo see — zur Selbsthemmung und zum Abreißen der Gurte führt.

Schließlich ist ein Energieabsorber für Sicherheitsgurte bekannt (US-PS 27 71 128), der einen zwischen zwei Bremsbacken hindurchziehbaren Keil aufweist Die Kraft, mit der die Bremsbacken an den Keil angedrückt werden, wird durch Explosionsgase, Druckluft oder eine Feder erzeugt. Nachteilig ist bei diebem Energieabsorber nicht nur das, insbesondere bei Verwendung einer Feder, ungünstige Verhältnis zwischen Energieabsorptionsvermögen und Platzbedarf, das bei dem geringen Raum, der üblicherweise in einem Kraftfahrzeug zur Verfügung steht, ein relativ geringes Absorptionsvermögen ergibt, sondern auch die während des Bremsvorganges ansteigende Bremskraft.

Auf einem völlig anderen Gebiet, nämlich demjenigen der Bremsvorrichtungen für Flugzeugschranken, ist es bekannt (AU-PS 4 13 040) als Bremse eine Lamellenbremse zu verwenden und die auf die Lamellen wirkende Andrückkraft während des Bremsvorganges zu erhöhen.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, einen Energieabsorber für Sicherheitsgurte oder Sitze von Fahrzeugen zu schaffen, der einen mittels eines Sicherheitsgurtes festgeschnallten Fahrzeugbenutzer vor lebensgefährlichen Verletzungen auch dann zu schützen vermag, wenn die? kinetische Energie, die der Körper des Fahrzeugbenutzers beinhaltet, wesentlich über demjenigen Wert liegt, bei dem mit den bekannten Vorrichtungen die Sicherheit des Fahrztugbenutzers gewährleistet werden kann. Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Energieabsorber, der die Merkmale des Anspruches 1 aufweist

Mit einer derartigen Bremse wird erreicht, daß eine Vorwärtsverlagerung des festgeschnallten Fahrzeugbenutzers infolge einer Verzögerung, wie sie beispielsweise bei einem Unfall auftreten kann, von Anfang an mit der maximal zulässigen Gurtkraft erfolgt, was eine optimale Verzögerung und eine maximale Energieaufnahme durch den Energieabsorber bedeutet Die erreichbare Energieaufnahme beträgt deshalb ein Vielfaches der Energieaufnahme der bekannten Sicherheitsgurte und Dämpfungseinrichtungen. Besonders vorteilhaft ist dabei, daß der Maximalwert der Vorwärtsverlagerung, den die zu schützende Person bei einer Verzögerung ausführen darf, an den zur Verfügung s'ehenden Abstand zwischen dieser Person in der normalen Sitzposition und den or ihr liegenden Fahrzeugteilen genau angepaßt wcrcicr kann, weil hierzu nur die Länge des biegsamen Elementes, das von der Trommel abgezogen wird, entsprechend gewählt zu werden braucht.

Nach dem Stand der Unfallforschung liegt die Erträglichkeitsgrenze für die Schlingenlast in Brusthöhe bei 900 kp und in Beckenhöhe bei 1800 kp bei erwachsenen Personen. Darüber hinausgehende Kräfte verursachen lebensgefährliche Verletzungen. Es ist bekannt, daß daß diese Kräfte von Verzögerungen in der Größenordnung von 30 g bis 40 g herrühren. Je nach Fahrzeugtyp und Stellung des Sitzes beträgt der Abstand des Fahrzeugbenutzers bis zu den vor ihr liegenden Fahrzeugteilen etwa 40 bis 70 cm. Das Produkt aus zulässiger Gesamtschlingenlast, multipliziert mit dem zur Verfügung stehenden Abstand, geben bei einer erwachsenen Person einen Energiebetrag von etwa 1100 kpm bis 1900 kpm, der vom Energieabsorber in Wärme umgewandelt wird. In Versuchsreihen wurde der Mittelwert der bleibenden Verformung beim Fron .dlaufprall von Fahrzeugen zu 38 cm bei 40 km/h, 50 cm bei 60 km/h und 70 cm bei 80 km/h Aufprallgeschwindigkeit ermittelt. Diese Angaben lassen den wesentlichen Fortschritt der Erfindung gegenüber dem Stande der Technik erkennen, da z. ß. bei einer Aufprallgeschwindigkeit von 80 km/h die Insassenverzögerung auf die Hälfte reduziert werden kann.

Ein sehr wesentlicher Vorteil besteht auch darin, daß Verzögerunpswertf., die über dem zu einem Abziehen des biegsamen Elementes von der Trommel führenden Wert liegen, nur zu einer erhöhten Abzugsgeschwindigkeit, nicht aber zu einer erhöhten Belastung des Körpers des F'.h-zeugbenutzers durch den Sicherheitsgurt führen. Daher können auch sehr hohe Spitzenwerte der Verzögerung, wie si * in der Regel kurzzeitig auftreten, nicht zu einer Gefährdung des Fahr^eugbenutzers führen. Der erfind-ingsgemäße Energieabsorber gestattet es also durch seine Konstruktion, daß bei einer

<·>< dynamischen Beladung unter Berücksichtigung der Gurtbauart and der Lage der Befestigungspunkte im Fahrzeug die Erträglichkeitsgrenze für den Fahpzeugbenützef nicht überschritten wird.

Der erfindungsgemäße Energieabsorber gestattet

"i auch die Verwendung unelastischer Sicherheitsgurte. Dies ist insofern vorteilhaft, als unelastische Gurte preiswerter sind als elastische Gurte und insbesondere bei der Verwendung unelastischer Gurte das gefährliche

Zurückschnellen vermieden wird. Ferner ist die Verwendung elastischer Gurte vorteilhaft, weil dadurch die mögliche Vorwärtsverlagerung des Fahrzeugbenutzers nur bei maximal zulässiger Gurtkraft erfolgen und hinsichtlich ihrer Größe entsprechend dem zur Verfü- <-, guiig stehenden Abstand zwischen dieser Person in der normalen Sitzposition und den vor ihr liegenden Fahrzeugteilen genau festgelegt werden kann,

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Energieabsorbers ist darin zu sehen, daß der Raumbedarf nicht m viel größer ist als der Raumbedarf der Befestigungsvorrichtungen für die bekannten Sicherheitsgurte. Bedingt ist dies in erster Linie dadurch, daß die Anpreßkraft der Bremse mit Hilfe einer Feder erzeugt werden kann. Aber auch die Ausbildung als Lamellenbremse trägt hierzu in erheblichem Maße bei.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Lamellenbremse mit einer Einstellvorrichtung zur Wahl des Bremsmomentes versehen. Dies ist insofern vorteilhaft, als hierdurch für jeden Sitzbenutzer, beispielsweise in Abhängigkeit von seinem Gewicht oder davon, ob es sich um ein Kind oder einen älteren Menschen handelt, das Bremsmoment an die gerade noch erträgliche Belastung des Körpers durch den Sicherheitsgurt während der Verzögerung eingestellt werden kann. Bei Kindern und älteren Menschen liegt die zulässige Schlingenlast unterhalb der für erwachsene Personen erachteten Werte.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt 3η

Fig. 1 die Vorwärtsverlagerung des angeschnallten Insassen,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Energiewandler im vergrößerten Maßstab,

F i g. 3 die Ansicht einer vereinfachten Ausführung, F i g. 4 den Schnitt gemäß Linie A-B in F i g. 3,

F i g. 5 eine Ansicht gemäß F i g. 3 mit Befestigungsschraube.

In der F i g. 1 ist dargestellt, welche Vorwärtsverlagerung die durch den Gurt gehaltenen Körperteile bei einem Unfall erfahren dürfen, ohne mit den Fahrzeugteilen in Berührung zu kommen. Dabei können die Energieabsorber 1 an der Karosserie 2 oder am Sitz 3 befestigt sein.

Wenn die Gurte nur am Sitz befestigt sind, wobei der Träger 5 der unteren Sitzschienen 6 beweglich angeordnet ist, kann mit dem Energieabsorber 1 bei einem Unfall auch der ganze Sitz 3, der die Vorwärtsbewegung mitmacht, abgebremst werden.

Bei dieser Anordnung wird die Lehne 4 der vorderen Sitze nicht durch die im Fond sitzende Person bleibend verformL Es ist der Mangel bekannt, daß Lehnen 4 nicht imstande sind, die kinetische Energie von etwa 20 kmp aufzunehmen, die eine im Fond sitzende Person bei einer Vollbremsung mit 7,5 m/sec² Verzögerung abzugeben hat

Die F i g. 2 zeigt in einem vergrößerten Maßstab eine Ausführungsform des Energieabsorbers 1. In den Gehäuseschalen 8 und 9 ist eine Trommel 10 gelagert In der äußeren Aussparung 11 der Trommel 10 wird das -» Seil 12, Stahlband, der Sicherheitsgurt od. dgl. aufgewikkelt In der Bohrung 13 der Trommel 10 ist eine mit Vielkeilprofil 18 versehene Buchse 14 angebracht und fest mit der Trommel 10 verbunden. Zwischen der Trommel 10 und der Nabe 15 sind Innenlamellen 16 und Außenlarneüen 17, die in das Vielkeilprofil 18 bzw. 19 eingreifen, angeordnet Die Lamellen 16 und 17 werden mittels einer Mutter 20 unter Zwischenschaltung einer Tellerfeder 21 auf die erwünschte Anpreßkraft cingc^ stellt. Die Nabe 15 ist in der 3oiirung 22 mit einem Vielkeilprofil versehen, in welches, axial verschiebbar das Kupplungsstück 23 eingreift. Mit der Gehäuseschale 8 ist eine Zahnscheibe 24 verbunden, in weiche die auf der Stirnseite des Kupplungsstückes 23 angebrachte Verzahnung 25 eingreift. Die Verzahnung 25 des Kupplungsslückes 23 wird von der Schraubenfeder 26 im Eingriff gehalten. An dem Bolzen 27 der Gehäuseschale 8 ist eine Spiralfeder 28 mit einem Ende und an der Trommel 10 mit dem anderen Ende durch einen Niet 29 befestigt. Zwischen Absatz 30 der Trommel 10 und Lamellen 16 und 17 ist zum Ausgleich eine Scheibe 31 angeordnet.

Wird bei einem Unfall auf den einzelnen Gurt 12 eine größere Kraft ausgeübt, als die an dem Energieabsorber 1 eingestellt, so rutschen die Lamellen 16 und 17 unter gleichzeitiger Energieaufnahme durch. Das Zurückspulen des Gurtes. Bandes oder Seilts 12 kann von Hand öder selbsttätig über die Spiralfeder 28 erfolgen. Für das Zurückspulen von Hand ist die Spiralfeder 28 nicht erfordeilidi. Durch Druck auf die Kuppe 32 des Kupplungsstückes 23 wird die Verzahnung 25 außer Eingriff gebracht und die Trommel 10 mittels Handgriff

33 in die Ausgangslage zurückgedreht. Das axial bewegte Kupplungsstück 23 mit der besonderen Verzahnung 25 erfüllt die Eigenschaft eines Freilaufes. Dadurch ist ein selbsttätiges Zurückspulen des Bandes auf der Trommel 10 in die Ausgangslage durch die Spiralfeder 28 nach Belastungen gewährleistet.

Der Energieabsorber kann auch als von Hand schaltbare Aufwickelvorrichtung, bei der die Spiralfeder für das Anliegen des Gurtes sorgt, Verwendung finden.

Die Lamellen 16 und 17 können zur Erzielung bestimmter Kraft-Weg-Charakteristiken mit verschiedenartigen Belägen versehen sein.

In den F i g. 3,4 und 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt Hier soll gegenüber der Ausführung nach Fig.2 gezeigt werden, daß aus wirtschaftlichen Gründen auf den Freilauf, z. B. bestehend aus Zahnscheibe 24, Kupplungsstück 25 und Schraubenfeder 26, verzichtet werden kann, dies an der Funktion des Energieabsorbers 1 jedoch nichts ändert

Die Innenlamelle 16 greift in das Vielkeilprofil 19 der Nabe 38, die mit der Gehäuseschale 8 fest verbunden ist Die Mutter 39 ist fest mit der Gehäuseschale 9 zusammengefügt Durch Betätigung der Schraube 34 oder 35 werden die Lamellen 16 und 17 mittels der Tellerfeder 21 mehr oder weniger vorgespannt und dadurch die Gurtabzugskraft stufenlos verstellt Nach Belastungen wird die Schraube 34 oder 35 herausgeschraubt die Gehäuseschale 9 abgehoben und das Band oder Seil 12 von Hand in die Ausgangslage zurückgespult Nach dem Zusammenbau wird mittels Schraube

34 oder 35 die erwünschte Gurtabzugskraft nach Skala 37 wieder eingestellt Die Skala 37 kann Eichmarken aufweisen, die auf das Gewicht der die Gurte benutzenden Personen bezogen sind, z. B. auf Kinder oder Erwachsene. Auf der Skala 37 kann aber auch die Gurtabzugskraft oder die bei einer bestimmten Gurtbauart auftretende Schlingenlast aufgetragen sein. Die Mitte der Bohrung 40 und die Mittellinie des Gewindebolzens 41 sind mit dem Seil oder Band 12 auf einer Tangente 42 der Trommel 10 angeordnet, um kein Moment auf die Befestigungsstelle auszuüben und ein störungsfreies Ablaufen des Seiles oder Bandes 12 zu gewährleisten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Energieabsorber für Sicherheitsgurte oder Sitze von Fahrzeugen mit einer an einem Halter drehbar gelagerten Trommel, auf der ein biegsames Element aufgewickelt ist, und mit einer mit der Trommel verbundenen Reibungsbremse, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibungsbremse als Lamellenbremse (16,17,20,21) ausgebildet ist, deren Lamellen (16, 17) mit einer ein Überschreiten der maximal erträglichen Bremskraft verhindernden und mit dem gewählten Wert ständig wirksamen Anpreßkraft belastet sind.

2. Energieabsorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibungsbremse (16,17,20, 21) eine Vorrichtung (20) zur Einstellung des Bremsmomentes aufweist

3. Energieabsorber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Lamellenbremse (16, 17, 20, 21) innerhalb der Trommel (10) angeordnet ist

4. Energieabsorber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Halter (8, 9) und der Trommel (10) ein schaltbarer Freilauf (24 bis 26) vorgesehen ist

5. Energieabsorber nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Halter (8) und an der Trommel (10) eine als Aufwickelfeder dienende Spiralfeder (28) angeordnet ist

6. Energieabsorber nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß auf die Trommel (10) mindestens eine solche Längt des biegsamen Elementes (12) aufwickelbar ist, daß eine Bewegung der abzubremsenden Person bis λπ die vor ihr liegenden Fahrzeugteile möglich ist

7. Energieabsorber nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Skala (37) zur Einstellung der jeweiligen Erträglichkeitsgrenze.

8. Energieabsorber nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß das vom Energieabsorber wegführende biegsame Element mit einer an die Trommel (10) gelegten Tangente (42) zusammenfällt, die auch durch die Befestigungsstelle (40, 41) des Energieabsorbers am Fahrzeug führt

9. Energieabsorber nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel (10) eine für die Aufnahme des sich nicht in Benutzung befindlichen Sicherheitsgurtes ausreichende Größe aufweist

10. Energieabsorber nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet daß der Halter als selbsttragendes Gehäuse ausgebildet ist