DE19917350A1

DE19917350A1 - Seat belt for vehicle passenger; has element with shape memory alloy part arranged between belt and anchor for fixing belt, to dissipate energy under mechanical stress

Info

Publication number: DE19917350A1
Application number: DE1999117350
Authority: DE
Inventors: Matthais Mertmann; Klaus Halter
Original assignee: Memory Metalle GmbH
Current assignee: Memory Metalle GmbH
Priority date: 1999-04-16
Filing date: 1999-04-16
Publication date: 2000-10-19

Abstract

The seat belt has at least one element arranged between at least one part of the belt and the anchor for fixing the belt to the vehicle. The element is at least partly made of a metal that has an inner structure that dissipates energy under mechanical stress. Preferably, the metal part of the element is made of a shape memory alloy.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rückhaltegurt für Fahrzeugin sassen, auch als "Sicherheitsgurt" oder "Anschnallgurt" be kannt.The invention relates to a restraint belt for a vehicle sat, also as a "seat belt" or "seat belt" knows.

Insbesondere in Kraftfahrzeugen und Flugzeugen werden derar tige Rückhaltegurte verwendet, die bei Unfällen (in Flugzeu gen auch bei Turbulenzen oder dergleichen) Personen auf dem Sitz halten und so Verletzungen durch Aufprall der Personen auf Fahrzeugteile verhindern sollen. Üblicherweise bestehen derartige Gurte aus unelastisch dehnbaren, hochfesten Mate rialien, wie speziellen Geweben aus Synthesefasern. Der Be griff "Fahrzeug" im Sinne der vorliegenden Anmeldung soll auch Flugzeuge umfassen.Especially in motor vehicles and airplanes restraint belts used in accidents (in aircraft conditions in the event of turbulence or the like) Hold your seat and injuries caused by impact to prevent vehicle parts. Usually exist such straps made of inelastic stretchy, high-strength mate materials, such as special fabrics made of synthetic fibers. The Be handle "vehicle" in the sense of the present application also include airplanes.

Es sind verschiedene Anordnungen von Rückhaltegurten bekannt, so z. B. Beckengurte, Schrägschultergurte, Diagonal- oder Zweipunkt-Gurte, überwiegend aber heutzutage sog. Dreipunkt-Gurte. Bei bestimmten Anwendungen, wie im Motorsport und bei Flugzeugpiloten sind auch an vier Punkten verankerte Hosen träger- oder Rucksackgurte bekannt.Various restraint belt arrangements are known so z. B. lap belts, sloping shoulder belts, diagonal or Two-point belts, but nowadays mostly so-called three-point belts. In certain applications, such as in motorsport and in Airplane pilots are also pants anchored at four points Carrier or backpack straps known.

Bei insbesondere allen vorstehend genannten Gurt-Kon struktionen ist die vorliegende Erfindung verwendbar.With all of the above-mentioned belt con structures, the present invention can be used.

Ein besonderes Problem von Rückhaltegurten liegt darin, daß es bei z. B. schweren Unfällen, wie Frontalaufprällen mit ho her Geschwindigkeit, zu sehr starken Rückhaltekräften kommen kann, mit denen der Gurt auf den abrupt gebremsten Körper des Insassen einwirkt. Dadurch kann der Gurt selbst zu einer Ge fahr für den Insassen werden.A particular problem with restraint belts is that it at z. B. serious accidents such as head-on collisions with ho speed, very strong restraining forces can with which the belt on the abruptly braked body of the Occupants. This allows the belt itself to become a Ge drive for the occupant.

Deshalb geht es bei der vorliegenden Erfindung um Gurtkraft begrenzer für Rückhaltegurte der in Rede stehenden Art. Sol che Gurtkraftbegrenzer begrenzen die Kraft, mit der der Gurt auf den gegenüber dem abrupt abgebremsten Fahrzeug nach vorne schnellenden Insassenkörper wirkt. Besondere Bedeutung erlan gen derartige Gurtkraftbegrenzer im Zusammenwirken mit ande ren Sicherheitssystemen, wie z. B. einem Luftsack (Airbag). Weiterhin haben sog. Gurtstraffer erhöhte Sicherheitsbedeu tung, die z. B. pyrotechnisch betätigbar sind.Therefore, the present invention is about belt force restraint for seat belts of the type in question. Sol Belt force limiters limit the force with which the belt towards the vehicle that was braked suddenly quick-acting occupant body acts. Special importance against such belt force limiters in cooperation with others ren security systems such. B. an airbag. So-called belt tensioners also have an increased safety requirement tion that z. B. are operated pyrotechnically.

In Fahrzeugen und Flugzeugen mit fortgeschrittener Sicher heitstechnik sind die einzelnen Sicherheitskomponenten (also z. B. Rückhaltegurte, Luftsäcke, Gurtstraffer etc.) hinsicht lich ihrer Wirkung, insbesondere der zeitlichen Abfolge ihrer Wirkung, aufeinander abgestimmt. So ist es sinnvoll, die zwi schen Rückhaltegurt und Insassenkörper wirkenden Kräfte so zu begrenzen, daß es nicht zu erheblichen Verletzungen aufgrund zu hoher Gurtkräfte kommen kann und bei schwereren Unfällen mit hohen Aufprallkräften andere Sicherheitssysteme wie der Luftsack, die darüber hinaus erforderliche Abbremsung des Körpers übernehmen.In vehicles and aircraft with advanced safety The individual safety components (i.e. e.g. Restraint belts, air bags, belt tensioners etc.) Lich their effect, especially the chronological order of their Effect, coordinated. So it makes sense to restraint belt and occupant body forces limit that it does not result in significant injury excessive belt forces can occur and in more serious accidents with high impact forces other safety systems like that Airbag, the deceleration required Body.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kostengünsti gen und betriebssicheren Gurtkraftbegrenzer bereitzustellen, der hohe Aufprallenergien dissipieren kann.The invention has for its object an inexpensive provide reliable and reliable belt force limiters, that can dissipate high impact energies.

Gemäß einer ersten Variante der Erfindung wird dieses Ziel bei einem Rückhaltegurt für Fahrzeuginsassen dadurch er reicht, daß im Kraftweg zwischen zumindest einem Teil des Gurtes und dessen Verankerung am Fahrzeug zumindest ein Ele ment angeordnet ist, das zumindest teilweise aus einem Metall besteht, das unter Zugspannung eine Energie dissipierende in nere Strukturänderung erfährt. Die innere Strukturänderung kann auch als "innere Reibung" bezeichnet werden.According to a first variant of the invention, this goal in the case of a seat belt for vehicle occupants, he does so is enough that in the force path between at least part of the Belt and its anchoring to the vehicle at least one Ele element is arranged, which is at least partially made of a metal consists of an energy dissipating in tension undergoes further structural changes. The inner structural change can also be called "internal friction".

Bevorzugt wird dabei als Metall eine Formgedächtnislegierung verwendet.A shape memory alloy is preferred as the metal used.

Der erfindungsgemäße Gurtkraftbegrenzer ist also bevorzugt ein Dämpfungselement aus einer Formgedächtnislegierung, wel che einen Teil der Aufprallenergie im Gurtbereich absorbiert und dadurch eine Reduzierung der Kraftspitzen im Sicherheits gurt ermöglicht.The belt force limiter according to the invention is therefore preferred a damping element made of a shape memory alloy, wel part of the impact energy is absorbed in the belt area and thereby a reduction in the force peaks in security strap allows.

Bei dieser Variante der Erfindung werden die Kraftspitzen da durch begrenzt, daß eine Dissipation durch innere Strukturän derung des Metalls erfolgt. Formgedächtnislegierungen (z. B. sog. Nitinol) zeigen bei Zugspannung (Dehnung) unter bestimm ten Bedingungen eine innere Strukturänderung in Form einer Umorientierung der Kristalle (Martensitvarianten). Wird die Legierung so gewählt, daß bei den zu erwartenden Temperaturen ein martensitischer Zustand vorliegt und wird dann die Zug spannung (Dehnung) erzeugt, werden die im Ausgangszustand re gellos verteilten Martensitkristalle durch die mechanische Spannung in Vorzugsrichtungen umorientiert. Dieser Vorgang ist mit einer hohen scheinbar plastischen Dehnung verknüpft, die bei Erwärmen des Materials wieder rückgängig gemacht wer den kann. Für den erfindungsgemäßen Gurtkraftbegrenzer ist der Verbrauch an mechanischer Verformungsenergie wesentlich. Die scheinbar plastische Dehnung kann bis zu 8% betragen. Während dieser Umorientierung der Martensitvarianten bleibt die mechanische Spannung nahezu konstant. Erst nach Erreichen eines maximalen Dehnungsbetrages erhöht sich wieder die Span nung, so daß der Werkstoff dann bis zum Bruch eine Verformung erfährt, die der eines herkömmlichen Metalles (also eines Me talles ohne Formgedächtnis) entspricht. Bei dem beschriebenen Verformungsprozeß wird die mechanische Energie in dem Metall- Element aus einer Formgedächtnislegierung in innere Reibung umgewandelt und somit dissipiert.In this variant of the invention, the force peaks are there limited by the fact that a dissipation through internal structures change of the metal takes place. Shape memory alloys (e.g. so-called Nitinol) show under tensile stress (elongation) under certain conditions an internal structural change in the form of a Reorientation of the crystals (martensite variants). Will the Alloy chosen so that at the expected temperatures is a martensitic state and then becomes the train stress (elongation) generated, the right in the initial state gently distributed martensite crystals through the mechanical Tension reoriented in preferred directions. This process is associated with a high apparent plastic stretch, which are reversed when the material is warmed up that can. For the belt force limiter according to the invention the consumption of mechanical deformation energy is essential. The apparently plastic stretch can be up to 8%. During this reorientation of the martensite variants remains the mechanical tension is almost constant. Only after reaching of a maximum amount of stretch increases the span again tion, so that the material then deforms until it breaks experiences that of a conventional metal (i.e. a Me talles without shape memory). With the described Deformation process the mechanical energy in the metal Element made of a shape memory alloy with internal friction converted and thus dissipated.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wir das oben genannte technische Problem bei einem Rückhaltegurt für Fahr zeuginsassen dadurch gelöst, daß im Kraftweg zwischen zumin dest einem Teil des Gurtes und dessen Verankerung am Fahrzeug zumindest ein Element angeordnet ist, das zumindest teilweise aus einem Metall besteht, das unter Zugspannung eine Energie dissipierende Phasenumwandlung erfährt. According to another embodiment of the invention, we do the above mentioned technical problem with a seat belt for driving witness inmates solved in that in the force path between at at least part of the belt and its anchoring to the vehicle at least one element is arranged, which is at least partially consists of a metal that is an energy under tension undergoes dissipating phase transition.

Dabei ist bevorzugt vorgesehen, daß die Phasenumwandlung eine spannungsinduzierte Umwandlung aus einer Austenitphase in ei ne Martensitphase ist. Bei dieser Variante der Erfindung wird die Energie-Dissipation durch eine Phasenumwandlung bewirkt, die ebenfalls Energie aufnimmt. Diese Effekte als solche sind in der Lehre über Formgedächtnislegierung dem Fachmann be kannt.It is preferably provided that the phase change is a stress-induced transformation from an austenite phase into an egg is a martensite phase. In this variant of the invention the energy dissipation is caused by a phase change, which also absorbs energy. These effects are as such in the teaching of shape memory alloy to the expert knows.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:An exemplary embodiment of the invention is described below the drawing explained in more detail. It shows:

Die Fig. 1 schematisch eine sog. Spannungs-/Dehnungs kurve eines Elementes aus einer Formgedächt nislegierung, Fig. 1 shows schematically a so-called. Stress / strain curve of an element of a Formgedächt memory alloy,

Fig. 2 schematisch einen Dreipunkt-Sicherheitsgurt mit einem Element aus einer Formgedächtnisle gierung; und Fig. 2 schematically shows a three-point seat belt with an element from a shape memory alloy; and

Fig. 3 Einzelheiten der Anordnung des Elementes aus einer Formgedächtnislegierung zwischen Gurt und Fahrzeug. Fig. 3 details of the arrangement of the element from a shape memory alloy between the belt and the vehicle.

Ein einfaches Ausführungsbeispiel eines Gurtkraftbegrenzers für einen Rückhaltegurt sieht ein Element vor, das unter Zugspannung eine Energie dissipierende innere Strukturände rung erfährt in Form innerer Reibung durch Umorientierung von Martensitkristallen und -bereichen. Dieser Effekt ist als solches bekannt und braucht hier nicht näher erläutert zu werden.A simple embodiment of a belt force limiter For a seat belt, there is an element that is under Tensile stress an energy dissipating inner structure tion experiences in the form of internal friction through reorientation of Martensite crystals and areas. This effect is as known and need not be explained here become.

Z. B. kann das zumindest teilweise aus einem Formgedächtnis metall bestehende Element im Kraftweg des Rückhaltegurtes zwischen dem Gurtschloß und der Verankerung des Rückhaltegur tes am Fahrzeug angeordnet sein. Wesentlich ist, daß die Spannkraft des Rückhaltegurtes direkt in das Element einge leitet wird und dort eine Zugspannung auf die Formgedächtnis legierung ausübt. Die Formgedächtnislegierung wird so ge wählt, daß sie bei allen zu erwartenden Temperaturen (z. B. bis zu + 80°C) in ihrer Tieftemperaturphase (Martensit) vor liegt. Das Element kann z. B. ein einfaches Drahtstück oder ein Stift aus einer Formgedächtnislegierung sein.For example, this can be done at least in part from a shape memory metal existing element in the force path of the restraint belt between the buckle and the anchorage of the restraint belt tes be arranged on the vehicle. It is essential that the The tension of the restraint belt is inserted directly into the element is conducted and there is a tensile stress on the shape memory alloy exercises. The shape memory alloy is so ge chooses that at all expected temperatures (e.g. up to + 80 ° C) in their low temperature phase (martensite) lies. The element can e.g. B. a simple piece of wire or be a shape memory alloy pen.

In der Fig. 1 ist auf der Ordinate die Spannung (in MPa) aufgetragen und auf der Abszisse die zugehörige Dehnung des Elementes (in Prozent). Die Kurve A zeigt zum Vergleich das Verhalten von Federstahl, das sich unter Spannung zunächst linear dehnt ("Hooksches Gesetz"). Ein Metall aus einer Form gedächtnislegierung (Memory-Metall) verhält sich gemäß Kurve B. Wird die Spannung von Null erhöht, verläßt die Kurve schnell den linearen Anstiegsbereich und erreicht ein sog. Plateau, in dem eine starke Änderung der Dehnung des Materi als erfolgt, ohne daß die Spannung wesentlich erhöht wird. Die mechanische Energie (Kraft × Weg) wird in dem Formge dächtnismetallstück in der oben beschriebenen Weise in innere Reibung umgewandelt und somit dissipiert. Das Element aus ei ner Formgedächtnislegierung dehnt sich also, ohne daß die Zugspannung (und damit die auf den Insassenkörper wirkende Kraft) während dieser Dehnung stark anwächst. Die dabei dis sipierte Energie entspricht der in der Figur schraffierten Fläche unter der Kurve B. Bei Erreichen von etwa 8 bis 10% Dehnung nimmt die Kurve B einen Verlauf an, der einem her kömmlichen Metall (also einem Metall ohne Formgedächtnis) entspricht. Durch die gewählte Länge des Elementes wird der zulässige Dehnungsbetrag des Systems festgelegt. Durch Aus wahl des Durchmessers des Elementes kann die Kraft so ange paßt werden, daß sie bei starken Aufprallunfällen in Anpas sung an die oben beschriebenen anderen Sicherheitssysteme (Luftsack) optimal wirkt.In Fig. 1, the stress (in MPa) is plotted on the ordinate and the associated elongation of the element (in percent) on the abscissa. For comparison, curve A shows the behavior of spring steel, which initially expands linearly under tension ("Hook's law"). A metal made of a shape memory alloy (memory metal) behaves according to curve B. If the stress is increased from zero, the curve quickly leaves the linear rise area and reaches a so-called plateau, in which there is a strong change in the elongation of the material, without significantly increasing the tension. The mechanical energy (force × path) is converted into internal friction in the shape metal piece in the manner described above and thus dissipated. The element made of a shape memory alloy thus stretches without the tensile stress (and thus the force acting on the occupant's body) increasing significantly during this stretching. The energy dissipated here corresponds to the area hatched in the figure under curve B. When about 8 to 10% elongation is reached, curve B assumes a course which corresponds to a conventional metal (ie a metal without shape memory). The permissible amount of expansion of the system is determined by the selected length of the element. By selecting the diameter of the element, the force can be adjusted so that it works optimally in the event of severe impact accidents in adaptation to the other safety systems (airbag) described above.

Fig. 2 zeigt einen Sitz 10, auf dem ein Fahrzeuginsasse 12 sitzt. Der Fahrzeuginsasse 12 wird durch einen Dreipunkt-Sicher heitsgurt der allgemein bekannten Art gesichert. Der Sicherheitsgurt ist am Boden 14 des Fahrzeuges oder einem an deren Teil der Karosserie befestigt. Fig. 2 shows a seat 10 on which a vehicle occupant 12 is seated. The vehicle occupant 12 is secured by a three-point seat belt of the generally known type. The seat belt is fastened to the floor 14 of the vehicle or to a part of the body thereof.

Fig. 3 zeigt vergrößert den Brustgurt 16 und den Bauchgurt 18 sowie die Zunge 20 und das Schloß 22 des Sicherheitsgur tes. Zwischen dem Schloß 22 und dem Fahrzeugboden 14 ist das Element aus einem Formgedächtnismetall angeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden somit sowohl die am Brustgurt 16 als auch am Bauchgurt 18 auftretenden Kräfte begrenzt. Fig. 3 shows enlarged the chest belt 16 and the waist belt 18 and the tongue 20 and the lock 22 of the safety belt tes. The element made of a shape memory metal is arranged between the lock 22 and the vehicle floor 14 . In this embodiment, both the forces occurring on the chest belt 16 and on the waist belt 18 are thus limited.

In Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß den Fig. 2 und 3 kann das Element 24 aus einer Formgedächtnislegierung auch an anderer Stelle zwischen dem Gurt oder Teilen des Gur tes und der Fahrzeugkarosserie angeordnet sein.In a modification of the embodiment according to FIGS. 2 and 3, the element 24 made of a shape memory alloy can also be arranged elsewhere between the belt or parts of the belt and the vehicle body.

Claims

1. Restraint belt for vehicle occupants, characterized in that in the force path between at least part of the belt and the anchorage of the belt on the vehicle at least one element is arranged, which is at least partially made of a metal, which under mechanical tension is an energy dissipating inner Undergoes structural change.

2. Restraint belt according to claim 1, characterized in that the metal is a shape memory alloy.

3. Restraint belt for vehicle occupants, characterized in that in the force path between at least part of the belt and the Anchoring the belt to the vehicle at least one element is ordered, which is at least partially made of a metal is that under mechanical tension an energy dissipie undergoing phase transition.

4. Restraint belt according to claim 3, characterized in that the phase transformation is a voltage-induced transformation is an austenite phase in a martensite phase.