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Sicherheitsvorrichtung an Kraftfahrzeugen
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Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung an Fahrzeugen mit
Brennstoffbehälter und elektrischer Batterie zur Stromversorgung, wozu in erster
Linie Kraftwagen mit Antrieb über Brennkraftmaschine gehören, die durch auslaufenden
Brennstoff bei Unfällen in Brand geraten können.
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Von den verschiedenen Ursachen für eine Entzündung von auslaufendem
Brennstoff, wie z. B. Funkenschlag durch über den Boden streichende Metallteile
oder heiße Auspuffgase spielt die Funkenbildung durch Kurzschluß an zerissenen spannungführenden
Stromleitungen eine wesentliche Rolle. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
eine Sicherheitsvorrichtung zu schaffen, die diese Gefahrenquelle bei Unfällen beseitigt.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß das spannungführende
Pluskabel der Batterie durch Lageänderungen einer trägen Masse unterbrechbar ist,
die normalerweise, d. h.
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während der Fahrt, auch beim scharfen Bremsen oder Beschleunigen und
beim Überwinden stärkster Steigungen, relativ zum Fahrzeug in einer definierten
wirkungslosen Lage stabilisiert ist, die ausschließlich unter unfallbedingt hohen
Verzögerungs-und Beschleunigungskräften überwindbar ist.
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Unter einer trägen Masse ist jeder gegenüber dem Fahrzeug beweglich
gehalterte Körper zu verstehen, der nicht nur auf Stöße von vorn oder hinten, sondern
auch von der Seite des Fahrzeugs her durch eine Lageänderung anspricht, wiewohl
es denkbar ist, daß die Vorrichtung jeweils nur für eine Stoßrichtung ausgelegt
ist und mehrfach mit verschiedenen Dreh-bzw. Wirklagen eingebaut wird.
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Zur StabilisIerung der definierten wirkungslosen Lage der trägen Masse
dienen zweckmäßig eine oder mehrere umfangsverteilt an der Masse angreifende Federkräfte,
die jedoch auch durch Magnetkräfte ersetzt werden können. Ist die träge Masse ein
kardanisch am Fahrzeug aufgehängtes Pendel, erfolgt die Stabilisierung in wirkungsloser
Lage durch eine in Richtung des ruhenden Pendels angreifende Zugfeder oder besser
durch umfangsverteilt Federkräfte oder ein ringförmiges Magnetfeld.
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Obwohl es im Rahmen der Erfindung liegt, daß das spannungführende
Pluskabel der Batterie durch unfallbedingte Lageänderung der trägen Masse unmittelbar,
ggf. über ein kinematisches Getriebe im weitesten Sinne unterbrochen wird, so erscheint
es zweckmäßiger, die Unterbrechung mittelbar zu bewirken, indem die träge Masse
durch die Lageänderung einen Hilfsstromkreis schließt, der den Magneten eines Elektromagnetschalters
im oder vor dem Pluskabel der Batterie erregt.
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Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Patentansprüchen
5 bis 9 angegeben.
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Die Sicherheitsvorrichtung gemäß der Erfindung kann nachträglich an
jedem Fahrzeug zweckmäßig so nahe an der Batterie wie möglich angebracht werden,
um eine Funkenbildung durch Kabelriß vor der Sicherheitsvorrichtung und der Unterbrechungsstelle
möglichst unmöglich zu machen. Aus dieser Sicht empfiehlt
es sich,
daß die Vorrichtung mit der Kabelklemme des Pluskabels als Befestigungsmittel integriert,
d. h. von der Kabelklemme getragen ist (Patentanspruchlo).
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Die Sicherheitsvorrichtung kann auch seitens der Batterie-Hersteller
mitgeliefert werden, indem sie mit der Batterie integriert ist derart, daß der spannungführende
Pluspol der Batterie durch die unfallbedingte Lageänderung der trägen Masse spannungslos
wird. In diesem Fall ist jeglicher Kabelriß bei Unfall ungefährlich, da schon die
Kabelklemme bei Unfall keine Spannung mehr führt (Patentanspruch 11).
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In der Zeichnung sind vier Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigen Fig. 1 eine Ausführungsform mit in waagerechter Fahrzeugebene beweglicher
trägen Masse, Fig. 2 eine Ausführungsform mit kardanisch aufgehängtem Pendel und
Hilfsstromkreis, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 2, Fig. 4 eine
Ausführungsform mit integrierter Kabelklemme, und Fig. 5 eine Ausführungsform mit
um eine senkrechte Achse schwenkbarer trägen Masse.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 dient der Erläuterung des Prinzips
der Erfindung und zeigt eine träge Masse in Gestalt eines kreisrunden metallischen
Blockes 1, der auf dem waagerechten Boden eines am Fahrzeug zu befestigenden Gehäuseunterteils
2 ruht. Der Ringspalt 3 zwischen dem Gehäuseunterteil 2 und der Masse 1 ist zum
Teil der Bewegungsspielraum der Masse bei unfallbedingten, auf die Masse einwirkenden
Verzögerungs- und Beschleunigungskräften, die Lageänderungen in jeder beliebigen
Richtung der Windrose auslösen sollen.
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Zur Stabilisierung der Masse 1 in einer definierten wirkungslosen
Mittellage ist in den Ringspalt eine unter Vorspannung stehende Ringfeder 4 eingesetzt.
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Der Deckel 5 ist mit einer Geradführung 5a für einen Stößel 6 versehen,
der sich in Fluchtrichtung mit der Kegelachse einer kegelstumpfförmigen Ausnehmung
7 an der oberen Stirnfläche der Masse 1 erstreckt und von einer spannung führenden
Blattfeder 8 getragen ist. Die Blattfeder 8 ist bei 9 eingespannt und trägt einen
Kontakt 8a, der an dem Gegenkontakt 10a einer bei 11 eingespannten Blattfeder 10
anliegt. Die Klemmen 9 und 11 werden von dem Deckel 5 getragen. Die Klemme 11 ist
mit der üblichen Batterieklemme 12 verbunden, die auf dem Pluspol 13 einer Batterie
14 aufgesetzt ist.
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Damit führen die Blattfedern 8 und 10 normalerweise Spannung, wenn
der Stößel 6, wie dargestellt, in der Mitte der kegelstumpfförmigen Ausnehmung 7
steht. Die Blattfedern 8 und 10 sind derart zueinander eingestellt, daß die Kontakte
8a und 10a unter Vorspannung aneinanderliegen und das untere Ende des Stößels 6
einen Abstand von der Ausnehmung 7 hat. Dieser Sicherheitsabstand läßt der trägen
Masse 1 im Rahmen der definierten wirkungslosen Lage einen Bewegungspielraum, der
Lageänderungen der Masse beim scharfen Bremsen oder beim Fahren von starken Steigungen
zuläßt, ohne daß die Sicherheitsvorrichtung anspricht.
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Wenn jedoch durch einen Unfallstoß eine hohe Verzögerung oder Beschleunigung
auf die träge Masse 1 einwirkt, erfährt die Masse 1 eine Lageänderung jeweils in
der Richtung, aus der der Stoß kommt, wobei die stabilisierende Kraft der Ringfeder
4 überwunden wird. Hierdurch wird der Stößel 6 durch Auflaufen an einer ansteigenden
Mantellinie der kegelstumpfförmigen Ausnehmung 7 aufwärts verstellt und biegt die
Blattfeder 8 auf, so daß deren Kontakt 8a von.dem Gegenkontakt 10a abhebt, und das
gesamte Netzwerk des Fahrzeuges von der Blattfeder 8 ab
spannungslos
wird. Es muß dafür Vorsorge getroffen sein, daß nach diesem Vorgang die Masse 1
sich\wieder in die dargestellte Ausgangslage zurückverstellt, beispielsweise indem
die Ringfeder 4 sich bleibend verformt und der Reibungskoeffizient zwischen der
Masse 1 und dem Boden des Gehäuseunterteils 2 hoch eingestellt ist, und/oder dadurch,
daß der Stößel 6 in eine Ringnut 7a der dachförmigen Ausnehmung 7 einfällt.
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Durch Anlüften des Deckels 5 führt die Ringfeder 4 die Masse 1 dann
wieder in die dargestellte Nullage zurück, es sei denn sie muß ersetzt oder ausgebaut
werden, wonach die Masse 1 von Hand wieder auf Mitte zurückyestellt werden kann,
um die Kontakte 8a, 10a wieder zu schließen. Auf diese Weise kann das Fahrzeug wieder
mit eigener Kraft in Betrieb gesetzt werden, wenn die Sicherheitsvorrichtung zwar
angesprochen hat, der Unfall schaden jedoch ein Weiterfahren des Fahrzeuges bis
zur Werkstatt erlaubt.
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Das vorstehend erläuterte Prinzip der Sicherheitsvorrichtung gemäß
der Erfindung bewirkt unmittelbar eine Unterbrechung des Pluskabels der Batterie
14 durch Aufreißen der Kontaktverbindung 8a, 10a. Im Hinblick auf die relativ hohen
Stromstärken, die im Netzwerk eines Kraftwagens fließen, empfiehlt es sich jedoch,
einen Schalter vorzusehen, der durch einen Hilfstromkreis betätigt wird. Diese optimale
Lösung ist in Fig. 2 und 3 dargestellt.
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Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 und 3 besteht die träge Masse aus
einem Pendel 20, das innerhalb eines Gehäuseunterteils 21 über ein Kardangelenk
22 und eine Achse 23 am Fahrzeug abgestützt ist. Aufgrund der kardanischen Aufhängung
22 ist das Pendel 20 in allen Richtungen beweglich, wobei die definierte wirkungslose
Lage durch eine Ringfeder 24 besonderer Konstruktion stabilisiert ist. Wie aus Fig.
3 hervorgeht, besteht die Ringfeder 24 aus einem unteren Stützflansch 24a und einem
Kranz
von aufwärts gerichteten Lamellen 24b, von denen in Fig. 3 nur einige dargestellt
sind. Diese Lamellen 24b liegen umfangsverteilt unter Spannung an dem Pendel 20
an und sind in ihrer Federkraft so bemessen, daß das Pendel 20 nur unter unfallbedingten
Beschleunigungs- oder Verzögerungskräften wesentlich seine Lage ändert.
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Das Pendel hat eine zentrale Achse 25, die die kardanische Aufhängung
22 durchsetzt und mit einem Ringkontakt 26 versehen ist. Im Deckel 27 des Gehäuses
ist ein feststehender ringförmiger Gegenkontakt 28 angeordnet, der von einem nach
außen geführten Schaft 29 getragen ist.
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Von dem beweglichen Ringkontakt 26 aus führt eine biegsame Leitung
30 aus dem Deckel 27 heraus, wogegen der ringförmige Gegenkontakt 28 über eine Schraubklemme
31 mit einer biegsamen Leitung 32 in elektrischer Verbindung steht. Die Leitungen
30 und 32 gehören zu einem Hilfsstromkreis, der über den Magneten 33a eines Elektromagnetschalters
33 führt. Der Hilfsstromkreis 30, 32 ist an die Plusklemme 12 der Batterie 14 angeschlossen.
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Uber die Kontakte 33b des Elektromagnetschalters 33 führt das Pluskabel
34 für die elektrische Stromversorgung des Fahrzeuges.
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Die Kontakte 33b sind normalerweise geschlossen, wenn das Pendel 20
in der wirkungslosen Lage stabilisiert und der Hilfsstromkreis 30, 32 unterbrochen
ist. Der Spalt zwischen dem Ringkontakt 26 und dem Gegenkontakt 28 muß so groß bemessen
sein, daß geringfügige Pendelbewegungen des Pendels 20 elektrisch wirkungslos sind,
d. h. den Hilfsstromkreis nicht schließen.
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Erst bei einem unfallbedingten Pendelausschlag in irgendeiner Richtung
der Windrose kommt der Ringkontakt 26 mit dem Gegenkontakt 28 in Berührung, wodurch
der Hilfsstromkreis geschlossen und der Magnet 33a des Elektromagnetschalters 33
erregt wird.
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Hierdurch öffnen die Kontakte 33b und unterbrechen das Pluskabel 34.
Wie nichtnäherdargestellt, ist der Elektromagnetschalter 33 mit einem Haltekontakt
versehen, um die Kontakte 33b
offenzuhalten, auch wenn das Pendel
20 wieder zurückgeschwungen und der Hilfsstromkreis unterbrochen ist.
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Im Ausführungsbeispiel in der Fig. 2 und 3 wird der Hilfsstromkreis
durch die Batterie 14 des Fahrzeuges gespeist.
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Obwohl damit die Gefahr eines Kabelrisses verbunden mit Funkenbildung
im Bereich des Hilfsstromkreises gegeben ist, empfiehlt es sich, die Sicherheitsvorrichtung
so auszubilden, daß der Hilfsstromkreis innerhalb des Gehäuses 21, 27 verlegt und
das Gehäuse in unmittelbarer Nähe der Batterie 14 angeordnet ist, so daß zur Plusklemme
12 eine relativ kurze und bruchsichere Leitungsverbindung hergestellt werden kann.
Selbstverständlich ist es auch möglich, den Hilfskreis 30, 32 mit einer eigenen
Batterie von geringer Leistung zu speisen, daß eine Funkenbildung bei Leitungsbruch
nicht zu befürchten ist.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 zeigt eine Abwandlung, bei der
die Sicherheitsvorrichtung mit der Kabelklemme 12 der Batterie 14 als Befestigungsmittel
am Fahrzeug integriert ist.
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Die Kabelklemme 12 ist mit einem C-förmigen Halter 40 verbunden, dessen
oberer Schenkel 40a die kardanische Aufhängung 42 für ein Pendel 43 trägt. Ähnlich
wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist das Pendel 43 mit einer kegelstumpfartigen
Ausnehmung 44 am unteren Stirnende versehen, wobei in Fluchtrichtung der Kegelachse
ein Stößel 45 im Arm 40b des Halters 40 senkrecht geführt ist. Der Stößel 45 ist
von einer waagerechten Blattfeder 8 getragen, die in eine von dem Arm 40b getragene
Klemmvorrichtung 46 eingespannt ist. Die Blattfeder 8 liegt normalerweise an einer
mit der Klemme 12 verbundenen Blattfeder 10 an, so daß die Batteriespannung über
die Blattfeder 10, die Kontaktstelle mit der Blattfeder 8 und einem an die Klemmvorrichtung
46 angeschlossenen Kabel 47 in die Stromversorgung des Fahrzeuges geleitet ist.
Wie in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 beschrieben, hebt die
Blattfeder 8 von der Blattfeder 10 ab, wenn durch einen kräftigen Ausschlag des
Pendels 43 der Stößel 45 nach unten bewegt wird. Über die Steifigkeit der
Blattfeder
8 kann die Stabilisierung der definierten wirkungslosen Lage des Pendels 43 quasi
eingestellt werden, indem sichergestellt wird, daß nur unfallbedingte kräftige Ausschläge
des Pendels 43 über die kegelstumpfartige Ausnehmung 44 eine Verstellung des Stößels
45 auszulösen vermögen. Ein Offenhalten der Kontakte zwischen den Blattfedern 8
und 1G kann ebenfalls wie in Fig. 1 durch Einrasten des Stößels 45 in eine Ringnut
in der kegelstumpfartigen Ausnehmung sichergestellt werden.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 wird die träge Masse dargestellt
durch einen Exzenter 50, der auf einer senkrecht am Fahrzeug befestigten Achse 51
schwenkbar angeordnet ist.
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Die definierte wirkungslose Lage des Exzenters ist auf einen Winkelα
von ca. 45°zwischen der parallel zur Fahrtrichtung des Fahrzeuges verlaufenden senkrechten
Ebene F und einer durch die Schwenkachse 51a und den Schwerpunkt S des Exzenters
verlaufenden senkrechten Ebene N eingestellt. Zur Stabilisierung dieser Lage dient
eine Feder 52, die in der Ebene N bei 53 an dem Exzenter 50 angreift und bei 54
am Fahrzeug festgelegt ist.
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Der Exzenter 50 trägt am Umfang einen Schaltfinger 55, der bis zwischen
zwei Druckschalter 56, 57 reicht. Die Schalter 56, 57 sind eine Art von Kippschaltern,
die bei Druck auf ihre Schaltstifte 56a bzw. 57a von "Ein" auf "Aus" umschalten
und umgekehrt. Beide Druckschalter 56, 57 sind in Reihe zum von der Batterie kommenden
Pluskabel 58 geschaltet, jedoch kann die Leitung 58 auch Teil des im Zusammenhang
mit Fig. 2 beschriebenen Hilfsstromkreises sein.
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Der Exzenter 50 ist quasi ein um eine senkrechte Achse 51 schwenkbares
Pendel, das bei unfallbedingten hohen Beschleunigungs- und Verzögerungskräften durch
eine Schwenkbewegung anspricht, wodurch der Schaltfinger 55 entweder den einen oder
es den anderen Schalter 56, 57 umschaltet. Ist das Pluskabel 58 der Batterie, das
über die Schalter geführt ist, wird der
Stromkreis der Batterie
unmittelbar unterbrochen. Falls aber die Leitung 58 zu einem Hilfsstromkreis gehört,
wird durch eine Schwenkbewegung des Exzenters 50 einer der Schalter zum Schließen
des Hilfsstromkreises betätigt, wobei die beiden Schalter natürlich nicht in Reihe,
sondern parallelgeschaltet sein müßten.
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Die Einstellung der stabilisierten wirkungslosen Lage auf den Winkel
con ca. 450 bedeutet, daß nicht nur etwa in Fahrtrichtung wirksame unfallbedingte
Beschleunigungs- und Verzögerungskräfte eine Schwenkbewegung des Exzenters 50 auslösen,
sondern auch schräg oder senkrecht hierzu gerichtete Kräfte, außer solchen, die
genau in Richtung der Ebene N verlaufen. Die an sich sehr einfache Sicherheitsvorrichtung
nach Fig. 5 sollte daher durch einen zweiten Exzenter 50 ergänzt werden, der unter
einem Winkel α von 45 + 900 = 1350 in seiner wirkungslosen Lage stabilisiert
ist.
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Die Ausführungsform nach Fig. 5 eignet sich besonders dazu, die Sicherheitsvorrichtung
gemäß der Erfindung mit der Batterie zu integrieren. Die Batterie könnte einen Aufsatz
erhalten mit einer senkrechten Schwenkachse 51 und zwei hierauf schwenkbar gelagerten
Exzentern 50, wobei der Minuspol der Batterie durch den Aufsatz hindurchgeführt
ist, dem Pluspol jedoch die Schalteranordnungen 56, 57 innerhalb des Aufsatzes vorgeschaltet
sind.
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Durch eine derartige Ausbildung einer Batterie wird der spannungführende
Pluspol der Batterie selbst durch die Lageänderung einer der beiden trägen Massen
spannungslos, wobei sich die Lösung mit Hilfsstromkreis empfiehlt.
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