DE3735077A1

DE3735077A1 - Sicherheitsgurt

Info

Publication number: DE3735077A1
Application number: DE19873735077
Authority: DE
Inventors: Jacques Barral
Original assignee: Carl F Schroth GmbH
Priority date: 1987-10-16
Filing date: 1987-10-16
Publication date: 1989-05-03
Also published as: GB2211070B; JPH0788155B2; GB8809458D0; GB2211070A; DE3735077C2; JPH01103555A; US4854608A

Description

Die Erfindung betrifft einen Sicherheitsgurt gemäß den Merk malen im Oberbegriff des Anspruchs 1.

Sicherheitsgurte mit vier, fünf oder sechs Verankerungsstel len, welche hauptsächlich bei Renn-, Ralley- oder Sportwagen Anwendung finden, sind bekannt. Diese Sicherheitsgurte bestehen in der Regel aus zwei Schultergurten, einem Beckengurt und, in manchen Fällen, auch aus zwei Schenkelgurten.

Die besondere Form und Struktur solcher Sicherheitsgurte dient dazu, den Fahrern während des Wettkampfablaufs eine optimale Immobilisierung zu gewährleisten.

Mit derartigen Sicherheitsgurten wird jeder Fahrerkörper fest und symmetrisch gegen die Rückenlehne gepreßt, und zwar über zwei Schultergurte, welche sich oberhalb der Schulter erstrecken, und über mindestens einen sogenannten Beckengurt, der das Becken umgibt und festhält.

Auch bei den vorerwähnten Sicherheitsgurten hat man jedoch oft die unzulängliche Sicherung des Fahrers feststellen müssen, und zwar infolge verschiedener dynamischer Phänomene bei Aufprallversuchen (CRASH), welche mit einem Prüfwagen mit einer anthropomorphen, instrumentierten Puppe durchge führt wurden.

Diese Aufprallversuche folgen den von der EWG 77/541 in Zusammenhang mit Stößen bei 50 km/h und Bremskurve vorge sehenen Bestimmungen

Die augenfälligsten Schwierigkeiten und Nachteile, die an hand der erwähnten Versuchsmethode bei den bekannten Sicher heitsgurten zu beobachten waren, lauten wie folgt:

1. Das Submarining-Phänomen, welches in einem Rutschen des Beckengurtes aus seiner normalen Lage über den Becken kamm mit Verschiebung über die Weichteile des Unter leibs und in der entsprechenden Schwerverletzungsgefahr am Unterleib (Nieren, Leber, Darm, Milz) besteht.
2. Man hat ferner festgestellt, daß die an dem Brustkorb resultierende Beschleunigung 60 g und mehr beträgt, be trachtet als vom US-Standard 208 zulässiger Höchstwert.
3. Ein weiteres negatives Phänomen bei der Verwendung der bekannten Sicherheitsgurte besteht in der Überschreitung der zulässigen Höchstgrenze des HIC-Wertes (Head Injury Criteria=Kopfverletzungsbewertungskriterium), wie im US-Standard 208 mit der Aussageform definiert und auf 1000 festglegt ist.

Dieser Wert ist in den internationalen Normen als gültig anerkannt, um das Schutzsystem der Benutzer zu prüfen.

Dieser HIC-Wert wird von dem Kopf am Anprallzeitpunkt er reicht, wenn dieser bei kräftigem Anprallen des Brustbeins gegen den Sicherheitsgurt gewaltsam nach vorn geschleudert und gleichzeitig nach unten gedreht wird, so daß der am Brustkorb resultierende Wert über den zulässigen Höchstwert von 60 g gebracht wird.

Man hat also festgestellt, daß die symmetrische Vorwärtsver schiebung des Oberkörpers (Brustkrob, Arme, Kopf) während des Aufpralls darauf zurückzuführen ist, daß die Bewegungs energie E des Körpers zum Anprallzeitpunkt in zwei gleiche Anteile E₁ und E₂ getrennt wird, welche von den beiden Schul tergurten der bekannten Sicherheitsgurte bei gleichen Zeiten t₁ und t₂ aufgefangen und verzehrt werden. Die Schultern verschieben sich dabei symmetrisch nach vorn.

Diese dem erwähnten niedrigen Längungsvermögen der Sicher heitsgurte zugeordnete symmetrische Verschiebung verursacht daher die vorerwähnten Schwierigkeiten und Nachteile.

Es versteht sich mithin, daß sich bei Anwendung von mit Schenkelgurten versehenen Sicherheitsgurten des Submarining- Phänomen infolge des Vorhandenseins der Schenkelgurte elimi nieren läßt. Jedenfalls verschärft sich wesentlich das Risiko von Leistenverletzungen beim Anprall.

Auch durch den Einsatz von mit fünf oder sechs Verankerungs stellen mit Schenkelgurten versehenen Sicherheitsgurten wird der 60 g-Wert am Brustkorb und der 1000 HIC-Wert häufig leicht überschritten.

Aufgabe der Erfindung ist es, die sich bei einem Aufprall durch die dann gleichmäßige Verlagerung des Körpers ergebenden Nachteile und Schwierigkeiten des bekannten Sicherheits gurts zu beseitigen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale.

Die Umwandlung der voneinander abweichenden Bewegungsenergie anteile E₁ und E₂ des Körpers in zwei zueinander verschobenen Zeiten t₁ und t₂ kann im wesentlichen nach den folgenden Modalitäten erreicht werden:

1. Durch Ausstattung wenigstens eines Schultergurts mit mindestens einer Einrichtung zur Absorption der kinetischen Energie, welche dazu geeignet ist, das Längungsver mögen eines Schultergurts gegenüber dem anderen Schulter gurt zu änderen oder
2. durch Bereitstellung von zwei Schultergurten mit verschie denen Längungseigenschaften beim Aufprall.

Im folgenden werden einige erfindungsgemäße Ausführungsbei spiele anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen

Fig. 1eine schematische und perspektivische Ansicht eines angelegten Sicherheitsgurts mit vier Verankerungsstellen;

Fig. 2 in vergrößerter Darstellung eine Teilansicht auf einen Schultergurt des Sicherheitsgurts der Fig. 1;

Fig. 3 eine Seitenansicht auf die Darstellung gemäß Fig. 2;

Fig. 4 ebenfalls in vergrößerter Darstellung eine Teil ansicht auf eine zweite Ausführungsform eines Schultergurts des Sicherheitsgurts der Fig. 1;

Fig. 5 eine Seitenansicht auf die Darstellung gemäß Fig. 4;

Fig. 6 wiederum in vergrößertem Maße eine Teilansicht auf eine dritte Ausführungsform eines Schulter gurts des Sicherheitsgurts der Fig. 1;

Fig. 7 einen Längsschnitt durch die Darstellung der Fig. 6 entlang der Linie VII-VII;

Fig. 8 in vergrößertem Maßstab eine Teilansicht auf eine vierte Auführungsform eines Schultergurts des Sicherheitsgurts der Fig. 1;

Fig. 9 einen Längsschnitt durch die Darstellung der Fig. 8 entlang der Linie IX-IX;

Fig. 10 in vergrößertem Maßstab eine Teilansicht auf eine fünfte Ausführungsform eines Schultergurts des Sicherheitsgurts der Fig. 1;

Fig. 11 einen Längsschnitt durch die Darstellung der Fig. 10 entlang der Linie X-X;

Fig. 12 und 13 Ablaufdiagramme einer zeitabhängigen Energieumwand lung an Schultergurten nach einem definierten Auf prallversuch, der mit einer durch einen bekannten Sicherheitsgurt festgehaltenen Puppe durchgeführt wurde;

Fig. 14 und 15 Ablaufdiagramme einer zeitabhängigen Energieumwand lung an Schultergurten nach einem definierten Aufprallversuch, der mit einer durch einen Sicher heitsgurt gemäß den Fig. 2 bis 5 festgehaltenen Puppe durchgeführt wurde;

Fig. 16 und 17 Ablaufdiagramme einer zeitabhängigen Energieumwand lung an Schultergurten nach einem definierten Aufprallversuch, der mit einer durch einen Sicher heitsgurt gemäß den Fig. 6 bis 9 festgehaltenen Puppe durchgeführt wurde und

Fig. 18 und 19 Ablaufdiagramme einer zeitabhängigen Energieumwand lung an Schultergurten nach einem definierten Aufprallversuch, der mit einer durch einen Sicher heitsgurt gemäß den Fig. 10 und 11 festgehaltenen Puppe durchgeführt wurde.

Mit Bezug auf die Fig. 1 bis 3 ist auf einem Längenab schnitt des Schultergurts 1 eines Vier-Punkt-Sicherheits gurts SG eine doppel-S-förmige Faltung F realisiert, welche in der Mitte durch eine Naht 2 zusammengehalten ist. Diese Naht 2 ist so beschaffen, daß sie unter Umwandlung der kine tischen Energie bei einer vorbestimmten Beanspruchung reißt.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine zweite Ausführungsform einer Energieumwandlung. In diesem Falle wird der Schultergurt 3 nach Art eines Faltenbalgs mit drei Schlaufen 4, 4′, 4′′ gekräuselt. Die Schlaufen 4, 4′, 4′′ weisen jeweils in ihrem mittleren Längenabschnitt eine Naht 5, 5′, 5′′ auf. Diese Nähte 5, 5′, 5′′ sind ebenfall so ausgebildet, daß sie bei einer vorgegebenen Beanspruchung reißen, dabei den Schulter gurt 3 längen und auf diese Weise die kinetische Energie umwandeln.

In den Fig. 6 und 7 ist eine dritte Ausführungsform eines Sicherheitsgurts SG mit einer Umwandlung der Energie darge stellt.

Diese Ausführungsform weist eine im allgemeinen am Fahrzeug rahmen verankerbare Endklaue 6 auf.

Der Endabschitt 10 des Schultergurts 11 verläuft hierbei zunächst etwa parallel zur Endklaue 6, wird dann um 180° unterhalb des Langlochs 7 umgelenkt und anschließend durch ein Langloch 7 der Endklaue 6 geführt.

Die beiden so gebildeten doppellagigen Bereiche 9 und 12 weisen Verbindungsnähte 8 und 13 auf.

Die Energieumwandlung ist dabei durch die S-förmige Naht 13 realisiert, welche in dem unterhalb des Langlochs 7 angeord neten Bereich 9 vorgesehen ist, und zwar so, daß sie bei einer vorgegebenen Beanspruchung reißt.

In den Fig. 8 und 9 ist eine vierte Ausführungsform eines Sicherheitsgurts SG mit Energieumwandlung dargestellt.

Diese Aufsführungsform umfaßt im wesentlichen einen Schulter gurt 15 mit einem durch Faltung seines Endabschnitts 14 um 180° gestalteten und durch eine Naht 17 verbundenen doppel lagigen Bereich 21, der unter Bildung einer Klemm- bzw. Gleitwindung 19 S-förmig durch zwei zueinander parallele Schlitze 16, 16′ einer Besfestigungsklaue 18 geführt wird.

Ein innerhalb der Doppellage 21 in deren Endabschnitt ange ordneter Bolzen 20 übt eine Klemmwirkung auf die Doppellage 21 am Ende des Gleitenvorgangs durch die Schlitze 16, 16′ aus.

Die Energieumwandlung wird bei dieser vierten Lösung durch die zum Zeitpunkt des Gleitens der Doppellage 21 innerhalb der Schlitze 16, 16′ erzeugten Gleitreibung hervorgerufen.

In den Fig. 10 und 11 ist eine fünfte Ausführungsform einer Energieumwandlung dargestellt. Diese besteht im wesent lichen aus einem zu einer Kette 23 mit einem Garn gewebten Band 22, so daß man eine Verlängerung erhält, die mindestens 15% höher liegt als die bei den üblichen Sicherheitsgurten erreichbaren Verlängerungen, wenn diese einem Zug mit 400 kg ausgesetzt sind.

Beispielsweise kann das Band 22 aus einer Polypropylenfaser oder einer anderen elastischen Faser hergestellt sein, die dazu geeignet ist, allein und ohne Zusatz von anderen Be standteilen die gewünschte Verlängerung des Bands 22 zum Zwecke der Umwandlung der kinetischen Energie zu bewirken.

Es seien nunmehr die in den Fig. 12 bis 19 dargestellten Diagramme beschrieben, wobei in den Fig. 12 und 13 je weils die Ablaufdiagramme der zeitabhängigen Energieumwandlung bei einem "CRASH"-Versuch mit einer durch einen Vier-Punkt- Sicherheitsgurt SG festgehaltenen Puppe 24 dargestellt sind (Fig. 1), dessen Schultergurte 1, 1′ keine Verlängerungs möglichkeiten im Sinne einer Energieumwandlung besitzen.

Beide Kurven stellen den Verlauf der auf die beiden - rech ten und linken - Schultergurte 1, 1′ gleichzeitig ausgeübten Kräfte (in daN wiedergegebene Kräfte) dar.

Der Nullpunkt ist derjenige der Koordinatenachsen, wobei über die Abszissen die Zeit t in Tausendstelsekunden und über die Ordinaten die Kraft in daN dargestellt sind. Die von den erwähnten Kurven umhüllte Fläche E₁, E₂ hängt von der über die beiden Schultergurte 1, 1′ umgewandelten Energie ab, wobei sich E₁ auf den linken Schultergurt 1 und E₂ auf den rechten Schultergurt 1′ bezieht.

In dem spezifischen Beispiel fällt das dynamisch symmetrische Verhalten von zwei Schultergurten 1, 1′ ohne Energie umwandlung sehr ins Auge. Besonders auffallend ist es, daß

1. der Höchstwert der beiden Schultergurte 1, 1′ im wesent lichen in demselben Moment erreicht wird, wo t₁ mit t₂ zusammenfällt,
2. der Höchstwert des rechten Schultergurts 1 gleich demje nigen des linken Schultergurts 1′ ist,
3. beide Flächen E₁ und E₂ gleichwertig sind.

In den Fig. 14 und 15 sind jeweils Ablaufdiagramme der zeitabhängigen Energierumwandlung bei einem "CRASH"-Versuch mit durch einen Sicherheitsgurt SG festgehaltener Puppe 24 dargestellt, in dessen rechtem Schultergurt 1 bzw. 3 (Fig. 15) eine Energieumwandlung der in den Fig. 2 und 3 oder 4 und 5 dargestellten Art realisiert ist, und dessen linker Schultergurt 1′ normaler Art ist (Fig. 14).

In dem spezifischen Beispiel ist das dynamisch asymmetrische Verhalten der beiden Schultergurte 3, 1′ dargestellt. Beson ders auffallend ist es, daß

1. der Höchstwert in verschiedenen Zeiten erreicht wird, wobei der erste Höchstwert t₁ auf den Schultergurt 1′ ohne Energieumwandlung bezogen ist, während der zweite Höchst wert t₂ auf den Schultergurt 3 mit Energieumwandlung bezo gen ist,
2. der Höchstwert des Schultergurts 1 ohne Energieumwandlung höher liegt,
3. die durch die beiden Schultergurte 3, 1′ umgewandelten Ener gien sehr unterschiedlich sind, da beide Flächen E₁ und E₂ bei E<E₂ voneinander sehr unterschiedlich sind.

Es fällt ferner das Auftreten eines niedrigen Höchstwerts zu einem Zeitpunkt t₃ vor t₁ und t₂ infolge Reißens der Naht 2 bzw. 5, 5′, 5′′ der Energieumwandlung auf.

In den Fig. 16 und 17 sind jeweils die Ablaufdiagramme einer zeitabhängigen Energieumwandlung bei einem "CRASH"-Versuch mit durch einen Sicherheitsgurt SG festgehaltener Puppe 24 dargestellt, in dessen rechtem Schultergurt 11, 15 eine Energieumwandlung der in den Fig. 6 bis 9 dargestellten Art realisiert ist.

In dem spezifischen Beispiel ist das dynamisch asymmetrische Verhalten der beiden Schultergurte 11, 1′ bzw. 15, 1′ darge stellt, von denen derjenige Schultergurt 1′, der auf Fig. 16 bezogen ist, keine Energieumwandlung aufweist, während derjenige Schultergurt 11, 15, der auf Fig. 17 bezogen ist, mit einer Energieumwandlung versehen ist.

Besonders auffallend ist es, daß

1. der Höchstwert zu verschiedenen Zeitpunkten erreicht wird, wodurch der erste Höchstwert t₁ auf den Schultergurt 1′ ohne Energieumwandlung bezogen ist, während der zweite Höchst wert t₂ auf den Schultergurt 11, 15 bezogen ist, welcher die Energieumwandlung aufweist,
2. der Höchstwert für den Schultergurt 1′ ohne Energieumwandlung höher liegt,
3. die über die Schultergurte 11, 15 bzw. 1′ umgewandelten Ener gien bei E₁<E₂ wesentlich verschieden sind.

Beispielsweise sind die Größenordnungen, die Höchstwerte, die Dauerzeiten sowie die Zeiten zum Erreichen solchen Höchst wertes, die Phasendifferenzen zwischen den beiden Kurven und den Energieinhalten im wesentlichen gleich wie in den Diagrammen der Fig. 14 und 15 dargestellt.

Es ist aber in den Vordergrund gestellt, daß in diesem Falle die Kurve, die sich auf den Schultergurt 11, 15 bezieht, welcher also mit einer Energieumwandlung versehen ist, keinen so ausgeprägten, niedrigen Höchstwert wie in Fig. 15 auf weist. Hauptsächlich aber zeigt sie keinen Sturz auf Null der von diesem Schultergurt 11, 15 auf die Schulter mit unvermeidlichen biomechanischen Beanspruchungen aufgebrachten Kraft. Sie zeigt dagegen eine gleichbleibende Belastungs flachlinie, die auf der gleichmäßig zunehmend zu Bruch ge henden, in den Fig. 6 und 7 dargestellten Energieumwandlung 13 bzw. auf der von der in den Fig. 8 und 9 dargestellten Energieumwandlung 19 konstant ausgeübten Gleitreibung beruht.

In den Fig. 18 und 19 sind jeweils die Ablaufdiagramme der zeitabhängigen Energieumwandlung bei einem "CRASH"-Versuch mit durch einen Sicherheitsgurt 56 gemäß den Fig. 10 und 11 festgehaltener Puppe 24 dargestellt, bei dem das Längungs vermögen des rechten Schultergurts 22 mindestens 15% höher liegt als das Längungsvermögen des linken Schultergurts 1′.

Es wird in den Vordergrund gestellt, daß in diesem Falle die Kurve, die sich auf den Schultergurt 22 mit Energieumwandlung 23 bezieht, überhaupt kein Auftreten eines niedrigen Höchst wertes wie in Fig. 15, sowie keine Flachlinie wie in Fig. 17 aufweist. Sie folgt aber genau, auch wenn mit einem ent schieden niedrigerem Höchstwert, dem glockenförmigen Verlauf der Kurve der Fig. 18.

Infolge der Drehung und der beträchtlichen Vorwärtsverschie bung des Brustkorbs wie bei einem Aufprall die Rutschwirkung (submarining) des Beckens unterhalb der Beckengurte 25 zunichte gemacht, auch wenn die Puppe 24 auf Seriensitzen sitzt, welche weitgehend weniger ungefedert, eingefallen und durchhängend als diejenigen sind, die in Renn-, Ralley- oder Sportwagen eingesetzt werden.

Außerdem verwandelt sich, aus den vorerwähnten Gründen, der heftigen Kopfaufprall gegen das Brustbein in ein Gleiten mit nicht nur longitudinalen, sondern auch mit seitlichen und senkrechten Komponenten, mit darauffolgender Verminderung der "g"-Zahl am Brustkorb und Reduzierung der Höchstwerte unter 1000 HIC.

Claims

1. Sicherheitsgurt, insbesondere für den Renn- und Ralley sport, der zwei Schultergurte sowie einen mit den Schulter gurten durch ein Schloß koppelbaren Beckengurt aufweist, die mindestens mittelbar am Fahrzeugrahmen befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Schultergurte (1, 3, 11, 15, 22 bzw. 1′) umgewandelten Bewe gungsenergien E₂ und E₁ voneinander verschieden sind und in voneinander verschobenen Zeiten t₂ und t₁ derart umge wandelt werden, daß sich beide Schultergurte (1, 3, 11, 15, 22 bzw. 1′) asymmetrisch verlängern, indem sie eine Drehung des Rumpfes mit darauffolgendem Vorschub einer Schulter gegenüber der anderen Schulter erlauben.

2. Sicherheitsgurte nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß an mindestens einem Schulter gurt (1) wenigstens ein Energiewandler aus einer doppel-S- förmigen Schlaufe (F) vorgesehen ist, wobei diese Schlaufe (F) durch eine Quernaht (2) zusammengehalten ist.

3. Sicherheitsgurt nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß an mindestens einem Schulter gurt (3) ein faltenbalgähnlicher Energiewandler vorgesehen ist, der wenigstens eine, vorzugsweise jedoch mehrere durch eine Quernaht (5, 5′, 5′′) zusammengehaltene Schlaufe (4, 4′, 4′′) aufweist.

4. Sicherheitsgurt nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß an mindestens einem Schulter gurt (11) ein Energiewandler aus einem durch ein Langloch (7) einer Ankerklaue (6) geführten Bandabschnitt (10) vorge sehen ist, wobei die übereinandergelegten Bereiche (9, 12) des Bandabschnitts (10) vor und hinter dem Langloch (7) durch Nähte (13, 8) zusammengehalten sind.

5. Sicherheitsgurt nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß an mindestens einem Schulter gurt (15) ein Energiewandler aus einem durch zwei Schlitze (16, 16′) einer Ankerklaue (18) unter klemmendem Widerstand verschiebbaren Doppelband (21) vorgesehen ist, wobei das gefaltete Ende des Doppelbands (21) durch einen Bolzen (20) quer durchsetzt wird.

6. Sicherheitsgurt nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Energiewandler aus einem für einen Schultergurt (22) vorgesehenen Webkettgarn-Band besteht, das ein Längungsvermögen erreicht, welches 15% höher als das mit üblichen Schultergurten (1′) erzielbare Längungsvermögen ist, soweit diese einer Beanspruchung mit 400 kg ausgesetzt sind.