Fahrzeug mit mindestens einem Sitz für mindestens einen Fahrzeuginsassen und mit einem Gurtsystem
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit mindestens einem Sitz für mindestens einen Fahrzeuginsassen und mit einem Gurtsystem, mit dem der Fahrzeuginsasse bei einem einen Mindestverzögerungswert überschreitenden Verzöge- rungsvorgang des bewegten Fahrzeugs auf dem Sitz zurückgehalten wird.
Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, dienen regelmäßig der Beförderung von Personen. Bei Personenkraftwagen befinden sich im Allgemeinen 4 oder 5 Sitze im Fahrzeug, die jeweils für eine Person, also für einen Fahrzeuginsas- sen, Platz bieten. Während der Fortbewegung befindet sich dabei stets zumindest ein Fahrzeuginsasse, nämlich der Fahrer, auf seinem Sitz.
Während der Fahrt kommt es zu Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgängen, die sich innerhalb bestimmter, üblicher Grenzen abspielen und keinerlei Gefahr für den Fahrzeuginsassen bilden.
Problematisch ist es jedoch, wenn das Fahrzeug auf ein Hindernis aufprallt und dadurch eine sehr starke, einen Mindestverzögerungswert überschreitende Verzögerung sowohl des Fahrzeugs als auch des Fahrzeuginsassen eintritt. Werden keine weiteren Maßnahmen getroffen, kann es zu schweren Verletzungen des Fahrzeuginsassen kommen. Aus diesem Grunde werden seit vielen Jahrzehnten Gurtsysteme eingesetzt, die den Fahrzeuginsassen bei derartigen Verzögerungsvorgängen nach einem Aufprall auf dem Sitz zurückhalten sollen.
Sicherheitsgurte sollen nach Möglichkeit die Fahrzeuginsassen bei einem solchen Verzögerungsvorgang vor dem Aufschlag auf Fahrzeugteile bewahren und gleichzeitig die vom Sicherheitsgurt auf den Fahrzeuginsassen wirkenden Kräfte auf einen für den Menschen verträgliches Niveau begrenzen.
Würde keine solche Begrenzung der vom Sicherheitsgurt auf den Fahrzeuginsassen wirkenden Kräfte vorgenommen, so würde ja der Sicherheitsgurt die gleichen Verletzungen des Fahrzeuginsassen bewirken, wie dies ein direkter Aufprall des Fahrzeuginsassen auf ein Hindernis hervorrufen würde. Für eine solche Begrenzung der vom Sicherheitsgurt auf den Fahrzeuginsassen wirkenden Kräfte ist in der FR 1 180 364 B ein Dehnglied im Sicherheitsgurt vorgeschlagen worden. Der Einsatz eines Dehngliedes mit Sicherheitsgurt führt zwangsläufig zu einer Vergrößerung des Relativweges zwischen dem auf ein Hindernis geprallten Fahrzeug und dem Fahrzeuginsassen.
Der Gesamtanhalteweg besteht aus dem Deformationsweg, der dem Fahrzeug durch seine Verformung bei diesem Verzögerungsvorgang bis zu seinem Stillstand relativ zur Oberfläche zur Verfügung steht, einerseits und zusätzlich aus demjenigen Weg, den der Insasse relativ zum Fahrzeug durchführen kann, bis er auf Bauteile im Innenraum des Fahrzeugs aufschlägt.
Dieser Anhalteweg muss im Ernstfall ausreichen, um die bei Beginn des Aufpralls des Fahrzeugs auf das Hindernis in dem Fahrzeuginsassen relativ zur Erdoberfläche enthaltene kinetische Energie abzubauen. Reichen der Anhalte- weg und der freie Weg nicht aus, kommt es zum Aufprall auf die Fahrzeugteile und die Verletzung des Insassen durch die Fahrzeugbauteile sind dann ebenfalls nicht mehr vermeidbar.
Um die Kräfte im Sicherheitsgurt mit Hilfe eines Dehngliedes auf ein möglichst niedriges Niveau zu bringen und damit die Belastungen des Menschen bei einem Unfall so niedrig wie möglich zu halten, ist es daher sinnvoll, den Anhalteweg so lang wie möglich zu gestalten. Da die Freiräume zwischen dem Insas-
sen und den Fahrzeugteilen, z. B. dem Lenkrad, durch ergonomische Größen des Menschen bestimmt werden, wäre in diesem Bereich eine Verlängerung des Anhaltswegs nur durch das Wegziehen der Bauteile möglich, was auch in gewissem Maße praktisch versucht wird.
Physikalisch besteht noch die Möglichkeit, die Länge des Vorderwagens zu vergrößern, ohne den dabei gewonnenen Deformationsweg durch zusätzliche Bauteile zu blockieren. Dies ist jedoch in der Praxis nicht möglich.
Gurtsysteme werden heutzutage meist mit einem automatischen Gurtaufroller ausgestattet. Bei einem Gurtsystem mit einem automatischen Gurtaufroller wird die Sperrung des Gurtbands bei einem Unfall durch einen mechanischen Sensor eingeleitet. Dabei wird aufgrund einer Relativbewegung der trägen Sensormasse des Sensors relativ zum Fahrzeug über ein Klinkensystem der Gurtauf- rollmechanismus gesperrt. Weiterhin bewegt sich der Insasse noch relativ zum Fahrzeug, ohne dass Kräfte im Sicherheitsgurt den Insassen halten, bis alle Gurtlosen zwischen dem Insassen und dem Gurt eliminiert sind. Solche Gurtlosen sind z. B. das locker aufgewickelte Gurtband auf dem Gurtaufroller oder die Bekleidung des Insassen.
Die DE 22 23 061 A1 schlägt eine weitere Verbesserung gerade bei solchen Gurtsystemen vor. Sie setzt eine Spanneinrichtung für die Sicherheitsgurte ein und verlegt auf diese Weise den Gurtkraftanstieg auf den Fahrzeuginsassen auf einen etwas früheren Zeitpunkt und verbessert so die physikalischen Verhält- nisse.
Bei der Kombination eines Dehnglieds und einer Spanneinrichtung, wie etwa nach der DE 22 23 061 A1 , in einem Sicherheitsgurt kommt es im Fall eines Aufpralls des Fahrzeuges zu folgenden physikalischen Abläufen:
Ein Sensor erkennt den Aufprall des Fahrzeugs auf ein Hindernis. Der Sensor beurteilt den Verzögerungsverlauf des Fahrzeugs nach einem speziellen Algo-
rithmus, um dann nach Überschreitung einer definierten Unfallschwere einen elektrischen Impuls zur Aktivierung des Zünders der Spanneinrichtung zu erzeugen. Der Zünder zündet dann einen pyrotechnischen Treibsatz, dessen Gas über unterschiedlichste mechanische Systeme eine Drehbewegung der Gurtwi- ckelwelle zur Entfernung der Gurtlose einleitet. Anders ausgebildete mechanische Straffeinrichtungen straffen das Gurtband mit Hilfe einer linearen Bewegung des Gurtschlosses, die ebenfalls durch einen pyrotechnischen Treibsatz eingeleitet wird.
Im Sicherheitsgurt entsteht dabei eine Kraft. Die Kraft ist abhängig von der kinetischen Energie der durch die Spanneinrichtung auf Geschwindigkeit gebrachten trägen Massen der Spanneinrichtung selbst und von Bauteilen des Gurtsystems. Die Federsteifigkeit des Gurtbandes und des Insassen und der dabei entstandene Spannweg bestimmen die Höhe der Kraft.
Da zum Abschluss des Spannvorgangs die Relativbewegung zwischen dem Gurtsystem und dem Fahrzeuginsassen gleich Null ist, muss die gesamte kinetische Energie der bewegten trägen Massen während des Spannvorgangs in potentielle Energie, nämlich Gurtkraft multipliziert mit dem Verformungsweg des Gurtbandes und dem Verformungsweg des Fahrzeuginsassen, umgewandelt werden.
Durch die Spannvorrichtung wird also der Sicherheitsgurt so gestrafft, dass die sogenannte Gurtlose des Sicherheitsgurtes und auch die Losen der Kleidung des Fahrzeuginsassen entfernt werden. Dies sind die lockeren Kleidungsbestandteile zwischen Gurtband und Körper des Fahrzeuginsassen, die so zusammen gedrückt werden und auch lockere, nicht drückende Bestandteile des Gurtbandes, die üblicherweise während des Fahrens durchaus mit Absicht bestehen, um den Fahrzeuginsassen während des Fahrens nicht unnötig zu be- hindern und sein Wohlbefinden nicht zu beeinträchtigen. Durch die Spanneinrichtung wird das Gurtband jedoch kurzfristig und ruckartig festgezogen, sowie ein Sensor erkennt, dass ein Aufprall des Fahrzeuges auf ein Hindernis mit ei-
ner gewissen Schwere erfolgt ist. Physikalisch wird dabei die sehr kleine träge Masse des Gurtbandes und der lockeren Bestandteile der Kleidung über einen Spannweg in sehr kurzer Zeit durch eine hohe Beschleunigung der Spannvorrichtung bewegt. Im Verhältnis zu den trägen Massen des Fahrzeugs insgesamt oder auch des Fahrzeuginsassen sind die zu bewegenden Massen außerordentlich gering.
Eine Relativbewegung zwischen dem Insassen und dem Fahrzeug findet dabei nicht statt, da die für den Spannvorgang des Gurtbandes eingesetzte Energie nicht ausreicht, um die relativ große Masse des Fahrzeuginsassen zu bewegen.
Erst durch den sich beim Unfall deformierenden Vorderwagen und der gleichzeitig einsetzenden Verzögerung des Fahrzeugs bewegt sich der Insasse relativ zum Fahrzeug. Er folgt der ursprünglichen Fahrrichtung, bewegt sich vom Sitz also in Richtung des Vorderwagens. Dadurch wird das Gurtband weiter gedehnt und die Gurtkräfte steigen auf ein Niveau, das den Insassen auf dem von diesem Zeitpunkt an über dem vom Fahrzeug noch zur Verfügung gestellten Deformationsweg und dem Freiraum des Insassen im Fahrzeug, relativ zur Erdoberfläche zum Stillstand bringt. Die Dehnbarkeit des Gurtbandes folgt also ei- nem Kompromiss: Das Gurtband sollte so dehnbar sein, dass der Fahrzeuginsasse nicht über einen gerade noch vertretbaren, schwere Verletzungen vermeidenden Wert hinaus belastet und verzögert wird. Seine Dehnbarkeit sollte andererseits so niedrig gehalten werden, dass der Fahrzeuginsasse während der Verzögerung möglichst vor dem Aufschlag auf Fahrzeugteile im Inneren der Fahrgastzelle zum Stillstand kommt oder jedenfalls die Verletzungen beim Aufschlag so niedrig wie möglich gehalten werden.
Trotz dieser mit Erfolg eingesetzten Gurtsysteme und Gurtstraffeinrichtungen bleibt der Wunsch nach weiteren Verbesserungen bei Unfällen von Fahrzeu- gen, beispielsweise bei Aufprallen auf ein Hindernis.
Diesem Wunsch versucht man durch sehr aufwendige Auffangvorrichtungen, wie beispielsweise Airbags zu entsprechen. Diese können aber nicht allen Wünschen entsprechen.
Eine weitere Maßnahme, um möglichst schnell die Relativbewegung des Fahrzeuginsassen zum Fahrzeug einzuleiten und auf diese Weise mehr Anhalteweg für den Insassen zu erhalten, wäre es, wenn die Verzögerung des Fahrzeugs von Anbeginn des Unfalls an möglichst hoch ist, wenn also der Deformationsbereich relativ hart ausgestaltet ist. Unter Berücksichtigung der Verträglichkeit zu anderen Fahrzeugen bei einem Unfall sollte jedoch der vordere Deformationsbereich weicher gestaltet werden. Auch für Unfälle mit niedriger Unfallschwere ist es sinnvoll, den vorderen Deformationsbereich weicher zu gestalten.
Die Maßnahme, den vorderen Bereich der Fahrzeugfront in ihrer Bauweise här- ter zu gestalten, um die Belastungen des Insassen bei einem schweren Unfall zu reduzieren, ist damit bei anderen Unfallarten nachteilig. Diese Vorgehensweise ist daher ebenso wie die Verlängerung des Vorderwagens nicht praktikabel.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein gattungsgemäßes Fahrzeug so auszubilden, dass bei Unfällen die Belastungen der Fahrzeuginsassen weiter reduziert werden.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Gurtsystem mit einer Einrichtung ausgerüstet ist, die den Fahrzeuginsassen kontinuierlich während wenigstens der Hälfte der Zeitdauer des Verzögerungsvorgangs über das Gurtsystem mit einer gegen die Fahrtrichtung gerichteten Kraft beaufschlagt, die hinreichend groß ist, um den Fahrzeuginsassen auf dem relativ zur Erdoberfläche vom Fahrzeug zur Verfügung gestellten Anhalteweg des Fahrzeuginsassen gegen- über der Erdoberfläche zum Stillstand zu bringen. Der Anhalteweg des Fahrzeuginsassen setzt sich dabei aus dem in der Fahrgastzelle des Fahrzeuges zurücklegbaren Weg des Fahrzeuginsassen bis zu einem Aufprall auf einen
Gegenstand und dem Verformungsweg des Fahrzeuges oder der Knautschzone zusammen.
Dadurch wird überraschend die Aufgabe gelöst. Über einen erheblichen Teil des Verzögerungsvorganges wird durch das Gurtsystem der Fahrzeuginsasse relativ zum Fahrzeug gegen die Fahrrichtung bewegt. Bekannt ist ja das Gegenteil: Der Fahrzeuginsasse bewegt sich relativ zum Fahrzeug in Fahrtrichtung, also nach vorn. Im Stand der Technik wird ja erst durch diese Bewegung nach vorn das Dehnverhalten des Sicherheitsgurtes ausgelöst und dadurch diese Bewegung nach Möglichkeit gedämpft.
Erfindungsgemäß wird jedoch stattdessen zu einem möglichst frühen Zeitpunkt eine Bewegung des Fahrzeuginsassen in die Gegenrichtung veranlasst. Das Dehnverhalten des Sicherheitsgurtes wird also zu diesem Zeitpunkt noch nicht in Anspruch genommen. Zu berücksichtigen ist, dass der gesamte Verzögerungsvorgang zeitlich extrem kurz ist. Der Fahrzeuginsasse wird während dieses extrem kurzen Zeitraumes nicht über größere Strecken relativ zum Fahrzeug bewegt, diese Bewegung hat jedoch das Ergebnis, dass die im Stand der Technik auftretenden Beschleunigungsspitzen vollständig abgebaut und ausge- glichen werden.
Bei den heutigen Fahrzeugen wird mit dem Aufbau der Rückhaltekräfte im Gurtband des Sicherheitsgurtes des Gurtsystems durch die Relativbewegung zwischen Fahrzeuginsasse und Fahrzeug erzeugt. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung werden sofort die erforderlichen Kräfte zum Anhalten des Fahrzeuginsassen erzeugt. Die von der zusätzlichen Ausgestaltung des Fahrzeuges erzeugte Kraft im Gurtsystem wird so gestaltet, dass der vom Fahrzeug zur Verfügung gestellte Deformationsweg physikalisch wesentlich besser genutzt werden kann, als dies im Stand der Technik möglich ist.
Die beispielsweise aus der DE 22 23 061 A1 bekannt Spannvorrichtung ist als Zusatzelement unverändert nützlich, da sie völlig unabhängig von der Ausges-
taltung des Fahrzeugs nach der jetzigen Erfindung ist und das Entfernen von Gurtlosen auch bei einem Fahrzeug gemäß der Erfindung sinnvoll bleibt und den Effekt unterstützt.
Der Unterschied der erfindungsgemäßen Ausgestaltung gegenüber einer Spannvorrichtung nach der DE 22 23 061 A1 ist technisch und physikalisch jedoch erheblich. In der bekannten Spannvorrichtung werden nur die Massen der Spannvorrichtung und des Gurtbandes für einen sehr kurzen Zeitraum einmal beschleunigt, um eine optimale Anlegung des Gurtes zu bewirken. Die kineti- sehe Energie der Massen erzeugt dabei nur eine kleine Vorspannung im Gurtband. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung hingegen wird eine Gurtkraft erzeugt, die die große Masse des Fahrzeuginsassen verzögert, und zwar über den gesamten oder jedenfalls doch über einen wesentlichen, mehr als die Hälfte der Zeit umfassenden Teil des Verzögerungszeitraumes.
In der Praxis bevorzugt wird die gesteuerte Verzögerung und damit Beeinflussung der Bewegung über den gesamten Zeitraum des Verzögerungsvorgangs vorgenommen. Dadurch müssen natürlich durchaus erhebliche Kräfte in den Sicherheitsgurt eingebracht werden, die entsprechend zur Optimierung des Vorganges gesteuert und dosiert werden können. Die Dehnbarkeit eines Dehngliedes wird erst zu einem relativ späten Zeitpunkt des Verzögerungsvorgangs in Anspruch genommen.
Es ist wünschenswert, dass die entsprechenden Effekte und die Steuerung so früh wie möglich einsetzen. Wenn daher die Entwicklung zu Sensoren führt, die zu immer früheren Zeitpunkten einen Aufprall mit genügender Schwere erkennen oder sogar vorhersagen können, kann dies entsprechend für den erfindungsgemäßen Aufbau genutzt werden, um die Gesamtverzögerung des Fahrzeuginsassen so zu optimieren, dass die Belastung weiter abgebaut wird.
Die Details dieses physikalischen Effektes werden noch im Folgenden näher erörtert.
der Erfindung wird es möglich, den gesamten Verformungsweg des Vorderwagens des Fahrzeugs und zusätzlich auch den im Innenraum zur Verfügung stehenden Weg zu nutzen. Nach der Erkennung des Unfalls oder Aufpralls und damit des den Mindestverzögerungswert überschreitenden Verzögerungsvorgangs wird das Gurtsystem auf einem Kraftniveau gehalten, das zur Rückhaltung des Insassen auf einem möglichst konstanten Niveau geeignet ist. Dieses Kraftniveau wird nach einem bevorzugt durchgeführten Spannvorgang nicht erst durch eine Relativbewegung zwischen Fahrzeug und Fahrzeuginsasse erreicht, sondern schon durch das Zuführen zusätzlicher Energie nach dem Spannvorgang.
Das Gurtsystem beaufschlagt den Fahrzeuginsassen bevorzugt mit einer Kraft, die so bemessen ist, dass ohne Verzögerungsvorgang der Fahrzeuginsasse relativ zum Fahrzeug gegen die Fahrtrichtung bewegt wird, also größer ist als die Kraft, die zum Ausgleich der Gurtlose benötigt wird. Die Kraft ist dabei so bemessen, dass der Gurt keine Schäden an dem Fahrzeuginsassen bewirkt, also unterhalb einer vorbestimmten Maximalbelastung oder -beschleunigung bleibt.
Auch kann die Einrichtung die über das Gurtsystem aufgebrachte Kraft so steuern, dass die Belastung des Fahrzeuginsassen aufgrund des Verzögerungsvorganges über den Anhalteweg des Fahrzeuginsassen im Wesentlichen konstant bleibt, um den Fahrzeuginsassen relativ zum Fahrzeug gegen die Fahrtrichtung zu bewegen.
Bevorzugt besitzt die Erfindung, die den Fahrzeuginsassen kontinuierlich während wenigstens der Hälfte der Zeitdauer des Verzögerungsvorgangs über das Gurtsystem mit einer Kraft beaufschlagt, einen Kolben in einem Zylinder, der über eine Kolbenstange eine Kraft in das Gurtsystem einleitet.
Weitere bevorzugte Merkmale sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Im Folgenden werden anhand der Zeichnung einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie die Vorteile und der Ablauf des mit der Erfindung möglichen Verzögerungsvorgangs des Fahrzeuginsassen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs;
Figur 2 ein Diagramm der Beschleunigung über dem Anhalteweg relativ zur Erdoberfläche nach dem heutigen Stand der Technik;
Figur 3 ein Diagramm der Beschleunigung über dem Anhalteweg relativ zur Erdoberfläche gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 4 ein Diagramm, das einen Vergleich der Kurven aus den Figuren 2 und 3 ermöglicht;
Figur 5 ein Diagramm, das den Anhalteweg über der Zeit bei Verhältnissen wie in der Figur 4 zeigt;
Figur 6 ein Diagramm, das ähnlich der Darstellung in Figur 4 Kurven bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Figur 7 ein Diagramm, das ähnlich der Darstellung in Figur 6 Kurven bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Figur 8 zwei weitere Diagramme, die die Geschwindigkeit und den Anhalteweg über der Zeit nach dem Stand der Technik zeigen;
Figur 9 zwei weitere Diagramme, die die Beschleunigung und die Ge- schwindigkeit über der Zeit bei einem erfindungsgemäßen Verhalten zeigen;
Figur 10 sechs weitere Diagramme, die die Beschleunigung, die Geschwindigkeit und den Anhalteweg jeweils über die Zeit bei zwei alternativen Ausführungsformen der Erfindung zeigen;
Figur 11 eine Übersichtsskizze mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellung;
Figur 12 als auszugsweise Darstellung das Verhalten einer Kolbenstange aus dem Ausführungsbeispiel in Figur 11 ;
Figur 13 einen Ausschnitt einer alternativen Ausführungsform;
Figur 14 einen Ausschnitt aus einer anderen alternativen Ausführungsform;
Figur 15 einen Ausschnitt in einer noch weiteren alternativen Ausführungsform;
Figur 16 eine Prinzipskizze für eine weitere Ausführungsform mit einer zweiten Öffnung eines Druckbehälters;
Figur 17 eine Übersichtsdarstellung über eine Zusatzausstattung der Rückenlehne des Fahrzeugs;
Figur 18 eine Ausschnittsskizze für eine weitere Zuatzeinrichtung;
Figur 19 eine Schnittdarstellung durch einen Teil eines Kraftzylinders;
Figur 20 eine Darstellung gemäß Figur 19 bei erhöhtem Innendruck;
Figur 21 eine Schnittdarstellung eines Kraftzylinders bei Druckbeaufschlagung; sowie
Figur 22 einen Kraftzylinder nach Figur 21 mit einem Kolben in Endposition.
In der Figur 1 ist rein schematisch ein Fahrzeug 60 dargestellt. In dem Fahrzeug 60 befindet sich ein Sitz 61 und auf diesem ein Fahrzeuginsasse 62.
Das Fahrzeug bewegt sich auf Rädern 63, der Fahrzeuginsasse 62 steuert das Fahrzeug 60 mit einem schematisch angedeuteten Lenkrad 64. Das Fahrzeug 60 bewegt sich in der Fahrtrichtung 65 relativ zum Erdboden 66.
Angedeutet ist, dass der Fahrzeuginsasse 62 mit dem Fahrzeug 60 gegen ein Hindernis 67 fährt. In dem Moment des Aufpralls beginnt der Verzögerungsvor- gang. Etwaige vorherige Bremsvorgänge sind dabei vernachlässigt.
Die Figur 2 zeigt den Verzögerungsverlauf eines Fahrzeugs 60 nach einem Aufprall über dem Verformungsweg relativ zur Erdoberfläche. Nach rechts ist der Weg in Metern aufgetragen, nach oben die Beschleunigung in m/s2. Da sowohl das Fahrzeug 60 als auch der Fahrzeuginsasse 62 verzögert werden, ist der Beschleunigungswert entsprechend negativ. Bei der Betrachtung der Darstellung sollte als Vergleichsmaßstab die Erdbeschleunigung (g) von etwa 9,81 m/s2 betrachtet werden. Eine Verzögerung von 500 m/s2 wäre also eine Verzögerung von etwas mehr als 50 g.
Eingetragen sind in der Darstellung zwei Kurven, die beide zum Zeitpunkt des Aufpralls des Fahrzeugs 60 an dem jeweils aktuellen Ort „0 m" beginnen. Die dick eingetragene Kurve zeigt das Verhalten des Fahrzeugs 60 beziehungsweise von einem Punkt des Fahrzeugs 60 etwa in der Fahrzeugmitte. Die dünn durchgezogene Linie zeigt das Verhalten der Brust eines Fahrzeuginsassen 62. Dargestellt ist ein Verhalten bei einem Fahrzeug 60 nach heutigem Stand der
Technik, ausgerüstet mit einem Gurtsystem, einer Spannvorrichtung und Dehngliedern im Gurtband.
Die Aufprallgeschwindigkeit des Fahrzeugs 60 auf das Hindernis 67 betrug bei dem Versuch circa 64 km/h. Das Hindernis 67 war dabei eine heute in Europa üblicherweise eingesetzte deformierbare Barriere. Dabei bestand beim Aufprall des Fahrzeugs 60 auf die Barriere zwischen der Fahrzeugfront und der Barriere eine Überdeckung von 50 %, die in Figur 1 nicht dargestellt ist.
Aus der Figur 2 erkennt man, dass das Fahrzeug relativ zur Erdoberfläche nach ca. 90 cm zum Stillstand kommt und dann aufgrund der Elastizitäten im Rohbau sich etwas in die entgegengesetzte Richtung bewegt. Der Fahrzeuginsasse hat relativ zur Erdoberfläche durch die Nutzung des Innenraums einen ca. 30 cm längeren Anhalteweg.
Bei diesem Aufprall hatte das Sensorsystem circa 18 Millisekunden nach dem Beginn der ersten Berührung des Fahrzeugs 60 mit dem Hindernis 67 den Aufprall erkannt und das pyrotechnische Straffsystem aktiviert. Zu diesem Zeitpunkt hatten sich der Fahrzeugmittelpunkt und fast synchron dazu auch mit ihm der Fahrzeuginsasse 62 um rund 25 cm in der ursprünglichen Fahrtrichtung 65 (hier also nach rechts) bewegt. Nachdem die kinetische Energie des Straffsystems durch die Vorspannung im Gurtsystem aufgebraucht wurde, erhöht sich dann die Verzögerung in Abhängigkeit der Relativbewegung des Insassen 62 zum Fahrzeug 60 und der sich damit aufbauenden Kräfte im Gurtsystem. Es ist weiterhin erkennbar, dass die Verzögerung der Brust des Fahrzeuginsassen 62 deutlich höher ist als die Verzögerung des Fahrzeugs 60.
An der dick durchgezogenen Kurve kann man auch erkennen, dass, wie auch für den Fachmann bekannt, zunächst die „weicheren Bestandteile" des Fahr- zeugs 60 deformiert werden, so dass die Verzögerung des Fahrzeugs 60 in mehreren Schritten jeweils ansteigt, wenn immer „härtere" Fahrzeugpartien deformiert werden. Erst im weiteren Verlauf werden gefährlichere Werte von mehr
als 200 m/s2 erreicht. Die Verzögerung des Fahrzeugs bleibt aber schließlich auf etwa 320 m/s2 beschränkt.
Die Verzögerung des Fahrzeuginsassen 62 steigt aufgrund der Dehnglieder im Gurtsystem regelmäßig und kontinuierlich an und erreicht gegen Schluss der Verzögerung sehr gefährliche und wahrscheinlich tödliche Werte. Klar sollte sein, dass ohne einen Sicherheitsgurt dieser relativ langsame Aufbau nicht stattfinden würde, sondern der Fahrzeuginsasse 62 aufgrund des bei ihm persönlich völlig fehlenden Deformationsbereiches dann mit einer noch sehr viel höheren Verzögerung bei seinem Auftreffen auf die Fahrzeugteile rechnen muss, die die -500 m/s2 aus der Darstellung noch weit übertreffen.
Bei dem Einsatz der heute bekannten Insassenschutzsysteme, wie Sicherheitsgurt mit pyrotechnischem Straffer, Dehngliedern und Airbag, wird der von den Fahrzeugvorderwagen zur Verfügung gestellten Deformationsweg nur etwa 25 % bis 35 % effektiv für das Anhalten des Insassen von der Fahrgeschwindigkeit bei dem Beginn des Aufpralls bis auf die Geschwindigkeit Null zur Erdoberfläche genutzt.
Daraus resultiert die dann gegen Ende des Vorgangs notwendige höhere Verzögerung des Insassen 62 gegenüber dem Fahrzeug 60.
Hier wird nun erfindungsgemäß ein anderer Ablauf ermöglicht, der dem Fahrzeuginsassen 62 eine deutlich vergrößerte Überlebenschance bietet, bezie- hungsweise bei anderen Randbedingungen seine Verletzungsgefahr reduziert.
Der mit der Erfindung mögliche Effekt wird in Figur 3 erkennbar. Hier ist erneut mit ähnlicher Graphik wie in Figur 2 die Beschleunigung des Fahrzeugs 60 und der Brust des Insassen 62 in m/s2 über dem Weg relativ zur Erdoberfläche in m dargestellt. Das Fahrzeug 60 verhält sich selbstverständlich identisch wie in Figur 2, da ja die Fahrzeugverzögerung durch die Erfindung nicht beeinflusst
wird. Die Charakteristik des Beschleunigungsverlaufs der Brust gegenüber dem Verlauf in Figur 2 ist dagegen deutlich anders.
Es ist hier ein Sensorsystem mit einer Zündung 18 Millisekunden nach dem Aufprall angenommen.
Die Figur 4 zeigt die Brustbeschleunigungen sowohl ohne als auch mit Einsatz der Erfindung über dem Anhalteweg des Insassen 62 relativ zur Erdoberfläche und ermöglicht damit einen direkten Vergleich. Es sind dazu die Kurven aus den Figuren 2 und 3 übereinandergelegt. Die Kurve für die Verzögerungsbewegung des Fahrzeugs 60 ist identisch, die die Verzögerung der Brust des Insassen 62 anzeigende Kurve ist zur besseren Unterscheidbarkeit für das erfindungsgemäße Verhalten etwas dicker eingetragen als für das Verhalten nach dem Stand der Technik.
Vergleicht man die Brustbeschleunigungen bei Einsatz eines Dreipunktgurts mit Gurtstraffer zur Entfernung der Gurtlosen und einem Dehnglied, wie sie heute zum Einsatz kommen und in Figur 2 dargestellt sind, bei ansonsten gleichen Randbedingungen mit der Brustbeschleunigung bei zusätzlichem Einsatz der Erfindung, so reduziert sich bei einem Aufprall mit circa 64 km/h, einer Erkennung der Aufpralls durch das Sensorsystem ca. 18 Millisekunden nach der ersten Berührung des Fahrzeugs mit dem Hindernis, bei gleichem Verformungsweg des Vorderwagens des Fahrzeugs 60 und gleicher Nutzung des freien Wegs im Innenraum, das Maximum der Brustbeschleunigung um über 60 %. Entsprechend geringer werden damit auch die Deformation der Brust und die Hals- und Kopfbelastungen.
Durch die Erfindung wird zu einem sehr viel früheren Zeitpunkt eine größere Kraft auf den Fahrzeuginsassen 62 ausgeübt als bisher. Sowie das Sensorsys- tem erkennt, dass ein Aufprall mit möglicherweise schweren Folgen geschehen ist, wird Kraft auf den Fahrzeuginsassen 62 ausgeübt. Dieser wird also stärker belastet als bisher. Diese Belastung wird so hoch bemessen, wie es ohne kör-
perlichen Schaden gerade noch tolerierbar erscheint. Als beispielhafte Vergleichsgröße kann man etwa einen vollen Körpertreffer eines kräftig geschossenen Fußballs annehmen. Dass ist sicher für den Fahrzeuginsassen 62 unangenehm und schmerzhaft, aber angesichts der sonst bisher möglicherweise eintretenden Folgen hinnehmbar.
Diese Belastung wird nun weitgehend konstant aufrechterhalten. In Figur 5 ist nach rechts die Zeit in Millisekunden (msec) aufgetragen, die seit dem Aufprall auf das Hindernis 67 verstrichen ist. Man sieht, dass sich der gesamte Vorgang innerhalb eines Bruchteils einer Sekunde abspielt. Nach oben ist der Anhalteweg in Metern (m) eingetragen. Die Kurven entsprechen denen aus Figur 4.
Wie Figur 5 zeigt, führt die weitgehend konstante Kraft dazu, dass der Fahrzeuginsasse 62 sich tatsächlich relativ zum Fahrzeug 60 gegen die Fahrtrich- tung bewegt, sich also für einen relativ langen Zeitrum in Richtung zum Fahrzeugheck bewegt. Die stark durchgezogene, das erfindungsgemäße Verhalten wiedergebende Kurve verläuft nämlich unterhalb der Kurve, die das Fahrzeugverhalten wiederspiegelt. Das Fahrzeug 60 ist also „schneller" als der Insasse 62, so dass dieser gegen die Rückenlehne gedrückt wird.
Die zurückgelegte Strecke ist allerdings minimal, interessant und wichtig für die Verletzungsgefahr sind die dabei geltenden Beschleunigungswerte. Die Bewegungsrichtung ist jedoch ein sehr gutes Indiz für die aufgebrachten Kräfte, die ja für eben diese Beschleunigungs- bzw. Verzögerungswerte grundlegend sind.
Angesichts der während des Verzögerungszeitraums immer weiter ansteigenden Verzögerungswerte des Fahrzeugs 60 übersteigen diese jedoch schließlich die Verzögerung des Fahrzeuginsassen 62 (vergleiche Figur 4), was für diesen aber zumindest im Beispielfall nicht mehr kritisch ist. Erst dann, wenn eine noch höhere Anfangsgeschwindigkeit keine tolerierbaren Verzögerungswerte mehr zulässt, hilft auch die Erfindung nicht mehr.
Eine weitere Verbesserung der Erfindung sogar für solche Fälle wird bei Einsatz von Sensorsystemen möglich, die beim Aufprall bereits die Unfallschwere erkennen können. Dann wird die Belastung, wie in Figur 6 dargestellt, weiter reduziert. Figur 6 zeigt ähnlich der Darstellung in Figur 4 die Beschleunigung in m/s2 über dem Anhalteweg in Metern relativ zur Erdoberfläche. Aufgetragen sind wieder drei Kurven. Das Verhalten des Fahrzeugs 60 und des Fahrzeuginsassen 62 nach dem Stand der Technik sind unverändert, die mittelstark durchgezogene Kurve zeigt das Verhalten, wenn das Sensorsystem den Unfall bereits beim Aufprall erkennen und eine Zündung daher nach 0 Millisekunden, also ohne Verzögerung erfolgen würde.
Noch weitere Reduzierungen der Belastung der Insassen sind möglich, wenn Sensorsysteme, die die Unfallschwere bereits vor dem Aufprall erkennen können, zum Einsatz kommen.
Die Darstellung der Beschleunigungen in m/s2 über dem Relativweg zur Erdoberfläche in Metern in Figur 7 bei im übrigen gegenüber Figur 6 unveränderten Verhältnissen zeigt das Ergebnis, wenn bereits circa 30 cm oder 20 Millisekunden vor dem Aufprall des Fahrzeugs 60 auf ein Hindernis 67 durch das Sensor- system die Unfallschwere erkannt wurde und ein elektrisches Signal zur Aktivierung der Insassenschutzsysteme zur Verfügung steht.
Da die Beschleunigung der Brust des Fahrzeuginsassen 62 in diesem Fall bereits vor der Beschleunigung beziehungsweise Verzögerung des Fahrzeugs 60 beginnt, erfolgt eine Bewegung der Brust des Fahrzeuginsassen 62 entgegen der Fahrtrichtung 65 des Fahrzeugs 60 bereits jetzt. Daher kann in diesem Fall allerdings die für diese Bewegung benötigte Strecke etwas größer werden und nicht mehr durch die Elastizität des Sitzes 61 auffangbar sein. Um die notwendige Bewegung der Brust des Fahrzeuginsassen 62 nicht zu behindern, ist es bei Relativwegen der Brust zum Sitz 61 , bei denen das Sitzpolster durch Kompression zu hohe Gegenkräfte erzeugt, notwendig, der Sitzrückenlehne einen
freien Bewegungsraum zu ermöglichen. Eine entsprechende technische Lösung wird noch im Folgenden angegeben.
Um hinter dem Sitz 61 sitzende weitere Fahrzeuginsassen nicht zu belasten, ist der Bewegungsfreiraum der Sitzrückenlehne entsprechend zu begrenzen.
Figur 8 zeigt zwei Diagramme, die das Verhalten der Geschwindigkeit und des Anhalteweges im Stand der Technik wiedergeben. In diesem Fall sind diese beiden Darstellungen über der Zeit und nicht über dem Weg angegeben. Man kann den beiden Skizzen deutlich entnehmen, dass zunächst die Geschwindigkeit des Fahrzeuginsassen unverändert bleibt, während das Fahrzeug schon verzögert wird. Die Reduzierung der Geschwindigkeit des Fahrzeuginsassen erfolgt erst zu einem wesentlich späteren Zeitpunkt. Da auch der Fahrzeuginsasse natürlich zu einem bestimmten Zeitpunkt die Geschwindigkeit 0 erreicht haben muss, wird die Reduzierung der Geschwindigkeit gegen Ende des Verzögerungsvorganges immer stärker und hat dann zu den in den Figuren 2 und 4 dargestellten Verzögerungsspitzen geführt.
In der Figur 9 sind die Beschleunigung und die Geschwindigkeit jeweils in m/s2 wiederum über die Zeit dargestellt und zwar hier wiederum drei Kurven, die der Darstellung aus Figur 5 entsprechen. Man kann wiederum deutlich erkennen, dass die Verzögerung des Fahrzeuginsassen im Stand der Technik einen extremen Wert in der Größe von etwa 450 m/s2 annehmen würde. Die erfindungsgemäße Verzögerung des Fahrzeuginsassen überschreitet dagegen den Wert von etwa 150 m/s2 nicht.
Bei der Geschwindigkeit sieht man ebenfalls, dass die durchgezogene Linie, die das Verhalten des Fahrzeuginsassen nach der Erfindung darstellt, wesentlich gleichmäßiger abfällt. Dieser Abfall beginnt sehr viel früher als der nach dem Stand der Technik und kann dann deutlich langsamer stattfinden, da dafür auch mehr Zeit zur Verfügung steht.
In der Figur 10 sind sechs Diagramme aufgetragen, die die Beschleunigung, die Geschwindigkeit und den Anhalteweg bei Varianten darstellen, bei denen eine Zündung nicht erst bei 18 ms nach einem Aufprall stattfindet, sondern schon bei 0 s, also praktisch beim Aufprall, oder schließlich in der unteren Darstellung 20 ms oder etwa 30 cm vor dem Aufprall, etwa durch Sensorsysteme, die den Aufprall optisch oder auf andere Weise schon vor dem eigentlichen Ereignis feststellen und interpretieren können.
Die Kurven zeigen, dass das Verhalten sich in noch stärkerem Maße als in der Figur 9 oder der Figur 4 verbessert und die Belastungen des Fahrzeuginsassen entsprechend verringert, dass aber substanziell sich an diesem Verhalten nichts weiter ändert. Der eintretende mögliche Effekt liegt darin, dass die maximale Verzögerung noch weiter reduziert werden kann, was alternativ natürlich auch bedeuten kann, dass ein noch stärkerer Aufprall bei einer noch stärkeren An- fangsgeschwindigkeit durch solche Maßnahmen zu einem Ergebnis führen kann, welches der Fahrzeuginsasse noch überleben kann.
Eine praktische Ausführungsform, mit der sich die Erfindung realisieren lässt, ist zunächst im Überblick in Figur 11 dargestellt. Das Gurtsystem 1 , wie zum Bei- spiel das in Figur 3 dargestellte Dreipunktgurtsystem 1 , bestehend aus einem Gurtaufroller 2 mit einem integrierten Straffsystem, das auf pyrotechnischer, elektrischer, pneumatischer oder hydraulischer Basis arbeitet, zur Entfernung der Gurtlosen und eventuell einem Dehnglied zur Begrenzung der Gurtkräfte, einem Gurtschloss 3, einem Endbeschlag 4 und einer Umlenkung 5. Es wird ergänzt mit zum Beispiel zwei Umlenkungen 6,7, die so positioniert sind, dass bei einer Straffung des Gurtbands 8 über die an einer Kolbenstange 11 befestigte Umlenkung 10 eine Kraftkomponente 9 den Kolben 13 im Zylinder 14 über den Weg 12 bewegt.
Die Bewegung der Kolbenstange 11 in die Richtung 9 wird durch den Spannvorgang des Straffsystems 2 eingeleitet.
Bei der Bewegung der Kolbenstange 11 wird, wie in der Figur 12 dargestellt, ein an der Kolbenstange 11 befestigter Verriegelungsstift 15, der als Sperrung für einen Verschlusskolben 16 dient, herausgezogen. In einem Druckbehälter 17 befindet sich ein komprimiertes Gas 18. Dieses Gas 18 schiebt dann den Ver- schlusskolben 16 in eine Auffangkammer 19. Über eine Verbindungsleitung 20 strömt jetzt das komprimierte Gas 18 in einen Zylinderbereich 21 und erzeugt damit über den Kolben 13, die Kolbenstange 11 und die Umlenkung 10 eine Gurtkraft F1 , F2.
Die Höhe der Gurtkraft F1 , F2 wird durch den Druck des komprimierten Gases 18 und die Fläche des Kolbens 13 bestimmt. Das Volumenverhältnis des Druckbehälters 17 zu dem Volumen im Bereich 21 des Zylinders 14 sollte bei einem größten genutzten Hubweg 12 möglichst groß sein, damit eine möglichst konstante Gurtkraft F1 , F2 über den gesamten Hub des Kolbens 13 erzeugt wird.
Um zu verhindern, dass bei einer normalen Bremsung des Fahrzeugs, bei der der Gurtaufroller 2 sperrt und durch die Relativbewegung des Insassen zum Fahrzeug eine Gurtkraft F1 , F2 erzeugt wird und dabei schon der Verschluss- kolben 16 über den Verriegelungsstift 15, die Kolbenstange 11 und die Umlenkung 10 frei gegeben wird, kann die Kolbenstange 11 wie in der Figur 13 dargestellt, durch einen Sperrstift 22 gesichert werden.
Die Festigkeit des Sperrstifts 22 ist so ausgelegt, dass die durch eine Bremsung erzeugten Gurtkräfte F1 , F2 nicht ausreichen, den Sperrstift 22 abzuscheren. Erst die höheren Gurtkräfte F1 , F2, die durch die Straffeinrichtung 2 zur Entfernung der Gurtlosen erzeugt werden, sollen den Sperrstift 22 zerstören.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Verriegelungsstift 15 durch die Straffvorrichtung zur Entfernung der Gurtlosen mit Hilfe einer mechanischen Verbindung, zum Beispiel über eine Fliehkraftkupplung am Straffsystem 2 mit einem Seilzug zu entfernen.
Mit dieser mechanischen Kopplung wird erreicht, dass die zur Nutzung des Verformungswegs des Fahrzeugs 60 entsprechend hohe Verzögerung des Insassen, die durch das beschriebene System die Gurtkräfte F1 , F2 erzeugen, zum richtigen beabsichtigten Zeitpunkt erfolgt.
Die Beaufschlagung des Kolbens 13 mit dem im Behälter 17 befindlichen komprimierten Gas 18 kann auch wie in Figur 14 dargestellt erfolgen. Ein Projektil 25 wird durch eine Kartusche 24 angetrieben, die eine Verschlussmembran 23 des Druckbehälters 17 durchschlägt und damit öffnet. Die Zündung der Kartusche 24 erfolgt dabei in dieser Ausführungsform durch das Sensorsystem des Gurtstraffers zur Entfernung der Gurtlosen und ist zeitlich so abgestimmt, dass die (Verschluss-)membran 23 des Druckspeichers 17 erst nach dem Entfernen der Gurtlosen gezündet wird. Der Zeitpunkt zur Zündung der Kartusche 24 soll- te so gewählt sein, dass der Straffvorgang zur Entfernung der Gurtlose weitest- gehend abgeschlossen ist.
Um den notwendigen sehr hohen Betriebsdruck nicht über einen langen Zeitraum sicherstellen zu müssen, besteht die Möglichkeit den notwendigen Be- triebsdruck des Gases 18 im Behälter 17 erst bei einem Aufprall zu erzeugen. In der Figur 15 ist eine Ausführungsform hierfür dargestellt. Das Bersten der eingesetzten (Berst-)membran 23 wird wie folgt erreicht. Der Druck des Gases 18 im Druckbehälter 17 liegt unter dem für die Schutzwirkung notwendigen Druck. Die (Berst-)membran 23 ist dabei so dimensioniert, dass sie einem nied- rigerem Gasdruck Stand hält, aber bei dem für die Schutzwirkung notwendigen Druck bricht. Bei einem durch das Sensorsystem erkannten Aufprall wird ein Zünder 26 gezündet. Der Zünder 26 startet dann einen pyrotechnischen Treibsatz 27. Dessen Verbrennungsgase erhöhen den Druck im Behälter 17 auf den für die Schutzwirkung notwendigen Betriebsdruck. Beim Erreichen des Be- triebsdrucks bricht die (Berst-)membran 23 und gibt damit dann die Verbindung 20 zur Beaufschlagung des Kolbens 13 mit dem unter Druck stehenden Gas 18 frei.
Um während des Unfalls beziehungsweise der Verzögerungsphase nach dem Aufprall die Druckverluste durch Abkühlung der Verbrennungsgase des Treibsatzes 27 zu minimieren, kann der Druckbehälter 17 durch Ergänzung mit einer porösen, Wärme aufnehmenden Masse 30 ergänzt werden. Die von dem Treibsatz 27 erzeugten Gase werden dadurch gleich auf einen niedrigere Temperatur gebracht. Damit wird der adiabatische Wärmeaustausch des Druckgases während des Aufpralls minimiert.
Um der bei der Expansion des komprimierten Gases eintretenden Abkühlung und dem damit verbundenen Druckabfall entgegenzuwirken, kann aber auch der durch den Triebsatz erzeugte Druck 18 im Druckbehälter 17 auch auf ein höheres Niveau, als den für die Rückhaltewirkung notwendigen Betriebsdruck, gebracht werden.
Bei Einsatz von Sensorsystemen, die die Unfallschwere und/oder die Masse des Fahrzeuginsassen 62 erkennen können, besteht die Möglichkeit, mit einem regelbaren Ventil 28 den Gasdruck 18 entsprechend zu variieren.
Die Gurtkraft F1 wird an dem Umlenkpunkt 6 und dem Umlenkbeschlag 5 durch Reibung zwischen dem Gurtband 8 und den Oberflächen der Umlenkpunkte beeinflusst. So ist die Gurtkraft im Bereich der Brust des Insassen 62 beim Aufbringen der durch den Kolben 13 über die Kolbenstange 11 und die Umlenkung 10 erzeugten Kraft um diese Reibkräfte reduziert.
Wenn die Fahrzeugverzögerung eine Relativbewegung des Insassen zum Fahrzeug erzeugt, durch die Gurtkräfte entstehen, die größer als die durch die Erfindung erzeugten Gurtkräfte beim Insassen sind, wird über die Umlenkung 10 und die Kolbenstange 11 der Kolben 13 in die Richtung 9, also für die Figur 11 nach unten bewegt.
Die dabei im Gurtband im Bereich der Brust des Insassen 62 entstehenden Kräfte werden bei dem Wechsel der Bewegungsrichtung beeinflusst. Die durch die vom Kolben 13 über die Kolbenstange 11 und der Umlenkung 10 erzeugte Kraft wird um die Reibkräfte der Umlenkungen erhöht.
Der damit verbundenen höheren Verzögerung des Insassen kann beispielsweise wie in Figur 16 dargestellt entgegengewirkt werden.
Am Kolben 13 befindet sich auf der drucklosen Seite eine Verlängerung 31, die länger als der Zylinder 14 ist. Dem Zylinder 14 ist ein Aufnahmegehäuse 32 für ein Freilaufsystem, bestehend aus mehreren Klemmbacken 34, 35, mehreren Federn 36 und einem Zwischengehäuse 33, weiterhin ein Stößel 37, ein Verschlusskörper 39 und eine Druckbegrenzungsfeder 38 zugeordnet.
Im Bewegungsbereich 12 des Kolbens 13 ist die Verlängerung 31 geometrisch so ausgeführt, dass keine Berührung mit dem Freilaufsystem besteht.
Wenn jedoch der Kolben 13 entgegen der Richtung 9 den Bewegungsbereich 12 überschreitet, entsteht ein Formschluss zwischen der Verlängerung 31 und den inneren Klemmbacken 35. Die Federn 36 bewirken, dass die inneren Klemmbaken 35 in ihrer Position zwischen den äußeren Klemmbacken 34 verbleiben. Durch die geringen Reibkräfte zwischen der Verlängerung 31 und den inneren Klemmbacken 35 entsteht keine nennenswerte Beeinflussung der Kräfte des Kolbens 13.
Der Druckbehälter 17 hat eine Lüftungsöffnung 40. Diese ist mit einem Verschlusskörper 39 verschlossen, der durch den Stößel 37 gegen das Zwischengehäuse 33 abgestützt ist.
Wenn aufgrund hoher Fahrzeugverzögerungen der Kolben 13 eine Umkehr der Bewegungsrichtung in Richtung 9 erfährt, verklemmen sich die inneren Klemm-
backen 35 in den äußeren Klemmbacken 34 und das Zwischengehäuse 33 wird in Richtung 9 bewegt.
Dadurch hat der Stößel 37 kein Gegenlager mehr, und die vorgespannte Feder 38 bestimmt die Höhe des Drucks des Gases 18 im Behälter 17.
Die Höhe des Drucks des Gases 18 sollte dabei auf die Höhe begrenzt werden, die eine Kraft über den Kolben 13, der Kolbenstange 11 und der Umlenkung 10 im Gurtband erzeugt, die, erhöht um die Reibkräfte der Umlenkungen des Gurt- bandes, die für den Insassen gewünschte Verzögerung erzeugt.
Um die Baugröße des Freilaufsystems zu minimieren, kann in der Verlängerung 31 eine Sollbruchstelle 41 angeordnet werden. Diese soll so dimensioniert sein, dass die Verlängerung 31 bei Kräften, die größer als die zur Bewegung des Zwischengehäuses 33 notwendig sind, abreißt.
Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass unabhängig von der Bewegungsrichtung die auf den Insassen wirkenden Kräfte auf gleichem Niveau sind.
Bei Einsatz von Sensorsystemen, die Unfall schweren bereits vor dem Aufprall auf ein Hindernis erkennen können oder bei Einsatz von Sensorsystemen, die Unfallschweren bereits bei anfänglich sehr niedrigen Verzögerungen des Fahrzeugs erkennen können, erfolgt durch die Erfindung eine unter Umständen größere Relativbewegung des Insassen zum Fahrzeug 60 entgegen der Fahrtrich- tung 65.
Damit die Relativbewegung des Insassen in Rückwärtsrichtung zum Fahrzeug nicht durch die Rückenlehne 42 des Sitzes 61 behindert wird, ist es, wie in Figur 17 dargestellt, sinnvoll, einen Drehbeschlag 43 der Sitzrückenlehne 42 in einem mit einem Endanschlag 44 begrenzten Drehbereich frei beweglich zu gestalten. Die Freigabe des Drehbeschlags 43 kann dabei durch einen Hebel 45 erfolgen. Die Entriegelung des Hebels 45 kann zum Beispiel durch einen Magneten 46
erfolgen, der durch das Sensorsystem, das den Aufprall selektiert, mit Strom beaufschlagt wird.
Die Erfindung kann an jeder Stelle im Gurtsystem angeordnet werden. Aus ge- ometrischen Gründen bieten sich im Fahrzeug am besten die Anordnung der Erfindung im Bereich des Gurtaufrollers 2 oder in Kombination mit dem Gurt- schloss 3 an.
Da nach Aktivierung der Erfindung und nach Beendigung des Aufpralls im Sys- tem der Druck des komprimierten Gases 18 ansteht, kann eine Entlüftung mit Hilfe einer Drosselöffnung 29 erfolgen.
Bei Einsatz der Erfindung zusammen mit einem Gurtstraffer zur Entfernung der Gurtlosen und einem Dehnglied wird die Belastung des Insassen nur noch durch den vom Fahrzeug 60 zur Verfügung gestellten und dem im Innenraum des Fahrzeugs für die freie Bewegung des Insassen 62 zur Verfügung stehenden Weg und dem auf diesen Weg abgestimmten Kraftniveau des gesamten Schutzsystems bestimmt.
Die Relativbewegung des Insassen 62 zum Fahrzeug 60, die im Stand der Technik allein im Gurtsystem den Aufbau der Kräfte zum Anhalten des Insassen 62 bewirken kann, wird in Verbindung mit der Erfindung nicht mehr zwingend genutzt. Die Charakteristik des Beschleunigungsverlauf des sich bei einem Aufprall verformenden Vorderwagens, die durch die Rohbaustruktur des Vorderwagens bestimmt wird, hat damit bei Einsatz der Erfindung in Verbindung mit einem Gurtstraffer zur Entfernung der Gurtlose und einem Dehnglied nur noch einen weniger relevanten, gegebenenfalls sogar keinen physikalischen Einfluss mehr auf die für den Insassen erreichbare Schutzwirkung.
Die Fahrzeugvorderwagenstruktur kann damit bei einigen Ausführungsformen der Erfindung anderen Bedürfnissen entsprechend gestaltet werden. Um für den Insassen 62 eine hohe Schutzwirkung bei einem Unfall zu bieten, ist es bei
Nutzung der Erfindung wichtig, den freien Bewegungsraum im Inneren des Fahrzeugs 60 sicherzustellen. Dazu ist es zweckmäßig, bei der Weiterentwicklung von Fahrzeugen den Schwerpunkt auf stabilere Fahrzeuginnenraumzellen zu legen.
Figur 18 schließlich zeigt eine Möglichkeit, bei einer Ausführungsform der Erfindung die Kolbenstange 11 nach dem Unfall, also Abschluss des Verzögerungsvorgangs, hinter dem Gurtschloss auf dem Tunnel wieder in ihre Ausgangsposition zu schieben. Dies erfolgt nach dem Ablassen des Druckes mechanisch durch eine Feder 47.
In der Figur 19 ist in Schnittdarstellung ein Teil eines Kraftzylinders 14 mit einer darin geführten Kolbenstange 11 gezeigt, an dessen einen Ende sich der nicht dargestellte Druckkolben 13 befindet. Der Kolben 13, die Zylinderwandung 14 sowie die Zylinderendfläche 140 bilden einen Druckraum 75, der mit einem Gas oder Druckluft befüllt werden kann, wenn das Gurtsystem mit einer gegen die Fahrtrichtung gerichteten Kraft beaufschlagt werden soll. Bei einem drucklosen Kraftzylinder, wie er in der Figur 19 dargestellt ist, soll eine möglichst freie Beweglichkeit des Kolbens 13 und der Kolbenstange 11 gewährleistet sein. Dazu ist es sinnvoll, dass die Kolbenstange 11 möglichst frei durch die Zylinderendfläche 140 hindurch treten kann. Dazu ist eine Bohrung in der Zylinderendfläche 140 mit einem gewissen Übermaß gegenüber dem Durchmesser der Kolbenstange 11 versehen.
Um die Kolbenstange 11 herum ist eine Dichtung 70 angeordnet, die relativ locker an der Kolbenstange 11 anliegt und kaum Reibung verursacht, so dass die Kolbenstange 11 leicht verschoben werden kann. Die Dichtung 70 liegt einerseits an der Zylinderendfläche 140 an, andererseits wird sie zweiseitig von einem Deformationselement 71 umschlossen, das eine Nut 74 aufweist, die in Richtung auf die Kolbenstange 11 und auf die Zylinderendfläche 140 offen ist und eine Anlagefläche in axialer Richtung der Kolbenstange 11 gegenüber dem Druckraum 70 und in radialer Richtung bietet. Die Nut 74 hält die Dichtung 70
an Ort und Stelle, wobei die Breite der Nut in Axialrichtung gesehen kleiner als der Durchmesser der Dichtung 70 ist.
Über Federn 72 ist das Deformationselement 71 elastisch gelagert, wobei die Federkräfte der Federn 72 in Richtung Druckraum 75 wirken. Bei einem erhöhten Gasdruck 73 innerhalb des Druckraumes 75, wie er in der Figur 20 dargestellt ist, wird das Deformationselement 71 in Richtung auf die Zylinderendfläche 140, entgegen der Federkraft der Federn 72, gedrückt, bis die Federn 72 entweder auf Blocklänge sind oder das Deformationselement 71 an der Zylin- derendwand 140 anliegt. Aufgrund der relativ zu dem Durchmesser der Dichtung 70 geringeren Axialerstreckung der Nut 74 wird die Dichtung 70 komprimiert, weicht in Richtung Kolbenstange 11 aus und bewirkt einen dichtungsver- stärkenden Effekt. Darüber hinaus wird die umlaufende Dichtung 70 um die Durchtrittsöffnung in der Zylinderendfläche 140 herum in Axialrichtung stärker angepresst und die Dichtwirkung diesbezüglich erhöht.
Ebenfalls ist es vorgesehen, dass statt der L-förmigen Ausgestaltung der Nut 74 eine schräge Anlagefläche ausgebildet ist, um eine Kraftkomponente bereitzustellen, die in Richtung auf die Kolbenstange 11 wirkt. Dazu ist es vorgesehen, dass diese schräge Anlagefläche einen spitzen Winkel zu der Längserstreckung der Kolbenstange 11 bildet, wobei sich der Durchmesser der dann konischen Form der schrägen Anlagefläche sich in Richtung auf die Zylinderendfläche 140 erweitert. Alternativ kann statt einer Nut 74 auch eine Fase ausgebildet sein, in der die Dichtung 70 eingelegt ist.
Durch eine solche Ausgestaltung des Kraftzylinders 14 ist es möglich, eine sehr hohe Dichtwirkung und Dichtigkeit des Druckraumes 75 zu gewährleisten, so dass relativ hohe Kräfte auch bei einer entgegen dem Gasdruck 73 wirkenden Kraftkomponente durch die Kolbenstange das Gurtsystem mit einer gegen die Fahrtrichtung gerichteten Kraft ausreichend lange beaufschlagt werden kann.
Das Prinzip des Deformationselementes in Verbindung mit einer Dichtung kann auch für eine Abdichtung des Kolbens benutzt werden.
In einer weiteren Variante der Erfindung gemäß Figur 21 ist vorgesehen, dass in dem Kolben 13, der an einer Kolbenstange 11 geführt ist, eine Öffnung 88 ausgebildet ist, die durch einen Verschluss 80 verschlossen ist. Wird nun Druckluft in den Druckraum 75 eingeleitet und wirkt durch den Gasdruck 73 eine Kraft in Pfeilrichtung, wird der Kolben 13 in Richtung auf die Zylinderendwandung 140 bewegt. Der Kolben 13 ist mit einem Kolbenring 130 gegenüber der Zylinderwandung 14 abgedichtet, der Verschluss 80 ist über eine Dichtung 82 gegenüber dem Durchgang 88 abgedichtet. Der Verschluss 80 ist gasdicht in dem Kolben 13 gelagert. Über den Kolben 13 in Bewegungsrichtung hinausstehend ist an dem Verschluss 80 ein Vorsprung 81 ausgebildet, der als Rohr mit einer radialen Bohrung ausgestaltet sein kann. An dem zylinderendseitigen Ende des Vorsprunges 81 kann ein Kragen ausgebildet sein, dessen Durchmesser größer als der Durchmesser des Durchganges 88 ist, so dass der Verschluss 80 sich nicht von dem Kolben 13 lösen kann. Andere Anschlagformen sind ebenfalls möglich.
Wird nun Druckluft in den Druckraum 75 oder ein anderes Gas eingeleitet, verschiebt der Gasdruck 73 den Kolben 13 in Richtung auf die Zylinderendwandung 140. Sofern keine entgegen der Verschieberichtung gerichtete Kraft, beispielsweise durch einen sich relativ zu dem Fahrzeugsitz bewegenden Insassen, trifft der Vorsprung 81 auf die Zylinderendwandung 140 auf und verschiebt den relativ zum Kolben 13 verschieblich gelagerten Verschluss 80, so dass die radiale Bohrung innerhalb des Vorsprunges 81 freigesetzt wird, wenn sich der Kolben 13 weiter in Richtung auf die Zylinderendwandung bewegt. Die Druckluft wird dann durch die radiale Bohrung und das Rohrinnere des Vorsprunges 81 nach außen geleitet, wie es durch den Pfeil angedeutet ist. Ein solches Ventil ist notwendig, wenn bei einem ausgelösten System Druckluft in den Kraftzylinder 14 eingeleitet wird, so dass die Kolbenstange 11 und dadurch das Gurtsystem 1 gespannt wird. Fehlt die Gegenkraft durch den sich im Gurtsystem abstützen-
den Fahrzeuginsassen, muss der Gasdruck 73 aus dem Druckraum 75 abgelassen werden. Dies geschieht durch den oben beschriebenen Mechanismus.
Alternativ dazu kann über eine Schlitzsteuerung ein Ablassen von Druck inner- halb des Druckraumes 75 bewirkt werden, wenn eine Bohrung oder ein Schlitz in der Zylinderwandung 14 an einer vorbestimmten Stelle eingebracht ist, die so angeordnet ist, dass sie bei oder kurz vor dem Endanschlag des Kolbens 13 an der Zylinderendwandung 140 diese Öffnung freigegeben wird, so dass der Druckraum 75 mit der äußeren Umgebung verbunden wird und der Überdruck entweichen kann.
Bezugszeichenliste
1 Gurtsystem, beispielsweise Dreipunktgurtsystem
2 Gurt auf Roller
3 Gurtschloss
4. Endbeschlag
5 Umlenkung
6 Umlenkung
7 Umlenkung
8 Gurtband
9 Kraftkomponente
10 Umlenkung
11 Kolbenstange
12 Weg
13 Kolben
14 Zylinder
15 Verriegelungsstift
16 Verschlusskolben
17 Druckbehälter
18 Gas
19 Auffangkolben
20 Verbindungsleitung
21 Zylinderbereich
22 Sperrstift
24 Kartusche
25 Projektil
26 Zünder
27 Treibsatz
wärmeaufnehmende Masse
Verlängerung
Aufnahmegehäuse
Zwischengehäuse
Klemmbacke
Klemmbacke
Feder
Stößel
Druckbegrenzungsfeder
Verschlusskörper
Lüftungsöffnung
Sollbruchstelle
Sitzrückenlehne
Drehbeschlag
Endanschlag
Hebel
Magnet
Feder
Fahrzeug
Sitz
Fahrzeuginsasse
Räder
Lenkrad
Fahrtrichtung
Erdboden
Hindernis
Dichtung
Deformationselement
Feder
73 Gasdruck
74 Nut
75 Druckraum
80 Verschluss
81 Vorsprung
82 Dichtung 88 Durchgang
130 Kolbenring
140 Zylinderendfläche