DE3731697A1

DE3731697A1 - Sicherheitsgurtsystem

Info

Publication number: DE3731697A1
Application number: DE19873731697
Authority: DE
Inventors: Hans-Hellmut Dipl Ing Ernst
Original assignee: Individual
Current assignee: General Engineering (netherlands) Bv Utrecht N
Priority date: 1987-09-21
Filing date: 1987-09-21
Publication date: 1989-04-06

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einziehbare Sicherheitsgurte in Fahrzeugen, insbesondere auf Vorrichtungen zum Straffen und Festklemmen von Sicherheitsgurten gegen weiteres Ausziehen im Unfall.

Es sind viele verschiedenartige Vorschläge zur Verbesserung des Gurtsystems bekanntgeworden. Hierbei hat sich u. a. der Gurtstraffer besonders bewährt. So sind Straffer mit pyrotechnischen (Treibladung) und mechanischen (gespannte Feder) Energiespeichern bekanntgeworden. Ebenso Gurtstraffer, die die im Unfallgeschehen vorhandene kinetische Energie nutzen, wobei sehr hohe Straffungskräfte realisiert werden können. Der Vorschlag in der DE-OS 33 37 232 ist bereits zur Anwendung gelangt. In der DE-OS 34 30 871 wird eine kostengünstige Alternative dargestellt.

Die meisten Gurtstraffungen funktionieren so, daß ein angetriebenes Zugseil mit einer mit der Gurtwelle im Aufroller zusammenwirkenden Kupplung verbunden wird, die Gurtwelle sodann rückwärts dreht und Gurtband in den Aufroller einzieht. Aufgrund der im Straffungsfall freiwerdenden großen Kräfte muß der Aufroller mit seinen Einzelteilen sehr kräftig dimensioniert sein, was sich nachteilig auf die Kosten auswirkt.

Des weiteren sind Klemmvorrichtungen bekanntgeworden, die nur im Unfall aktiviert werden, dabei die Gurtlast durch einen Klemmvorgang aufnehmen und in die Karosserie übertragen. Die in den DE-OS 34 23 081 und EP 0 087 499 vorgeschlagenen Vorrichtungen sind typische Vertreter dieser Gattung. Es sind relativ aufwendige Konstruktionen, die aus vielen Einzelteilen bestehen und daher relativ kostenintensiv sind, teilweise auch recht groß bauen und nur fahrzeugsensitiv reagieren.

Wird der Insasse in einem Unfall von einem Gurtsystem mit einer effizienten Gurtstraffung und einem schnellsperrenden Gurtklemmer zurückgehalten, so nimmt er sehr früh an der Verzögerung des Fahrzeugs teil, wodurch die auf ihn einwirkenden Kräfte reduziert werden können.

Bei einer derart hochwirksamen Rückhaltung ist der Kopf des Insassen in seiner vorverlagerten Endposition noch weit von Aufprallzonen des Innenraumes entfernt. Etwa 200 mm zum Lenkrad und gar 400 mm zum Armaturenbrett. Dieser Weg könnte eigentlich durch Energieabsorption zu einer weiteren Kraftverminderung der auf den Insassen einwirkenden Belastung genutzt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einzelne, gattungsgemäß bekannte und besonders effiziente Sicherheitsgurt-Bauteile in einer neuen Anordnung auf eine besonders sinnvolle Weise miteinander zu kombinieren, so daß ein hochwirksames Gurtsystem entsteht, das

1. die Belastung auf den Insassen im Unfall auf ein niedrigstmögliches Niveau senkt und
2. die einzelnen Bauteile nur ihrer jeweiligen Aufgabe gemäß belastet, so daß sie optimaler dimensioniert werden können und
3. eine kostengünstige Gesamtlösung geschaffen wird mit einem hohen Nutzen-Kosten-Verhältnis.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Patentansprüchen.

Durch die Kombination der kraftaufnehmenden Klemmvorrichtung mit einer klein und flach bauenden Gleitplatte zu einer Kraftbegrenzungseinheit wird die Möglichkeit geschaffen, die Belastung auf den Insassen noch weiter zu senken und auf ein Niveau zu reduzieren, das theoretisch nach heutigem Kenntnisstand vom Gurtsystem her nicht weiter gesenkt werden kann. Abgesehen von einem "zusätzlichen" Airbag, der inclusiv seiner Peripherie aber sehr teuer ist und deshalb für Klein- und Mittelklasse fahrzeuge noch nicht vorstellbar ist.

Das vorgeschlagene Gurtsystem in seiner erfindungsgemäßen Anordnung stellt also bezüglich seiner Schutzwirkung das Optimum eines rein mechanischen Rückhaltesystems dar. Dabei sind die einzelnen, gattungsgemäß bekannten Sicherheitsgurtkomponenten besonders ausgeführt bzw. speziell angepaßt.

Auch von der Kostenseite her betrachtet ist noch keine Aufroller-Straffer-Klemmer-Energieabsorption-Kombination bekannt geworden, die eine kostengünstigere Lösung vorschlägt.

Bei den Gurtstraffern mit hoher Energieausbeute und ohne gespeicherte Fremdenergie stellt der sogenannte Kardanwellen-Straffermotor gem. DE-OS 34 30 871 die Lösung dar mit der kürzesten Seillänge und dem geringsten Gesamtaufwand (Bauteil und Montage).

Die erfindungsgemäße Anordnung der Gurtgreifer-Straffereinheit unterhalb der lastaufnehmenden Klemmvorrichtung (im Gegensatz zur DE-OS 35 24 292, wo die Straffereinheit auch die Unfallast tragen muß und keine Kraftbegrenzung vorgesehen ist) und die Nichteinbeziehung des Aufrollers in den Straffvorgang und die Lastaufnahme ergeben sich folgende Vorteile:

1. Die Belastung aller an der Straffung beteiligten Teile (Seil, Gurtgreifer usw.) wird nur mit der Straffungskraft (ca. 4 kN) belastet und kann entsprechend dimensioniert werden.
2. Der Aufroller als nahezu lastfreies Bauteil kann vollständig als Leichtbauretractor weitgehend aus Kunststoff gefertigt werden.
3. Sollte in den Bauteilen Straffer-Motor, Gurtgreifer oder Aufroller ein Versagen auftreten, so ist eine sichere Lastaufnahme durch die selbstsensorische Klemmvorrichtung im Unfall immer noch gewährleistet. Die gewählte Anordnung ist also weitgehend fail-safe-sicher.

Das letztlich für die Lastaufnahme im Unfall verantwortliche Bauteil, hier also die Klemmvorrichtung, ist sinnvollerweise das letzte Glied in der Kette der beschriebenen Gurtkomponenten. Einmal wegen der bereits erläuterten geringeren Belastung der darunter angeordneten Bauteile, aber auch deshalb, weil die belastete Gurtlänge so am kürzesten gehalten werden kann. Dadurch wird die Dehnung des freien Gurtabschnittes reduziert und somit auch die Vorverlagerung des Insassen. Dieser eingesparte Vorverlagerungsbetrag kann sodann durch die gewollt und definiert einsetzende Energieabsorption sinnvoller zur Belastungsreduzierung für den Insassen genutzt werden.

In diesem Sinne wäre der Einsatz eines Umlenkklemmers natürlich noch günstiger. Jedoch ist der Einbauraum in der dort sehr schmalen B-Säule sehr gering und es ist bis heute noch kein zuverlässig arbeitender Umlenkklemmer bekanntgeworden, der ein ausreichend geringes Bauvolumen aufweist, schon gar nicht in Kombination mit einem Kraftbegrenzer.

Nur die Anordnung einer extrem klein bauenden, im Unfall aktivierbaren Klemmvorrichtung kurz unterhalb des Umlenkbeschlages in Kombination mit einer ebenfalls klein und flach bauenden Kraftbegrenzung stellt eine hinsichtlich der gegebenen Platzverhältnisse realisierbare Lösung dar. Außerdem kann die Anordnung einer Kraftbegrenzung außer in dem kraftaufnehmenden Bauteil selbst kaum von Vorteil sein.

Alle anderen denkbaren Kombinationen der Sicherheitsgurtbauteile haben mehr Nachteile und lassen sich nicht so optimal aufeinander abstimmen. Sehr wichtig ist in diesem Zusammenhang die Auswahl der günstigsten Komponenten für die erfindungsgemäße Anordnung:

1. Der Kardanwellen-Straffermotor nutzt mit wenigen Bauteilen die sehr hohe Energie der Kardanwelle im Unfall; es ist keine gespeicherte Fremdenergie erforderlich;
2. Er überträgt die Energie über ein Seil nicht in die sensible und komplizierte Mechanik des Aufrollers, der für diesen brutalen Eingriff extra ausgelegt werden müßte, sondern über einen einfachen, robusten Gurtgreifer in das Gurtsystem;
3. Der Aufroller kann als echter Leichtbauretractor ausgelegt werden, mit einer Gurtspeicherfunktion, einer fahrzeug- und gurtbandsensitiven Steuerung und einer Belastungsfähigkeit bis etwa 2 kN;
4. Die Klemmvorrichtung stellt das kleinste und kostengünstigste Bauteil dieser Gattung dar, das bislang bekanntgeworden ist;
5. Die Realisierung einer Kraftbegrenzung nur über die Befestigung der Klemmvorrichtung mit einer flachen Gleitplatte stellt ebenfalls die kleinvolumigste und wirksamste Bauausführung dieser Art dar.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß die sinnvolle Kombination einfacher, rein mechanisch und autark wirkender, besonders ausgewählter bzw. angepaßter Sicherheitsgurtkomponenten die Integration eines hochwirksamen und kosteneffizienten Gurtsystems auch in Klein- und Mittelklassefahrzeugen ermöglicht.

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 die erfindungsgemäße Sicherheitsgurtanordnung im PKW,

Fig. 2 Kraftbegrenzungsdiagramm,

Fig. 3 Gleitplatte für die Kraftbegrenzung.

Bei einem Unfall wird je nach Auslegung zwischen 5 g und 10 g die Kupplungsscheibe des Gurtstraffers 1 mit der Kardanwelle 18 gekuppelt. Die restlichen Umdrehungen P ₁ der Kardanwelle 18 werden so zur Straffung des Seiles 2 in Richtung P ₂ genutzt. Über eine zur einfacheren Montage angeordneten Seilkupplung 19 und einer reibungsarm mit großen Radien gestalteten Gleitführungsnut 14 im Aufrollergehäuse 3 gelangt das Seil 2 zu einem Gurtgreifer 6 einer Straffungseinheit 7. Der Gurtgreifer ist z. B. mit 2 Klemmrollen 17 ausgestattet, die über Sollbruchhaken 20 mit einem Träger 21 der Gleitschiene 23 verbunden sind.

Im Aktivierungsfall reißt das Seil 2 den Gurtgreifer 6 nach unten. Dabei werden über die Sollbruchhaken 20 die Klemmrollen zur Anlage an das Gurtband 8 gebracht. Bei weiterem Zug nach unten reißen die Sollbruchhaken 20 und die Klemmrollen 17 klemmen das Gurtband 8 mit einem Selbstverstärkungseffekt zuverlässig.

Über die Sensor-Masse-Kugeln 22 in der Klemmvorrichtung 10 wurde der Klemmkeil 16 bereits am Beginn des Unfalls in Anlage an das Gurtband 8 gebracht. Durch die nach unten gepfeilte Verzahnung des Klemmkeiles 16 kann aber Gurtband 8 ohne nennenswerten Widerstand nach unten durchgezogen werden.

Ist der Straffungsvorgang abgeschlossen, baut sich im Gurtsystem durch den nach vorne geschleuderten Insassen die Gurtkraft auf. Sie wird auf kürzestem Klemmwege (ca. 5 mm) von der Klemmvorrichtung 10 aufgenommen und über die Gleitplatte 11 eines Kraftbegrenzers 12 in die B-Säule 5 geleitet.

Je nach Unfallschwere und Masse des Insassen stellt sich eine max. Gurtkraft ein. Um diese Lastspitze zu reduzieren, setzt die Wirkung des Kraftbegrenzers 12 ein. Vorteilhafterweise ist er in seinem Kennfeld gem. Fig. 2 "progressiv" ausgelegt, um für ein breites Spektrum von unterschiedlich schweren Insassen eine Reduzierung der Kraftspitze realisieren zu können. Wäre die Kraftbegrenzung auf ein konstantes Niveau (z. B. 9 kN) ausgelegt, so würde bei einer bestimmten Unfallschwere eine leichte Person u. U. gar nicht in den Genuß einer Energieabsorption kommen. Andererseits würde eine sehr schwere Person den Kraftbegrenzungsweg l ₂ voll auf dem Kraftniveau 9 kN ausnutzen, um dann gegen den Anschlag fahrend eine hohe Kraftspitze zu erfahren.

Da stellt die "progressive" Energieabsorption einen Kompromiß dar. Die leichte Person des o. g. Beispiels würde eine Teilkraftbegrenzung nutzen können, z. B. bis 8 kN. Die schwere Person würde vielleicht den Kraftbegrenzer auf einem größeren Weg l₂ bis 11 kN belasten, ohne eine Kraftspritze am Ende zu erzeugen.

Auf jeden Fall wird der Nutzungsgrad des Kraftbegrenzers 12 durch die progressive Kennlinie zum Wohle aller Insassen unabhängig von ihrem Gewicht verbessert.

Erwähnenswert ist noch, daß die selbstsensorische Klemmvorrichtung 10 nicht nur fahrzeugsensitiv über die Sensor-Masse-Kugeln 22 und ggf. Zusatzmassen aktiviert wird, sondern bei vorliegendem Gurtzug auch über den Umlenksteg 15, also gurtbandsensitiv.

Die Abstimmung der Kraftbegrenzung kann sinnvoll auch unter Einbeziehung der Klemmrollen 17 des Gurtgreifers 6 erfolgen. Wenn die Klemmrollen 17 beispielsweise so ausgelegt werden, daß sie ab etwa 4 kN das Gurtband 8 durchschlupfen lassen, so müßte diese Grundlast bei der Gestaltung der Gleitplatte 11 zur Bestimmung der Formänderungsarbeit berücksichtigt werden.

Die Fig. 3 zeigt ein Beispiel für die Gestaltung der Gleitplatte 11, die über Bohrungen 24 mit der B-Säule verbunden ist und über Bolzen 25 mit der Klemmvorrichtung 10. Die Bolzen 25 sitzen in Ruhestellung in den Endbohrungen 27. Bei Aktivierung verschieben sie sich unter Leistung von Formänderungsarbeit in den Langlöchern 13 längs des Gleitweges l ₂ bis maximal gegen den Anschlag 26. In diesem Beispiel erhöht sich der Widerstand der Formänderungsarbeit mit zunehmenden Gleitweg l ₂ durch eine konische Öffnung 28. Dadurch wird der progressive Kraftanstieg erreicht.

Claims

1. Sicherheitsgurtsystem zur aufprallsichernden Rückhaltung der Insassen eines PKW im Unfall, dadurch gekennzeichnet, daß

a) das horizontal verlaufende Zugseil (2) eines gattungsgemäß bekannten Kardanwellen-Gurtstraffermotors (1) um das für die Seilumlenkung ausgebildete Gehäuse (3) eines Aufrollers (4) nach oben in die B-Säule (5) umgelenkt wird und
b) dort mit einem etwa 100 mm verschiebbar an der B-Säule (5) angeordneten, gattungsgemäß bekannten Gurtgreifer (6) als Teil einer Straffereinheit (7) verbunden ist und daß
c) das Gurtband (8), vom Aufroller (4) kommend aufwärts betrachtet zunächst die Gurtstraffereinheit (7) mit dem Gurtgreifer (6) und sodann eine unterhalb des Umlenkers (9) angeordnete, im Unfall sperrende Klemmvorrichtung (10) durchläuft, die
d) zum Zwecke einer Energieabsorption etwa 120 mm gegen einen progressiv ansteigenden Widerstand verschiebbar an einer Gleitplatte (11) angeordnet ist.

2. Sicherheitsgurtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die progressive Energieabsorption auf einem Weg (l ₂) von etwa 100 mm stattfindet, die bei etwa 7 kN beginnt und bei etwa 12 kN endet.

3. Sicherheitsgurtsystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieabsorption über Formänderungsarbeit realisiert wird, wobei Bolzen (25) in Langlöchern (13) einer Gleitplatte (11) verfahren werden und sich mit zunehmenden Gleitweg (l ₂) ein zunehmender Formänderungsarbeitswiderstand aufbaut.

4. Sicherheitsgurtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (3) des Aufrollers (4) Gleitführungsnuten (14) zur reibungsarmen Umlenkführung des Zugseiles (2) vorgesehen sind.

5. Sicherheitsgurtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Klemmvorrichtung (10) ein Umlenksteg (15) vorgesehen ist, der bei großer Zuglast im Unfall direkt oder indirekt aktivierend auf den Klemmkeil (16) einwirkt und somit eine gurtbandsensitive Klemmung auslöst.

6. Sicherheitsgurtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmrollen (17) des Gurtgreifers (6) ab etwa 4 kN das Gurtband durch Schlupf aufwärts passieren lassen.