DE3735667A1 - Sicherheitsgurtsystem - Google Patents

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 Abroller mit seinen Einzelteilen sehr kräftig dimensioniert sein, was sich nachteilig auf die Kosten auswirkt.

Desweiteren sind Klemmvorrichtungen bekanntgeworden, die nur im Unfall aktiviert werden, dabei die Gurtlast durch einen Klemmvorgang aufnehmen und in die Karosserie übertragen. Die in der DE-OS 34 23 081 und EP 00 87 499 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 Aufroll­ klemmers in die hohe Unfallbelastung ergeben sich folgende Vorteile:

• 1. Die Belastung aller an der Straffung beteiligten Teile (Seil, Aufrollklemmer usw.) wird nur mit der Straffungskraft (ca. 4 kN) belastet und kann entsprechend dimensioniert werden.
• 2. Aufgrund der relativ geringen Belastung und des Nichteingriffes in die Sensor- und Steuerungsmechanik kann der Aufrollklemmer in Leichtbauweise hergestellt werden.
• 3. Sollte in den Bauteilen Straffer-Motor, Aufrollklemmer 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 in einen Aufrollklemmer, dessen Gehäuse an einer Gleitschiene nach unten gefahren wird und der über seine Klemmeinrichtung dabei automatisch als Gurtgreifer fungiert.
• 3. Der Aufrollklemmer mit seiner Gurtspeicherfunktion und der fahrzeug- und gurtbandsensitiven Steuerung braucht nur bis zu einer Belastung von 4 kN ausgelegt zu werden.
• 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.

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 versehene Umlenkrolle 32 gelangt das Seil 2 zu dem Gehäuse eines Aufrollklemmers 30.

Im Aktivierungsfall reißt das Seil 2 den Aufrollklemmer 30 nach unten, der dabei augenblicklich blockiert und quasi als Gurtgreifer fungiert. Der Aufrollklemmer 30 gleitet dabei an der Gleitplatte 31 über den Straffungsweg l ₁ nach unten, im Maximalfall bis gegen einen Anschlag.

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 "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 Kraftbegrenzungweg 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 l ₂ bis 11 kN belasten, ohne eine Kraftspitze 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.

Claims (2)

1. Sicherheitsgurtsystem zur aufprallsichernden Rückhaltung der Insassen eines PKW's in einem Unfall nach P 37 31 697, dadurch gekennzeichnet, daß ein an einer Gleitschiene (31) in einer Einbuchtung (33) der B-Säule (5) angeordneter Leichtbauklemmer (30) nach unten hin über ein Zugseil (2) oder eine Kolbenstange mit einer Gurtstraffereinrichtung (100) verbunden ist.

2. Sicherheitsgurtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gurtstraffereinrichtung (100) aus einem Kardanwellengurtstraffer (101) gem. DE-OS 34 30 871 besteht, oder aus einem Rotationsmotor (102) gem. DE-PS 32 15 928, oder aus einem pyrotechnischen oder mechanischen Linearstraffer (103, 104) gem. DE-PS 24 11 702 oder DE-OS 34 13 488.