DE2349891A1

DE2349891A1 - Kraftbegrenzer, insbesondere fuer die verwendung bei sicherheitsgurten in kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE2349891A1
Application number: DE19732349891
Authority: DE
Inventors: Siegfried Wolf
Original assignee: Bayern Chemie Gesellschaft fuer Flugchemische Antriebe mbH
Current assignee: Bayern Chemie Gesellschaft fuer Flugchemische Antriebe mbH
Priority date: 1973-10-04
Filing date: 1973-10-04
Publication date: 1975-04-10
Also published as: DE2349891B2

Description

BAYERN-CHEMIE Ottobrunn, 12. September 1973

Gesellschaft für BS 62 Vo/th

flugchemische Antriebe 7606
mit beschränkter Haftung
A s c h a u

Kraftbegrenzer, Insbesondere für die Verwendung bei Sicherheitsgurten in Kraftfahrzeugen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftbegrenzer, der aus einem Zylinder und einem Kolben besteht, dessen Hubkraft in einer Richtung begrenzt ist, insbesondere für . die Verwendung bei Sicherheitsgurten in Kraftfahrzeugen mit einem Gurtspanner· Kraftbegrenzer finden überall·

5 0 9815/0712

dort Verwendung, wo eine Zug- oder Druckkraft ein bestimmtes Maß nicht überschreiten soll. Dies ist z. B. bei energieabsorbierenden Befestigungselementen der Fall, wie sie u. a. an den Rotorblättern von Hubschraubern zum Überlastungsschutz, bei Stoßstangen an Fahrzeugen oder bei Aufzügen und Zugseilen von Seilbahnen benötigt werden. Ein besonderes Anwendungsgebiet derartiger Kraftbegrenzer besteht in der Begrenzung der auf den Sicherheitsgurt eines Kraftfahrzeuges ausgeübten Zugkraft im Falle einer Kollision. Da der neue Kraftbegrenzer insbesondere für diese Verwendung entwickelt und in einer Gurtspanneinrichtung integriert wurde, soll das Funktionsprinzip eines derartigen kraftbegrenzten Sicherheitsgurtes erläutert werden: Die Bewegungsenergie, die der menschliche Körper zum Zeitpunkt eines Unfalles bei einer bestimmten Geschwindigkeit enthält, ist ein Maß für die auftretenden Verletzungen. Je geringer der Weg ist, auf dem diese Energie abgebaut werden muß, desto höher sind die auftretenden Belastungen und daraus resultierend die Verletzungen. Es kommt also darauf an, die Funktionsweise des Gurtes so zu beeinflussen, daß er die auftretende Energie unter Ausnutzung des vorhandenen Weges optimal abbaut, d. h. den Körper so abbremst, daß die auftretenden Belastungen die Erträglichkeitsgrenze nicht überschreiten· . .

Um dieses Ziel erreichen zu können, muß ein solches Gurtsystem die folgenden zwei Eigenschaften besitzen?

Im Augenblick des Unfalles darf keine oder nur eine

509815/0712

geringe "Gurtlose·¹ vorhanden sein. Falls diese zu groß ist, kommt es zu einem Hineinfallen in den Gurt, was zu Körperverzögerungen führt, die größer als die Fahrzeugverzögerungen sind.

Um diese zu vermeiden, ist es bekannt, eine Gurtstrammvorrichtung vorzusehen, die im Falle eines Aufpralles bei einer kritischen Geschwindigkeit durch einen Sensor in Funktion gesetzt wird und den Gurt fest anlegt, noch bevor die maximalen Beschleunigungen auf den Körper zu wirken beginnen.

Ist der Strammzugvorgang abgeschlossen, muß die Bewegungsenergie des Körpers unter Ausnutzung des durch das Strammziehen genommenen Weges in der Art abgebaut werden, daß die auf den Insassen wirkende Kraft die Erträglichkeitsgrenze nicht überschreitet. Weiterhin sollen die auf den Fahrzeuginsassen wirkenden Kräfte konstant sein.

Um dieses Ziel zu erreichen, wurde bereits vorgeschlagen (Patentanmeldung P 22 49 786.5, die noch nicht zur Offenlegung geführt hat), einen Kraftbegrenzer zu verwenden, der einen Arbeitszylinder mit durch Gasdruck verschiebbaren Kolben hat, und den die Kolbenbewegungen verursachenden Gasdruck mittels eines einstellbaren Sicherheitsventiles in vertikalen Abstufungen zu entspannen.

Dieses System hat den Nachteil, daß das Gas schnell

509815/0712

2.34989?

kondensiert und dann die gewünschte Funktion nicht voll ausfüllen kann. Ferner ist der Herstellungsaufwand für das Gerät groß.

Es sind auch Kraftbegrenzer der oben genannten Art bekannt, bei denen die Begrenzung der Hubkraft dadurch geschieht, daß der Kolben einen ringförmigen Wulst hat, dessen Durchmesser größer als der Innendurchmesser des Zylinders ist, so daß der Wulst den Zylinder beim Durchlaufen aufweitet. Dieses System hat den Nachteil, daß es nicht, wie es z. B. bei
Sicherheitsgurten erforderlich ist, in einer Richtung frei laufen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen
Kraftbegrenzer der genannten Art zu schaffen, der in Spannungsrichtung keine, Kraftbegrenzung hat und beim Rücklauf eine Kraftbegrenzung vermittels Materialverformung erfährt, wobei die Begrenzungskraft genau einstellbar sein soll. Ferner soll das Gerät einfach herstellbar und wartungsfrei sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kolben einen kegeligen Abschnitt aufweist, dessen größerer Kegeldurchmesser in bezug auf die
Kraftbegrenzungseinrichtung hinter dem kleineren
Kegeldurchmesser liegt und danach in einen genau
definierten zylindrischen Abschnitt konstanten
Durchmessers übergeht, wobei im Bereich des kegelförmigen Abschnittes eine Anzahl von in einem Ku-

509815/0712

gelkäfig liegenden Kugeln angeordnet ist, vor denen ein Schleifring mit einem gegenüber dem Zylinder hohen Reibwert liegt, so daß bei Bewegung des Kolbens in Kraftbegrenzungsrichtung der Schleifring die Kugeln auf den kegeligen Abschnitt in Eingriff mit der ZyIInderinnenwand drückt. ■

Eine besonders wirkungsvolle Kraftbegrenzung wird nach einer Weiterbildung der Erfindung dadurch erzielt, daß der Arbeitsteil des Kolbens aus einem Material besteht, das härter als das Zylindermaterial ist, wobei der zylindrische Abschnitt so bemessen ist, daß der Eingriff der Kugeln mit der Zylinderinnenwand unter Formveränderung der letzteren erfolgt·

Um zu verhindern, daß die Kugeln während der Kraftbegrenzung nach hinten durchlaufen, ist der Kolben des Kraftbegrenzers gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung mit einem ringförmigen Anschlag versehen.

In den Figuren ist.die Erfindung zeichnerisch dargestellt.
Es zeigen

Fig. 1 eine Gesamtansicht eines Kraftbegrenzers nach der Erfindung mit einem pyrotechnischen Gurtstrammer,

Fig. 2 den Kolben des Kraftbegrenzers in Ruhelage und während des Spannens des Gurtstrammers in vergrößertem Maßstab,

509815/0712

Fig. 3 den Kolben des Kraftbegrenzers in Arbeitsstellung.

In Fig. 1 ist im Zylinder 1 eines Kraftbegrenzers ein Kolben 2 gleitend angeordnet. Die Kolbenstange 3 trägt ein Umlenkjoch 4 mit einer Führungsrolle 5. Eine weitere Führungsrolle 6 ist an der Aufrollautomatik 7 für einen Sicherheitsgurt 8 angeordnet. Der Zylinder 1 ist über eine kardanische Aufhängung 9 am Rahmen 10 eines nicht weiter dargestellten Fahrzeuges befestigt.

Das andere Ende des Zylinders 1 ist mit einer Überwurfmutter 11 abgedeckt, welche eine Öffnung für. die Kolbenstange 3 aufweist (siehe auch Fig. 2). Der Zylinder 1 ist durch eine Abdeckscheibe 12, die mit Bohrungen 13 versehen ist, verschlossen. In dem von der Überwurfmutter 11 und der Abdeckscheibe 12 des Zylinders verschlossenen Raum befindet sich eine pyrotechnische Ladung 14 mit elektrischen Zündkapseln 15. Zum Spannen des Sicherheitsgurtes 8 wird in bekannter Weise die pyrotechnische Ladung 14 mittels eines Verzögerungssensors gezündet, wobei das hierdurch erzeugte Gas durch die Bohrungen 13 in den Zylinderraum 16 einströmt und den Kolben 2 in Richtung des Pfeiles A (Fig. 2) bewegt·

Der Kolben 2 des Kraftbegrenzers besteht aus dem Führungsteil 17 und dem mit ihm verbundenen Arbeitsteil 18. Dieser Arbeitsteil 18 enthält einen kegeligen Ab-

509815/0712

schnitt 19 (siehe auch Fig. .3), an den sich ein zylindrischer ,Abschnitt 20 anschließt. Der kegelige Abschnitt 19 ist durch zwei Kreisflächen begrenzt, deren eine einen kleineren Durchmesser 22 und deren andere einen größeren Durchmesser 23 hat. Ferner enthält der Arbeitsteil 18 des Kolbens 2 einen ringförmigen Anschlag 21, der gleitend im Zylinder 1 angeordnet ist· In gleicher Weise enthält der Führungsteil 17 einen Anschlag 24 mit Dichtring 24a. In dem zwischen den Anschlägen 21 und 24 gebildeten Raum befindet sich ein Schleifring 25, der gegenüber dem Zylinder 1 einen hohen Reibwert hat. Ferner ist in diesem Raum ein Kugelkäfig mit einer Anzahl Kugeln 26 angeordnet.

Die Funktion des neuen Kraftbegrenzers ist wie folgt:

Bei der der Spannung des Sicherheitsgurtes 8 entgegengesetzten Bewegung des Kolbens 2 (Pfeilrichtung B) werden die Kugeln 26 durch den Schleifring 25 in eine dieser Bewegung (B) entgegengesetzte Richtung gedrückt, da der Schleifring 25 durch seine Reibung am ZyIinderinnenumfang der Kolbenbewegung entgegensteht· Er drückt dabei die Kugeln 26 auf den kegeligen Abschnitt 19, wodurch die Kugeln in formverändernden Eingriff mit der ZyIInderinnenwand kommen. Die Kugeln 26 rollen sich ab, bis sie. am Anschlag 21 anliegen, durch den sie über die ganze Zylinderlänge hin mitgenommen werden. Hierbei formen sie in die Zylinderinnenwand Nuten 27.

Die für diese Formveränderung aufzubringende Kraft

-B-

509815/0712

ist über den ganzen Weg der Zylinderlänge hin konstant. Die Größe dieser Kraft kann durch entsprechende Dimensionierung des Durchmessers des zylindrischen Abschnittes 20 und durch die Kugelgröße und -anzahl vorherbestimmt werden. Weiterhin ist eine Dimensionierung der Kraft durch Veränderung der Wanddicke oder des Materials des Zylinders 1 möglich.

Der Anstellwinkel des kegeligen Abschnittes 19 muß klein sein, damit die auf. die Kugeln 26 ausgeübte Kraft groß genug wird, um das Abrollen der Kugeln bis zum Anschlag 21 einzuleiten.

- Patentansprüche -

509815/0712

Claims

Patentansprüche

Kraftbegrenzer, der aus einem Zylinder und einem Kolben besteht, dessen Hubkraft in einer Richtung begrenzt ist, insbesondere für die Verwendung bei Sicherheitsgurten in Kraftfahrzeugen mit einem Gurtspanner, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (2) einen kegeligen Abschnitt (19) aufweist, dessen größerer Kegeldurchmesser (23) in bezug auf die Kraftbegrenzungsrichtung, hinter dem kleineren Kegeldurchmesser (22) liegt und danach in einen genau definierten zylindrischen Abschnitt (20) konstanten Durchmessers übergeht, wobei im Bereich des kegelförmigen Abschnittes (19) eine Anzahl von in einem Kugelkäfig, liegenden Kugeln (26) angeordnet ist, vor denen ein Schleifring (25) mit einem gegenüber dem Zylinder (1) hohen Reibwert liegt, so daß bei Bewegung des Kolbens in Kraftbegrenzungsrichtung der Schleifring (25) die . Kugeln (26) auf den kegeligen Abschnitt (19) in Eingriff mit der Zylinderinnenwand drückt.

- 10 -

509815/0712
2. Kraftbegrenzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsteil (18) des Kolbens (2) aus einem Material besteht, das härter als das Zylindermaterial (1) ist, wobei der zylindrische Abschnitt (20) so bemessen ist, daß der Eingriff der Kugeln (26) mit der Zylinderinnenwand unter Formveränderung der letzteren erfolgt.
3. Kraftbegrenzer nach Anspruch .1 oder 2 gekennzeichnet durch einen am Arbeitsteil (18) des Kolbens (2) befindlichen ringförmigen Anschlag (21), der die Kugeln in Richtung der Kraftbegrenzung mitnimmt.

509815/0712

Leerseite