Sicherheitsgurte und Gurtstraffer

Das häufigste Strukturelement des passiven Sicherheitssystems eines Autos sind Sicherheitsgurte. Sein Einsatz reduziert die Wahrscheinlichkeit und Schwere von Verletzungen durch Stöße auf harte Körperteile, Glas und andere Passagiere (sog. Sekundärstöße). Angeschnallte Sicherheitsgurte sorgen für die wirksame Funktion der Airbags.

Je nach Anzahl der Befestigungspunkte werden folgende Arten von Sicherheitsgurten unterschieden: Zwei-, Drei-, Vier-, Fünf- und Sechspunktgurte.

Zweipunkt-Sicherheitsgurte (Abb. 1) werden derzeit als mittlerer Sicherheitsgurt auf der Rückbank einiger älterer Autos sowie auf Passagiersitzen in Flugzeugen verwendet. Der Wende-Sicherheitsgurt ist ein Beckengurt, der sich um die Taille legt und an beiden Seiten des Sitzes befestigt wird.

Dreipunkt-Sicherheitsgurte (Abb. 2) sind die wichtigste Art von Sicherheitsgurten und werden in allen modernen Autos eingebaut. Der 3-Punkt-Diagonal-Hüftgurt hat eine V-förmige Anordnung, die die Energie des sich bewegenden Körpers gleichmäßig auf Brust, Becken und Schultern verteilt. Volvo führte 1959 die ersten serienmäßig hergestellten Dreipunkt-Sicherheitsgurte ein. Betrachten Sie die Geräte-Dreipunkt-Sicherheitsgurte als die gebräuchlichsten.

Der Dreipunkt-Sicherheitsgurt besteht aus einem Gurtband, einem Gurtschloss und einem Gurtstraffer.

Der Sicherheitsgurt besteht aus strapazierfähigem Material und wird mit speziellen Vorrichtungen an drei Punkten an der Karosserie befestigt: an der Säule, an der Schwelle und an einer speziellen Stange mit Schloss. Um den Gürtel an die Körpergröße einer bestimmten Person anzupassen, ist bei vielen Ausführungen eine Höhenverstellung des oberen Befestigungspunktes vorgesehen.

Das Schloss sichert den Sicherheitsgurt und wird neben dem Autositz montiert. Zur Verbindung mit der Bandschließe ist eine bewegliche Metallzunge vorgesehen. Um an die Notwendigkeit des Anlegens eines Sicherheitsgurts zu erinnern, verfügt das Schloss über einen Schalter, der in den Schaltkreis des AV-Alarmsystems integriert ist. Die Warnung erfolgt durch eine Warnleuchte am Armaturenbrett und ein akustisches Signal. Der Algorithmus dieses Systems ist für verschiedene Autohersteller unterschiedlich.

Der Aufroller sorgt für ein erzwungenes Abwickeln und automatisches Aufrollen des Sicherheitsgurts. Es wird an der Karosserie befestigt. Die Rolle ist mit einem Trägheitsverriegelungsmechanismus ausgestattet, der im Falle eines Unfalls die Bewegung des Gurtes auf der Rolle stoppt. Es werden zwei Blockierungsmethoden verwendet: durch die Bewegung (Trägheit) des Fahrzeugs und durch die Bewegung des Sicherheitsgurts selbst. Das Band kann nur langsam und ohne Beschleunigung von der Aufwickeltrommel abgezogen werden.

Moderne Autos sind mit Gurtstraffern ausgestattet.

Fünfpunkt-Sicherheitsgurte (Abb. 4) werden in Sportwagen und zur Sicherung von Kindern in Kinderautositzen eingesetzt. Beinhaltet zwei Hüftgurte, zwei Schultergurte und einen Beingurt.

Reis. 4. Fünfpunktgurt

Der 6-Punkt-Sicherheitsgurt verfügt über zwei Gurte zwischen den Beinen, die dem Fahrer einen sichereren Halt bieten.

Eine vielversprechende Entwicklung sind aufblasbare Sicherheitsgurte (Abb. 5), die bei einem Unfall mit Gas gefüllt werden. Sie vergrößern die Kontaktfläche zum Passagier und reduzieren dementsprechend die Belastung der Person. Der aufblasbare Abschnitt kann ein Schulterabschnitt oder ein Schulter- und Taillenabschnitt sein. Tests zeigen, dass dieses Sicherheitsgurtdesign zusätzlichen Seitenaufprallschutz bietet.

Reis. 5. Aufblasbare Sicherheitsgurte

Ford bietet diese Option in Europa für den Ford Mondeo der vierten Generation an. Für Passagiere in der hinteren Reihe sind aufblasbare Sicherheitsgurte installiert. Das System soll bei einem Unfall Kopf-, Nacken- und Brustverletzungen bei Passagieren in der hinteren Reihe reduzieren, bei denen es sich häufig um Kinder und ältere Menschen handelt, die besonders anfällig für solche Verletzungen sind. Im Alltagsgebrauch funktionieren aufblasbare Sicherheitsgurte genauso wie normale Sicherheitsgurte und sind mit Kindersitzen kompatibel.

Im Falle eines Unfalls sendet der Stoßsensor ein Signal an die Steuereinheit des Sicherheitssystems, die Einheit sendet ein Signal zum Öffnen des Absperrventils der Kohlendioxidflasche unter dem Sitz, das Ventil öffnet sich und das austretende Gas zuvor in komprimiertem Zustand das Gurtpolster ausfüllt. Der Gurt entfaltet sich schnell und verteilt die Aufprallkraft auf die Körperoberfläche, was fünfmal stärker ist als bei herkömmlichen Sicherheitsgurten. Die Aktivierungszeit der Bänder beträgt weniger als 40 ms.

Mit der neuen Mercedes-Benz S-Klasse W222 erweitert das Unternehmen seine Möglichkeiten zum Schutz der Fondpassagiere. Das PRE-SAFE-Paket für die Rücksitze kombiniert Gurtstraffer und einen Airbag im Sicherheitsgurt (Beltbag) sowie Airbags auf den Vordersitzen. Der kombinierte Einsatz dieser Geräte während eines Unfalls reduziert die Verletzungen der Passagiere im Vergleich zum herkömmlichen System um 30 %. Der Sicherheitsgurt-Airbag ist ein Sicherheitsgurt, der sich aufblasen kann und dadurch das Verletzungsrisiko für Passagiere bei einem Frontalaufprall verringert, indem er die Belastung auf den Brustkorb verringert. Der Liegesitz ist serienmäßig mit einem Airbag ausgestattet, der unter der Polsterung des Sitzkissens versteckt ist. Ein solches Kissen verhindert, dass der Passagier in Liegeposition bei einem Unfall unter den Sicherheitsgurt rutscht (sog. „Tauchen“). . Auf diese Weise ist es Mercedes-Benz gelungen, einen komfortablen Liegesitz zu entwickeln, der im Falle eines Unfalls ein höheres Maß an Sicherheit bietet als ein Sitz, bei dem die Rückenlehne durch Ausfahren des Sitzkissens nach hinten geneigt wird.

Als Maßnahme gegen die Nichtbenutzung von Sicherheitsgurten werden seit 1981 automatische Sicherheitsgurte vorgeschlagen (Abb. 6), die den Passagier beim Schließen der Tür (Motorstart) automatisch sichern und beim Öffnen der Tür (Motorstart) freigeben Start stop). In der Regel erfolgt die Bewegung des Schultergurtes entlang der Kanten des Türrahmens automatisiert. Der Gürtel wird von Hand befestigt. Aufgrund der Komplexität des Designs und der Unannehmlichkeiten beim Einsteigen in ein Auto werden automatische Sicherheitsgurte derzeit praktisch nicht verwendet.

Reis. 6. Automatischer Sicherheitsgurt

2. Gurtstraffer

Bei einer Geschwindigkeit von beispielsweise 56 km/h dauert es vom Moment der Kollision mit einem festen Hindernis bis zum vollständigen Stillstand des Fahrzeugs etwa 150 ms. Fahrer und Beifahrer des Autos haben in so kurzer Zeit keine Zeit, irgendwelche Aktionen durchzuführen, daher sind sie passive Teilnehmer am Notfall. Während dieser Zeit müssen die Gurtstraffer, Airbags und der Batterie-Kill-Schalter aktiviert sein.

Bei einem Unfall müssen Sicherheitsgurte eine Energie absorbieren, die in etwa der kinetischen Energie einer Person entspricht, die aus dem vierten Stock eines Hochhauses fällt. Aufgrund der möglichen Lockerung des Sicherheitsgurtes wird ein Gurtstraffer (Gurtstraffer) eingesetzt, um diese Lockerung auszugleichen.

Der Gurtstraffer strafft den Sicherheitsgurt im Falle einer Kollision. Dies trägt dazu bei, den Durchhang des Sicherheitsgurts (den Raum zwischen Sicherheitsgurt und Körper) zu verringern. Somit verhindert der Sicherheitsgurt im Voraus, dass sich der Passagier (im Verhältnis zur Bewegung des Fahrzeugs) nach vorne bewegt.

Fahrzeuge verwenden sowohl diagonale Gurtstraffer als auch Gurtstraffer. Durch die Verwendung beider Arten können Sie den Passagier optimal fixieren, da das System in diesem Fall das Gurtschloss nach hinten zieht und gleichzeitig die diagonalen und ventralen Zweige des Sicherheitsgurts strafft. In der Praxis werden überwiegend Spanner des ersten Typs verbaut.

Der Gurtstraffer verbessert die Spannung und verbessert den Gurtrutschschutz. Dies wird dadurch erreicht, dass der Gurtstraffer beim ersten Aufprall sofort aktiviert wird. Die maximale Bewegung des Fahrers oder Beifahrers in Vorwärtsrichtung sollte etwa 1 cm betragen und die Dauer der mechanischen Aktion sollte 5 ms betragen (Maximalwert 12 ms). Der Spanner sorgt dafür, dass der Gurtabschnitt (bis zu 130 mm lang) in knapp 13 ms aufgewickelt wird.

Am gebräuchlichsten sind mechanische Gurtstraffer (Abb. 7).

Reis. 7. Mechanischer Gurtstraffer: 1 - Sicherheitsgurt; 2 - Sperrrad; 3 - Achse der Trägheitsspule; 4 - Riegel (geschlossene Position); 5 - Pendelgerät

Zusätzlich zu den herkömmlichen mechanischen Spannern rüsten viele Hersteller ihre Fahrzeuge mittlerweile mit pyrotechnischen Spannern aus (Abbildung 8).

Reis. 8. Pyrotechnischer Spanner: 1 - Sicherheitsgurt; 2 - Kolben; 3 - pyrotechnische Patrone

Sie werden aktiviert, wenn der im System integrierte Sensor erkennt, dass eine vorgegebene Verzögerungsschwelle überschritten wurde, was den Beginn einer Kollision anzeigt. Dadurch wird der Zünder der pyrotechnischen Patrone gezündet. Bei der Explosion der Patrone wird Gas freigesetzt, dessen Druck auf den mit dem Sicherheitsgurt verbundenen Kolben wirkt. Der Kolben bewegt sich schnell und spannt den Riemen. Normalerweise überschreitet die Reaktionszeit des Geräts 25 ms ab Beginn der Entladung nicht.

Um eine Überlastung des Brustkorbs zu vermeiden, verfügen diese Gurte über Spannungsbegrenzer, die wie folgt funktionieren: Zunächst wird die maximal zulässige Belastung erreicht, danach ermöglicht eine mechanische Vorrichtung dem Passagier, sich eine bestimmte Strecke nach vorne zu bewegen und dabei den Ladezustand konstant zu halten.

Je nach Aufbau und Funktionsprinzip werden folgende Arten von Gurtstraffern unterschieden:

• Kabel mit mechanischem Antrieb;
• Ball;
• drehen;
• Regal;
• reversibel.

2.1. Kabelspanner für Sicherheitsgurt

Der Gurtstraffer 8 und der automatische Gurtaufroller 14 sind die Hauptbestandteile des Seilzugstraffers (Abb. 9). Das System ist ähnlich einem vertikalen Pendel beweglich am Schutzrohr 3 im Lagerdeckel befestigt. Am Kolben 1 ist ein Stahlseil 17 befestigt. Das Seil ist aufgewickelt und auf einem Schutzrohr auf der Trommel 18 für das Seil montiert.

Das Spannungsmodul besteht aus folgenden Elementen:

• Sensoren in Form eines „Feder-Masse“-Systems;
• Gasgenerator 4 mit pyrotechnischer Treibladung;
• Kolben 1 mit einem Stahlseil im Rohr.

Überschreitet die Verzögerung des Fahrzeugs bei einer Kollision einen bestimmten Wert, so beginnt sich die Sensorfeder 7 unter der Wirkung der Sensormasse zusammenzudrücken. Der Sensor besteht aus einem Träger 6, einem Gasgenerator 4 mit einer von ihm ausgestoßenen pyrotechnischen Ladung, einer Stoßfeder 5, einem Kolben 1 und einem Rohr 2.

Reis. 9. Kabelspanner: a - Zündung; b - Spannung; 1, 16 - Kolben; 2 - Rohr; 3 - Schutzrohr; 4 - Gasgenerator; 5, 15 - Stoßfeder; 6 - Sensorhalterung; 7 - Sensorfeder; 8 - Sicherheitsgurt; 9 - Stoßplatte mit Stoßstift; 10, 14 - Aufrollmechanismus des Sicherheitsgurtes; 11 - Sensorschraube; 12 - Zahnkranz der Welle; 13 - Zahnsegment; 17 - Stahlkabel; 18 - Trommel

Hat sich der Träger 6 um eine größere Strecke als normal bewegt, wird der durch den Sensorbolzen 4 in Ruhe gehaltene Gasgenerator 11 in vertikaler Richtung freigegeben. Die gespannte Schlagfeder 15 drückt ihn in Richtung des Schlagbolzens in der Schlagplatte. Wenn der Gasgenerator auf den Impaktor trifft, zündet die Schwimmladung des Gasgenerators (Abb. 9, a).

Zu diesem Zeitpunkt wird das Gas in das Rohr 2 eingespritzt und bewegt den Kolben 1 mit dem Stahlseil 17 nach unten (Abb. 9, b). Bei der ersten Bewegung des auf der Kupplung aufgewickelten Seils bewegt sich das Zahnsegment 13 unter der Wirkung der Beschleunigungskraft radial von der Trommel nach außen und greift in den Zahnkranz der Welle 12 des Gurtwicklers 14 ein.

2.2. Kugelriemenspanner

Es besteht aus einem kompakten Modul, das neben der Gurterkennung auch einen Gurtspannungsbegrenzer beinhaltet (Abb. 10). Die mechanische Betätigung erfolgt erst, wenn der Gurtschlosssensor erkennt, dass der Sicherheitsgurt angelegt ist.

Der Kugelgurtstraffer wird durch im Rohr 9 platzierte Kugeln betätigt. Im Falle einer Kollision zündet das Airbag-Steuergerät die Auswurfladung 7 (Abb. 10, b). Bei elektrischen Gurtstraffern erfolgt die Ansteuerung des Antriebsmechanismus durch das Airbag-Steuergerät.

Wenn die ausgestoßene Ladung gezündet wird, versetzen die expandierenden Gase die Kugeln in Bewegung und leiten sie durch das Zahnrad 11 in den Ballon 12, um die Kugeln aufzufangen.

Reis. 10. Kugelspanner: a – Gesamtansicht; b - Zündung; c - Spannung; 1, 11 - Gang; 2, 12 - Ballon für Bälle; 3 - Antriebsmechanismus (mechanisch oder elektrisch); 4, 7 - pyrotechnische Treibladung; 5, 8 - Sicherheitsgurt; 6, 9 - Rohr mit Kugeln; 10 - Gurtwickler

Da die Gurtrolle fest mit dem Kettenrad verbunden ist, dreht sie sich mit Kugeln und der Gurt wird aufgerollt (Abb. 10, c).

2.3. Rotierender Riemenspanner

Funktioniert nach dem Prinzip eines Rotors. Der Spanner besteht aus einem Rotor 2, einem Zünder 1, einem Antriebsmechanismus 3 (Abb. 11, a)

Der erste Zünder wird durch einen mechanischen oder elektrischen Antrieb angetrieben, während das expandierende Gas den Rotor dreht (Abb. 11, b). Da der Rotor mit der Gurtwelle verbunden ist, beginnt sich der Sicherheitsgurt aufzurollen. Bei Erreichen eines bestimmten Drehwinkels öffnet der Rotor den Bypasskanal 7 zur zweiten Patrone. Unter Einwirkung des Arbeitsdrucks in Kammer Nr. 1 zündet die zweite Patrone, wodurch sich der Rotor weiter dreht (Abb. 11, c). Rauchgase aus Kammer Nr. 1 treten durch den Auslasskanal 8 aus.

Reis. 11. Rotationsspanner: a – Gesamtansicht; b – die Wirkung des ersten Zünders; c – Wirkung des zweiten Zünders; g – die Aktion des dritten Feuerwerkskörpers; 1 - Köder; 2 - Rotor; 3 - Antriebsmechanismus; 4 - Sicherheitsgurt; 5, 8 - Ausgangskanal; 6 - Arbeit des ersten Köders; 7, 9, 10 – Bypass-Kanäle; 11 - Betätigung des zweiten Zünders; 12 - Kammer Nr. 1; 13 - Leistung des dritten Köders; 14 - Kamera Nummer 2

Bei Erreichen des zweiten Bypasskanals 9 wird die dritte Patrone unter Einwirkung des Arbeitsdrucks in Kammer Nr. 2 gezündet (Abb. 11, d). Der Rotor dreht sich weiter und das Abgas aus Kammer Nr. 2 tritt durch Auslass 5 aus.

2.4. Riemenspanner

Für eine reibungslose Kraftübertragung auf den Riemen kommen außerdem verschiedene Zahnstangenvorrichtungen zum Einsatz (Abb. 12).

Der Zahnstangenspanner funktioniert wie folgt. Auf das Signal des Airbag-Steuergeräts hin zündet die Zündladung. Unter dem Druck der entstehenden Gase bewegt sich der Kolben mit der Zahnstange 8 nach oben und bewirkt so die Drehung des damit in Eingriff stehenden Zahnrads 3. Die Drehung von Zahnrad 3 wird auf die Zahnräder 2 und 4 übertragen. Zahnrad 2 ist starr mit dem Außenring 7 der Überholkupplung verbunden, der das Drehmoment auf die Torsionswelle 6 überträgt. Wenn sich der Ring 7 dreht, werden die Rollen 5 der Kupplung bewegt zwischen Kupplung und Torsionswelle eingeklemmt. Durch die Drehung der Torsionswelle wird der Sicherheitsgurt gespannt. Die Riemenspannung wird gelöst, wenn der Kolben den Dämpfer erreicht.

Reis. 12. Gurtstraffer: a - Ausgangsposition; b - das Ende der Riemenspannung; 1 - Stoßdämpfer; 2, 3, 4 - Gänge; 5 - Walze; 6 - Torsionsachse; 7 - der Außenring der Überholkupplung; 8 - Kolben mit Zahnstange; 9 - Feuerwerkskörper

2.5 reversibler Riemenspanner

Bei komplexeren passiven Sicherheitssystemen sind neben pyrotechnischen Gurtstraffern auch ein reversibler Gurtstraffer (Abb. 13) mit Steuergerät und ein adaptiver Gurtkraftbegrenzer (schaltbar) verbaut.

Jeder reversible Gurtstraffer wird von einem separaten Steuergerät gesteuert. Auf Basis von Datenbusbefehlen steuern die Steuergeräte für Gurtstraffer die angeschlossenen Stellmotoren an.

Reversible Spanner haben drei Stufen der Betätigungskraft:

1. geringer Aufwand – Auswahl des durchhängenden Sicherheitsgurtes;
2. mittlere Kraft – Teilspannung;
3. hohe Festigkeit – volle Spannung.

Erkennt das Airbag-Steuergerät einen leichten Frontalaufprall, für den der pyrotechnische Gurtstraffer nicht erforderlich ist, sendet es ein Signal an die Gurtstraffer-Steuergeräte. Sie bewirken, dass die Sicherheitsgurte durch die Antriebsmotoren vollständig gespannt werden.

Reis. 13. Sicherheitsgurt mit reversiblem Gurtstraffer: 1 - Gang; 2 - Haken; 3 - führendes Laufwerk

Die über ein Zahnrad rotierende Motorwelle (in Abb. 13 nicht dargestellt) dreht eine angetriebene Scheibe, die über zwei einziehbare Haken mit der Sicherheitsgurtwelle verbunden ist. Der Sicherheitsgurt wird um die Achse gewickelt und gestrafft.

Wenn sich die Motorwelle nicht oder nur geringfügig in die entgegengesetzte Richtung dreht, können die Haken einklappen und die Sicherheitsgurtwelle freigeben.

Der schaltbare Gurtkraftbegrenzer wird nach dem Auslösen der pyrotechnischen Gurtstraffer aktiviert. In diesem Fall blockiert der Sperrmechanismus die Gurtachse und verhindert so ein Abwickeln des Gurtes aufgrund der möglichen Körperträgheit der Passagiere und des Fahrers.