Wie Sicherheitsgurte funktionieren

Ein Fahrer schnallt sich an. Sehen Sie mehr Autosicherheitsbilder. SABAH ARAR / AFP / Getty Images

Laut einem Forschungsbericht der National Highway Traffic and Safety Administration retten Sicherheitsgurte in den USA jedes Jahr etwa 13.000 Menschenleben. Darüber hinaus schätzt die NHTSA, dass 7.000 Todesfälle bei Autounfällen in den USA vermieden worden wären, wenn die Opfer Gürtel getragen hätten.

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Während Sicherheitsgurte gelegentlich zu schweren Verletzungen oder zum Tod führen, sind sich fast alle Sicherheitsexperten einig, dass das Anschnallen Ihre Überlebenschancen bei einem Unfall dramatisch erhöht. Laut NHTSA reduzieren Sicherheitsgurte das Todesrisiko für einen Insassen eines Vordersitzwagens um etwa 50 Prozent.

Wenn Sie darüber nachdenken, ist dies absolut erstaunlich: Wie kann ein Stück Stoff den Unterschied zwischen Leben und Tod ausmachen? Was macht es eigentlich? In diesem Artikel untersuchen wir die Technologie von Sicherheitsgurten, um herauszufinden, warum sie eine der wichtigsten Technologien in jedem Auto sind.

Die Grundidee eines Sicherheitsgurtes ist sehr einfach: Sie verhindert, dass Sie durch die Windschutzscheibe fliegen oder zum Armaturenbrett rennen, wenn Ihr Auto abrupt zum Stillstand kommt. Aber warum sollte das überhaupt passieren? Kurz gesagt, wegen Trägheit.

Trägheit ist die Tendenz eines Objekts, sich weiter zu bewegen, bis etwas anderes gegen diese Bewegung wirkt. Anders ausgedrückt: Trägheit ist der Widerstand jedes Objekts gegen die Änderung seiner Geschwindigkeit und Fahrtrichtung. Die Dinge wollen natürlich weitermachen.

Wenn ein Auto mit einer Geschwindigkeit von 80 km / h fährt, möchte die Trägheit, dass es 80 km / h in eine Richtung fährt. Luftwiderstand und Reibung auf der Straße verlangsamen sie ständig, aber die Motorleistung gleicht diesen Energieverlust aus.

Alles, was sich im Auto befindet, einschließlich Fahrer und Beifahrer, hat eine eigene Trägheit, die von der Trägheit des Autos getrennt ist. Das Auto beschleunigt Fahrer zu seiner Geschwindigkeit. Stellen Sie sich vor, Sie rollen mit einer Geschwindigkeit von 50 Meilen pro Stunde. Ihre Geschwindigkeit und die Geschwindigkeit des Autos sind ziemlich gleich, so dass Sie das Gefühl haben, dass Sie und das Auto sich als eine Einheit bewegen.

Aber wenn das Auto gegen einen Telefonmast stoßen würde, wäre es offensichtlich, dass Ihre Trägheit und die des Autos absolut unabhängig voneinander waren. Die Kraft der Stange würde das Auto abrupt zum Stillstand bringen, aber Ihre Geschwindigkeit würde gleich bleiben. Ohne Sicherheitsgurt würden Sie entweder mit 50 Meilen pro Stunde gegen das Lenkrad schlagen oder mit 50 Meilen pro Stunde durch die Windschutzscheibe fliegen. So wie die Stange das Auto verlangsamte, verlangsamten Sie das Armaturenbrett, die Windschutzscheibe oder die Straße, indem sie eine enorme Kraft ausübten.

Es ist eine Selbstverständlichkeit, egal was bei einem Absturz passiert, etwas müsste Kraft auf dich ausüben, um dich zu verlangsamen. Aber je nachdem, wo und wie die Kraft angewendet wird, werden Sie möglicherweise sofort getötet oder gehen unversehrt von dem Schaden weg.

Wenn Sie mit dem Kopf gegen die Windschutzscheibe schlagen, konzentriert sich die Bremskraft auf einen der anfälligsten Körperteile. Es stoppt Sie auch sehr schnell, da das Glas eine harte Oberfläche ist. Dies kann eine Person leicht töten oder schwer verletzen.

Ein Sicherheitsgurt übt die Bremskraft über einen längeren Zeitraum auf haltbarere Körperteile aus. Im nächsten Abschnitt werden wir sehen, wie dies die Wahrscheinlichkeit schwerer Verletzungen verringert.

Im letzten Abschnitt haben wir gesehen, dass jedes Mal, wenn ein Auto plötzlich anhält, auch ein Passagier plötzlich anhält. Die Aufgabe eines Sicherheitsgurtes ist es Verteilen Sie die Bremskraft über stabilere Körperteile, um Schäden zu minimieren.

Ein typischer Sicherheitsgurt besteht aus a Beckengurt, die über Ihrem Becken ruht, und a Schultergurt, das erstreckt sich über Ihre Brust. Die beiden Gurtabschnitte sind fest am Fahrzeugrahmen befestigt, um die Fahrgäste auf ihren Sitzen zu halten.

Wenn der Gurt richtig getragen wird, übt er den größten Teil der Bremskraft auf den Brustkorb und das Becken aus, die relativ robuste Körperteile sind. Da sich die Gurte über einen weiten Teil Ihres Körpers erstrecken, konzentriert sich die Kraft nicht auf einen kleinen Bereich, sodass sie nicht so viel Schaden anrichten kann. Zusätzlich der Sicherheitsgurt Gurtband besteht aus einem flexibleren Material als das Armaturenbrett oder die Windschutzscheibe. Es erstreckt sich ein wenig, was bedeutet, dass der Stopp nicht ganz so abrupt ist. Der Sicherheitsgurt sollte jedoch nicht mehr als ein wenig nachgeben, da Sie sonst gegen das Lenkrad oder die Seitenscheibe schlagen könnten. Mit sicheren Sicherheitsgurten können Sie nur leicht nach vorne schalten.

Ein Auto ist Knautschzonen Machen Sie die eigentliche Arbeit, um den Schlag zu mildern. Knautschzonen sind Bereiche vorne und hinten in einem Auto, die relativ leicht zusammenbrechen. Anstatt dass das gesamte Auto abrupt anhält, wenn es auf ein Hindernis trifft, absorbiert es einen Teil der Aufprallkraft durch Abflachen wie eine leere Getränkedose. Die Kabine des Autos ist viel stabiler, so dass sie nicht um die Passagiere herum zerknittert. Es bewegt sich kurz weiter und drückt die Vorderseite des Autos gegen das Hindernis. Knautschzonen schützen Sie natürlich nur, wenn Sie sich mit der Kabine des Autos bewegen - das heißt, wenn Sie mit Ihrem Sicherheitsgurt am Sitz befestigt sind.

Die einfachste Art von Sicherheitsgurt, die in einigen Achterbahnen zu finden ist, besteht aus einem Stück Gurtband, das an der Karosserie des Fahrzeugs angeschraubt ist. Diese Gurte halten Sie jederzeit fest am Sitz, was sehr sicher, aber nicht besonders bequem ist.

Autosicherheitsgurte haben die Fähigkeit dazu ausfahren und einfahren -- Sie können sich leicht nach vorne lehnen, während der Gurt ziemlich straff bleibt. Bei einer Kollision wird der Gurt plötzlich enger und hält Sie an Ort und Stelle. Im nächsten Abschnitt werden wir uns die Maschinen ansehen, die all dies ermöglichen.

Eine spiralförmige Feder dreht die Spule, um das Sicherheitsgurtband straff zu halten.

In einem typischen Sicherheitsgurtsystem ist das Gurtband mit einem verbunden Retraktormechanismus. Das zentrale Element im Retraktor ist eine Spule, die an einem Ende des Gurtbandes befestigt ist. Innerhalb des Retraktors übt eine Feder eine Rotationskraft aus, oder Drehmoment, zur Spule. Dadurch wird die Spule so gedreht, dass lose Gurtbänder aufgewickelt werden.

Wenn Sie das Gurtband herausziehen, dreht sich die Spule gegen den Uhrzeigersinn, wodurch die angebrachte Feder in die gleiche Richtung gedreht wird. Effektiv arbeitet die rotierende Spule an aufdrehen der Frühling. Die Feder möchte in ihre ursprüngliche Form zurückkehren und widersteht dieser Drehbewegung. Wenn Sie das Gurtband lösen, zieht sich die Feder zusammen und dreht die Spule im Uhrzeigersinn, bis der Riemen nicht mehr locker ist.

Der Retraktor hat eine Verschlussmechanismus Dadurch wird verhindert, dass sich die Spule dreht, wenn das Auto in eine Kollision verwickelt ist. Es gibt heute zwei Arten von Schließsystemen, die allgemein verwendet werden:

• Systeme ausgelöst durch die Bewegung des Autos
• Systeme ausgelöst durch die Bewegung des Gürtels

Die erste Art von System sperrt die Spule, wenn das Auto schnell ist bremst ab (wenn es zum Beispiel etwas trifft). Das folgende Diagramm zeigt die einfachste Version dieses Entwurfs.

Das zentrale Bedienelement in diesem Mechanismus ist a gewichtetes Pendel. Wenn das Auto plötzlich zum Stillstand kommt, schwingt das Pendel aufgrund der Trägheit nach vorne. Das Klinke am anderen Ende des Pendels ergreift ein Zahn Ratschengetriebe an der Spule befestigt. Wenn die Sperrklinke einen ihrer Zähne greift, kann sich das Zahnrad nicht gegen den Uhrzeigersinn drehen und die angeschlossene Spule auch nicht. Wenn sich das Gurtband nach dem Aufprall wieder löst, dreht sich das Zahnrad im Uhrzeigersinn und die Sperrklinke löst sich.

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Die zweite Art von System sperrt die Spule, wenn etwas passiert Ruckt das Gurtband. Die Aktivierungskraft bei den meisten Konstruktionen ist die Geschwindigkeit der Spulendrehung. Das Diagramm zeigt eine allgemeine Konfiguration.

Das zentrale Bedienelement bei dieser Konstruktion ist a Fliehkraftkupplung -- ein gewichteter Schwenkhebel, der an der Drehspule angebracht ist. Wenn sich die Spule langsam dreht, dreht sich der Hebel überhaupt nicht. Eine Feder hält es in Position. Aber wenn etwas am Gurtband reißt, dreht sich die Spule schneller, Zentrifugalkraft treibt das gewichtete Ende des Hebels nach außen.

Der verlängerte Hebel drückt a Nocken Stück am Retraktorgehäuse montiert. Der Nocken ist durch einen Gleitstift mit einer schwenkbaren Sperrklinke verbunden. Wenn sich der Nocken nach links verschiebt, bewegt sich der Stift entlang einer Nut in der Sperrklinke. Dadurch wird die Sperrklinke in das an der Spule befestigte Spinnratschenrad gezogen. Die Sperrklinke rastet in den Zähnen des Zahnrads ein und verhindert so eine Drehung gegen den Uhrzeigersinn.

In einigen neueren Sicherheitsgurtsystemen a Gurtstraffer funktioniert auch, um das Gurtband festzuziehen. Im nächsten Abschnitt werden wir sehen, wie diese Geräte funktionieren.

Wenn das Gas gezündet wird, drückt der Druck den Kolben nach oben, um den Retraktor zu drehen.

Die Idee eines Gurtstraffers ist es, im Falle eines Unfalls das Spiel im Gurtband fester zu machen. Während der herkömmliche Verriegelungsmechanismus in einem Retraktor verhindert, dass sich der Riemen weiter ausdehnt, ist der Gurtstraffer tatsächlich zieht am Gürtel ein. Diese Kraft hilft, den Passagier in die optimale Aufprallposition auf seinem Sitz zu bringen. Gurtstraffer arbeiten normalerweise mit herkömmlichen Verriegelungsmechanismen zusammen, nicht anstelle von ihnen.

Es gibt verschiedene Gurtstraffersysteme auf dem Markt. Einige Gurtstraffer ziehen den gesamten Retraktormechanismus nach hinten und andere drehen die Spule selbst. Im Allgemeinen sind Gurtstraffer mit demselben zentralen Steuerprozessor verbunden, der die Airbags des Fahrzeugs aktiviert. Der Prozessor überwacht mechanisch oder elektronisch Bewegungssensoren die auf die plötzliche Verzögerung eines Aufpralls reagieren. Wenn ein Aufprall erkannt wird, aktiviert der Prozessor den Gurtstraffer und dann den Airbag.

Einige Gurtstraffer sind um Elektromotoren oder Magnete herum gebaut, aber die beliebtesten Konstruktionen werden heute verwendet Pyrotechnik das Gurtband einziehen. Das folgende Diagramm zeigt ein repräsentatives Modell.

Das zentrale Element dieses Gurtstraffers ist eine Kammer aus brennbarem Gas. In der Kammer befindet sich eine kleinere Kammer mit Sprengstoff Zünder Material. Diese kleinere Kammer ist mit zwei Elektroden ausgestattet, die mit dem Zentralprozessor verbunden sind.

Wenn der Prozessor eine Kollision erkennt, legt er sofort einen elektrischen Strom über die Elektroden an. Der Funke von den Elektroden entzündet das Zündermaterial, das verbrennt, um das Gas in der Kammer zu entzünden. Das brennende Gas erzeugt viel Druck nach außen. Der Druck drückt auf a Kolben ruhen in der Kammer und fahren sie mit hoher Geschwindigkeit nach oben.

Ein Zahnstangenrad ist an einer Seite des Kolbens befestigt. Wenn der Kolben hochschießt, rastet das Zahnstangenrad in ein Zahnrad ein, das mit dem Aufrollspulenmechanismus verbunden ist. Das Beschleunigungsgestell dreht die Spule kräftig und wickelt das schlaffe Gurtband auf.

Bei schweren Unfällen kann ein Sicherheitsgurt ernsthaften Schaden anrichten, wenn ein Auto mit extrem hoher Geschwindigkeit mit einem Hindernis kollidiert. Wenn die Trägheitsgeschwindigkeit eines Passagiers zunimmt, ist eine größere Kraft erforderlich, um den Passagier zum Stillstand zu bringen. Mit anderen Worten, je schneller Sie aufprallen, desto stärker wird der Sicherheitsgurt auf Sie drücken.

Einige Sicherheitsgurtsysteme verwenden Lastbegrenzer um Verletzungen durch Riemen zu minimieren. Die Grundidee eines Lastbegrenzers besteht darin, etwas mehr überschüssiges Gurtband freizugeben, wenn viel Kraft auf den Riemen ausgeübt wird. Der einfachste Lastbegrenzer ist a falten in das Gurtband eingenäht. Die Stiche, die die Falte an Ort und Stelle halten, sind so konstruiert, dass sie brechen, wenn eine bestimmte Kraft auf den Gürtel ausgeübt wird. Wenn die Stiche auseinanderfallen, entfaltet sich das Gurtband und der Gürtel kann sich etwas mehr ausdehnen.

Fortgeschrittenere Lastbegrenzer basieren auf a Drehstab im Retraktormechanismus. Ein Torsionsstab ist nur ein Stück Metallmaterial Twist wenn genügend Kraft darauf ausgeübt wird. Bei einem Lastbegrenzer ist der Torsionsstab an einem Ende am Verriegelungsmechanismus und am anderen an der Drehspule befestigt. Bei einem weniger schweren Unfall behält der Torsionsstab seine Form und die Spule rastet zusammen mit dem Verriegelungsmechanismus ein. Wenn jedoch viel Kraft auf das Gurtband (und damit auf die Spule) ausgeübt wird, dreht sich der Torsionsstab leicht. Dadurch kann sich das Gurtband etwas weiter ausdehnen.

Im Laufe der Jahre haben sich Sicherheitsgurte als mit Abstand wichtigste Sicherheitsvorrichtung für PKW und LKW erwiesen. Sie sind jedoch keineswegs unfehlbar, und Autosicherheitsingenieure sehen im heutigen Design viel Raum für Verbesserungen. In Zukunft werden Autos mit besseren Gurten, besseren Airbags und höchstwahrscheinlich einer völlig neuen Sicherheitstechnologie ausgestattet. Natürlich muss die Regierung immer noch das größte Problem mit Sicherheitsvorrichtungen angehen - die Menschen dazu bringen, sie zu benutzen.

Weitere Informationen zu Sicherheitsgurten und anderen Sicherheitssystemen finden Sie unter den Links auf der nächsten Seite.

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• Bundesautobahnverwaltung
• Versicherungsinstitut für Straßenverkehrssicherheit
• Automobilkoalition für Verkehrssicherheit
• Car-Safety.org