DE10130632A1

DE10130632A1 - Fahrzeugsitz, insbesondere für ein minengeschütztes Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10130632A1
Application number: DE2001130632
Authority: DE
Inventors: Sieghard Schneider
Original assignee: Krauss Maffei Wegmann GmbH and Co KG
Current assignee: Schneider Sieghard 88239 Wangen De
Priority date: 2001-06-26
Filing date: 2001-06-26
Publication date: 2003-01-02

Abstract

Ein Fahrzeugsitz, insbesondere für ein minengeschütztes Kraftfahrzeug, mit folgenden Merkmalen: DOLLAR A a) Das direkt zwischen dem Fahrzeugboden (B3) und der Sitzschale (S3) angeordnete Untergestell (U3) des Fahrzeugsitzes ist als Scheren- oder Parallelogramm-Mechanismus aufgebaut, derart, daß lediglich in horizontaler Richtung wirkende Kräfte vom Untergestell aufgenommen werden. Die Sicherheitsgurte (G3) sind direkt an der Sitzschale (S3) befestigt. DOLLAR A b) Funktionsmäßig parallel zum Untergestell (U3) ist zwischen Fahrzeugboden (B3) und der Sitzschale (S3) mindestens ein hohe, insbesondere durch Minenexplosionen ausgelöste, Sockelbelastungen dämpfendes Deformationselement (D) derart angeordnet, daß von ihm lediglich in vertikaler Richtung wirkende Kräfte aufgenommen werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugsitz, insbesondere für ein minengeschütztes Kraftfahrzeug mit einer auf einem Untergestell angeordneten Sitzschale und Sicherheitsgurten.
Bei in militärischen Kampfeinsätzen verwendeten Kraftfahrzeugen ergibt sich das Problem, daß bei einer Minenexplosion eine extreme Stoßbelastung an der Unterseite des Fahrzeugs auftritt, die auf die im Fahrzeug angeordneten Fahrzeugsitze übertragen wird und dadurch die Fahrzeuginsassen aufs höchste gefährdet. Es können dabei auch Mehrfachstöße oder Schwingungen auftreten. Um die Fahrzeugsitze gegen diese extremen Stoßbelastungen abzuschirmen, ist es beispielsweise gemäß DE 196 25 715 C1 bekannt, unter dem Fahrzeugsitz ein zwischen zwei biegesteifen Platten befestigtes Dämpfelement anzuordnen, das als Deformationselement ausgebildet ist und bei dem bekannten Beispiel die Form eines aus einem Blechmantel bestehenden beulfähigen Zylinders aufweist. Die Dämpfung der bei einer Minenexplosion auftretenden hohen Beschleunigungen wird durch die energieverzehrende Struktur des Deformationselementes erzielt. Das zylindrische Deformationselement tritt dabei an die Stelle eines Untergestells, so daß die Sitzschale nur über das Deformationselement auf dem Fahrzeugboden abgestützt ist. Dies hat den Nachteil, daß die Sicherheitsgurte nicht an der Sitzschale befestigt werden können, sondern am Fahrzeuggehäuse befestigt werden müssen. Würde man die Sicherheitsgurte an der Sitzschale befestigen, so bestünde das Risiko, daß bei starker Belastung in horizontaler Richtung durch die Gurtkräfte ein vorzeitiges Einknicken des Deformationselementes stattfindet, ohne daß eine Stoßbelastung durch Minenexplosion stattgefunden hat. Verstärkt man das Deformationselement, so besteht die Gefahr eines Nichtansprechens bei einer Minenexplosion.
Da die Rückhaltewirkung durch die Gurte auch nach einer Minenexplosion erhalten bleiben sollte, ist es jedoch erwünscht, die Sicherheitsgurte an der Sitzschale selbst zu befestigen. Dann muß aber das Untergestell des Fahrzeugsitzes den Belastungen durch die Gurtkräfte standhalten.
Es ergibt sich, daß die beiden Forderungen eines Minenschutzes mit ausreichender Dämpfung der Stoßbelastung und die Stabilität des Untergestells des Fahrzeugsitzes gegenüber den Gurtkräften mit bekannten Systemen schwer gleichzeitig zu erfüllen sind.
Dies wird weiter unten anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Als Deformationselemente ausgebildete Dämpfungselemente sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt, die beispielsweise in DE 1 966 727 A und GB 2 228 548 A beschrieben sind. Derartige Deformationselemente werden vor allem bei Sitzen in Flugzeugen verwendet und in der Weise angeordnet, daß sie schräg von vorn und von unten nach oben verlaufende Stoßbelastungen aufnehmen, wie sie beim Absturz eines Flugzeugs auftreten. Zur Dämpfung der bei einer Minenexplosion auftretenden, in vertikaler Richtung von unten wirkenden Stoßbelastungen, sind diese Anordnungen nicht geeignet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fahrzeugsitz mit den oben und im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen so auszubilden, daß einerseits ein ausreichender Schutz gegen schlagartige Beanspruchung in vertikaler Richtung, wie beispielsweise bei einer Minenexplosion, erreicht wird und andererseits aber auch bei einer Befestigung der Sicherheitsgurte an der Sitzschale eine ausreichende Stabilität des Untergestells in Bezug auf die horizontale Richtung wirkenden Gurtkräfte sichergestellt ist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Im folgenden werden anhand der beigefügten Zeichnungen einerseits der bekannte Stand der Technik mit seinen Problemen und andererseits ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und dessen Funktionsweise näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 in einer stark schematisierten Seitenansicht einen minengeschützten Fahrzeugsitz nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 in einer Darstellung analog Fig. 1 einen Fahrzeugsitz nach dem Stand der Technik mit an der Sitzschale befestigten Sicherheitsgurten;
Fig. 3 in einer Darstellung analog Fig. 1 einen Fahrzeugsitz nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung im Normalzustand;
Fig. 4 den Fahrzeugsitz nach Fig. 3 im Zustand nach einer vertikalen Stoßbelastung;
Fig. 5 in gegenüber Fig. 3 vergrößerter Darstellung das Untergestell des Fahrzeugsitzes nach Fig. 3;
Fig. 6 in einer Darstellung analog Fig. 3 einen Fahrzeugsitz nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 7 bis 13 verschiedene Deformationselemente im Zustand vor und nach ihrem Wirksamwerden.
Es wird zunächst anhand der Fig. 1 und 2 das der Erfindung zugrundeliegende technische Problem noch einmal erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Fahrzeugsitz nach dem Stand der Technik mit einer Sitzschale S1, die über ein Untergestell U1 mit dem Fahrzeugboden B1 verbunden ist. Dieses Untergestell U1 kann beispielsweise als Deformationselement in der Form eines Zylinders ausgebildet sein, wie in DE 196 25 715 C1 beschrieben. Infolge der bei einer Minenexplosion auftretenden Stoßbelastung wirkt in vertikaler Richtung die Kraft V1, was zu einer Deformation des Untergestells U1 führt. Diese Deformation bei Erreichen eines definierten Kraftniveaus ist erwünscht und schützt die auf dem Fahrzeugsitz sitzende Person vor schädlichen Stoßbelastungen.
Fig. 2 zeigt ebenfalls einen Fahrzeugsitz mit einer Sitzschale S2, die wiederum über ein Untergestell U2 auf dem Fahrzeugboden B2 angeordnet ist. Bei diesem Fahrzeugsitz sind Sicherheitsgurte G2 an der Sitzschale S2 befestigt. Im Falle eines Wirksamwerdens der Sicherheitsgurte G2 treten starke Kräfte H2 in horizontaler Richtung auf. In diesem Falle ist keine Deformation des Untergestells U2 erwünscht. Es besteht aber die Gefahr, daß beispielsweise die vordere Strebe des Untergestells U2 einknickt. Wird die Stabilität des Untergestells U2 soweit erhöht, daß dies nicht mehr auftreten kann, so ist auch bei einer Ausbildung des Untergestells als Deformationselement u. U. der anhand von Fig. 1 erläuterte Minenschutz nicht mehr gegeben. Die beiden Funktionen "Minenschutz" und "Stabilität gegenüber den Gurtkräften" sind stark mechanisch gekoppelt.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht demnach darin, diese beiden Funktionen zu entkoppeln. Dies wird im folgenden anhand der Fig. 3 bis 5 erläutert.
Der Fahrzeugsitz gemäß Fig. 3 besitzt eine Sitzschale S3, die über ein Untergestell U3 am Fahrzeugboden B3 befestigt ist. An der Sitzschale S3 sind Sicherheitsgurte G3 befestigt.
Die Entkoppelung der beiden obengenannten Funktionen wird durch die Kombination zweier Merkmale erreicht, nämlich

a) das direkt zwischen dem Fahrzeugbogen B3 und der Sitzschale S3 angeordnete Untergestell U3 ist als Scheren- oder Parallelogrammechanismus aufgebaut derart, daß lediglich in horizontaler Richtung wirkende Kräfte H vom Untergestell U3 aufgenommen werden und
b) funktionsmäßig parallel zum Untergestell U3 ist zwischen Fahrzeugboden B3 und Sitzschale S3 ein hohe, insbesondere durch Minenexplosionen ausgelöste Schockbelastungen dämpfendes Deformationselement D derart angeordnet, daß von ihm lediglich in vertikaler Richtung (V) wirkende Kräfte aufgenommen werden.

Scheren- oder Parallelogrammechanismen im Untergestell eines Fahrzeugsitzes sind an sich bekannt. Sie dienen normalerweise zur Höhenverstellung oder Federung der Fahrzeugsitze und es sind ihnen Federelemente und gegebenenfalls übliche Stoßdämpfer parallel geschaltet. Derartige Stoßdämpfer sind aber zur Aufnahme von sehr schnellen Stoßbelastungen ungeeignet, da bei ihnen die Dämpfungskraft mit zunehmender Kolbengeschwindigkeit stark ansteigt. Das heißt, sie verhalten sich bei schnellen Stoßbelastungen extrem steif und übertragen dadurch die schädlichen Belastungen.
Es wird nun ein derartiger Scheren- oder Parallelogrammechanismus zur vertikalen Führung der Sitzschale verwendet, wodurch die Lastpfade bei horizontaler und vertikaler Belastungsrichtung getrennt werden, und es wird anstelle von üblichen Stoßdämpfern oder Federelementen zwischen Sitzschale S3 und Fahrzeugboden B3 ein Deformationselement D eingeschaltet, dessen Kraft- Weg-Charakteristik ohne Fremd- oder Störeinflüsse durch die Gurtkräfte optimal auf die gewünschte maximale zulässige Vertikalkraft abgestimmt werden kann. Bei dieser Anordnung führt eine Belastung durch Gurtkräfte nicht zu einer Beeinflussung des Ansprechverhaltens des Deformationselements und damit der Minenschutzeinrichtung oder zu einem vorzeitigen Ansprechen, einem Abknicken nach vorn oder dergleichen. Das Deformationselement D kann je nach seiner Ausbildung und Anbindung Druck-, Zug- oder auch Torsionsbeanspruchungen und Rückschwingungen aufnehmen. Gegebenenfalls kann ihm ein funktionsmäßig in Serie zu ihm angeordneter Stoßdämpfer mit in Abhängigkeit von der Kolbengeschwindigkeit ansteigender Dämpfungskraft zugeordnet werden, der langsamere Bewegungen und Schwingungen des Fahrzeugssitzes dämpft, aber beim Auftreten der schnellen Stoßbelastung aufgrund einer Minenexplosion die Kräfte ungedämpft auf das Deformationselement überträgt.
Im ersten dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem ein Scherenmechanismus verwendet ist, besitzt, wie in Fig. 5 dargestellt, das Untergestell U3 einen oberen Rahmen 1, der mit der Sitzschale S3 verbunden ist, sowie einen unteren Rahmen 2, der mit dem Fahrzeugboden B3 verbunden ist. Zwischen den beiden Rahmen 1 und 2 sind beidseitig jeweils sich kreuzende Scherenarme angeordnet mit zwei Armen 3 und 4, die sich in einem Scherengelenk 3.3 kreuzen. Das vordere Ende des Scherenarms 3 ist über ein Gelenk 3.1 mit dem oberen Rahmen 1 verbunden, während das vordere Ende des Scherenarms 4 über ein Gelenk 4.1 mit dem unteren Rahmen 2 verbunden ist. Das hintere Ende des Scherenarms 3 ist über ein Gelenk 3.2 mit einem Gleitstück 5 verbunden, das in einer Gleitführung am unteren Rahmen 2 in horizontaler Richtung h1 geführt ist. Das hintere Ende des Scherenarms 4 ist über ein Gelenk 4.2 mit einem Gleitstück 6 verbunden, das in einer Gleitführung am oberen Rahmen 1 in horizontaler Richtung h2 geführt ist. Bei dieser Ausbildung können sich die Rahmen 1 und 2 in vertikaler Richtung v geführt und parallel zueinander aufeinander zubewegen. Zwischen dem oberen Rahmen 1 und dem unteren Rahmen 2 ist ein Deformationselement D angeordnet, dessen oberer Anlenkpunkt 7.1 am oberen Rahmen 1 im Bereich unmittelbar vor der Rahmenmitte liegt, während der untere Anlenkpunkt 7.2 am unteren Rahmen 2 an der Vorderseite auf der Höhe der seitlichen Gelenkverbindungen 4.1 liegt.
Wie aus Fig. 4 zu erkennen, bewegen sich die beiden Rahmen 1 und 2 bei einer plötzlich auftretenden Stoßbelastung in vertikaler Richtung V, die durch die Pfeile v1 und v2 gekennzeichnet ist, aufeinander zu, wobei sich das Deformationselement D verformt und die hierbei auftretende Energie dadurch absorbiert wird.
Anstelle des in Fig. 5 dargestellten Scherenmechanismus kann auch eine Parallelogrammkinematik verwendet werden, welche die gleiche Funktion ausübt. Es wird eine Entkoppelung zwischen horizontaler und vertikaler Belastungsrichtung erreicht. Das in Fig. 6 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel zeigt eine derartige Parallelogrammlkinematik. Der Fahrzeugsitz gemäß Fig. 6 besitzt eine Sitzschale S4 , die über ein Untergestell U4 am Fahrzeugboden B4 befestigt ist. An der Sitzschale S4 sind Sicherheitsgurte G4 befestigt. Das Untergestell U4 besitzt eine mit der Sitzschale S4 verbundene Stützkonsole 3', die über zwei in Normalstellung horizontal verlaufende Gelenkarme 1' und 2' mit einer auf dem Fahrzeugboden angeordneten Befestigungskonsole 4' verbunden ist. An der Stützkonsole 3' liegen die Gelenkpunkte 3.1' und 3.2' und an der Befestigungskonsole die Gelenkpunkte 4.1' und 4.2'. Es ist aus Fig. 6 erkennbar, daß beim Auftreten von Vertikalkräften V' sich der Fahrzeugsitz S4 im Sinn einer Parallelogrammführung anhebt bzw. absenkt, während beim Einwirken von rein horizontal wirksamen Kräften H' die Kräfte vom Untergestell U4 aufgenommen werden. Zwischen die Gelenkpunkte 3.1' und 4.2' ist das Deformationselement D' eingeschaltet, das bei einer in der vertikalen Richtung V' einwirkenden Stoßbelastung eine Aufwärts- oder Abwärtsbewegung der Sitzschale S4 ab einer bestimmten Maximalkraft zuläßt, wobei es sich unter Einwirkung von Druck- oder Zugkräften deformiert.
Wie aus den Zeichnungen abzulesen, führt bei beiden Ausführungsformen eine horizontale Belastung H nicht zu einer Belastung des Deformationselementes D bzw. D'; eine vertikale Belastung V führt jedoch direkt zur Belastung des Deformationselementes D bzw D'.
Das Deformationselement D bzw. D' ist so ausgebildet, daß es ab einer vorgegebenen Maximalbelastung in vertikaler Richtung in einem irreversiblen Deformationsvorgang die auftretenden, die Maximalbelastung überschreitenden, Kräfte absorbiert.
Das Deformationselement D oder D' kann in sehr verschiedener Weise ausgebildet sein und im folgenden werden anhand der Fig. 7 bis 13 einige Ausführungsbeispiele von möglichen Deformationselementen und ihrer Funktion erläutert.
Fig. 7 zeigt ein Deformationselement in der Form eines gelochten Blechstreifens D1, der sich unter der Wirkung eines Zuges in die Form D1.1 und unter der Wirkung eines Druckes in die Form D1.2 deformieren kann.
Die gleiche Doppelwirkung besitzt das in Fig. 8 dargestellte Deformationselement, das in einem Ring oder Rohrsegment D2 besteht, welches sich unter Zug in die Form gemäß D2.1 und unter Druck in die Form gemäß D2.2 deformiert.
Fig. 9 zeigt ein als Rohr ausgebildetes Deformationselement D3, welches unter Druck eine axiale Faltung erfährt, wie in D3.1 dargestellt.
Fig. 10 zeigt ein Deformationselement D4, das als umstülpbares Rohr ausgebildet ist und unter Druck in die Form D4.1 übergeht.
Fig. 11 zeigt ein Deformationselement D5, das als Teleskoprohr mit Scherbolzen ausgebildet ist und unter Druck in die Form D5.1 übergeht.
Fig. 12 zeigt ein Deformationselement D6, das als Rohr mit einem aufweitenden Stempel ausgebildet ist und unter Druck in die Form D6.1 übergeht.
Fig. 13 zeigt ein Deformationselement D7, das als Rohr mit Rechteckquerschnitt ausgebildet ist und unter Druck eine axiale Faltung gemäß D7.1 erfährt. Die Anlenkpunkte des Deformationselementes können nach praktischen und konstruktiven Erfordernissen innerhalb des Scheren- oder Parallelogramm- Mechanismus gewählt werden.
Selbstverständlich können mehrere Deformationselemente parallel oder in Serie geschaltet werden. Dies kann zur Entlastung des Scherensystems beitragen. Die Anlenkung des Deformationselementes kann über Gelenke erfolgen, muß es aber nicht.
Es ergeben sich zusammengefaßt folgende Vorteile des wie oben beschrieben aufgebauten Fahrzeugsitzes:

A) Die beiden Funktionen "Übernahme von Gurtkräften" und "Nachgeben bei Minendetonation" können in einer Baugruppe realisiert werden.
B) Die Auslegung der Grenzlasten kann für beide Belastungsarten entkoppelt und getrennt optimiert erfolgen.
C) Es können handelsübliche Scherensysteme eingesetzt werden, was sich als sehr kostengünstig erweist.
D) Es kann sehr platzsparend konstruiert werden und es besteht eine große Freiheit beim Festlegen der Sitzanordnung und der Einbauverhältnisse, insbesondere in Bezug auf Sitze mit integriertem Gurt.
E) Die Vorrichtung kann gewichtsmäßig leicht aufgebaut werden, besteht aus wenigen Teilen und sie arbeitet zuverlässig und wartungsfrei.

Claims

1. Fahrzeugsitz, insbesondere für ein minengeschütztes Kraftfahrzeug mit einer auf einem Untergestell angeordneten Sitzschale und Sicherheitsgurten, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) das direkt zwischen dem Fahrzeugboden (B3) und der Sitzschale (S3) angeordnete Untergestell (U3) ist als Scheren- oder Parallelogramm- Mechanismus aufgebaut derart, daß lediglich in horizontaler Richtung (H) wirkende Kräfte vom Untergestell aufgenommen werden und die Sicherheitsgurte (G3) sind direkt an der Sitzschale (S3) bzw. den unmittelbar mit der Sitzschale verbundenen Teilen des Untergestells befestigt;

b) funktionsmäßig parallel zum Untergestell (U3) ist zwischen Fahrzeugboden (B3) und der Sitzschale (S3) mindestens ein hohe, insbesondere durch Minenexplosionen ausgelöste, Schockbelastungen dämpfendes Deformationselement (D) derart angeordnet, daß von ihm lediglich in vertikaler Richtung (V) wirkende Kräfte aufgenommen werden.

2. Fahrzeugsitz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Deformationselement (D) so ausgebildet ist, daß es ab einer vorgegebenen Maximalbelastung in vertikaler Richtung in einem irreversiblen Deformationsvorgang die auftretenden, die Maximalbelastung überschreitenden Kräfte absorbiert.

3. Fahrzeugsitz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das als Scherenmechanismus ausgebildete Untergestell (U3) einen oberen, mit der Sitzschale (S3) verbundenen Rahmen (1) sowie einen unteren, mit dem Fahrzeugboden (B3) verbundenen Rahmen (2) aufweist und zwischen den Rahmen beidseitig jeweils sich kreuzende Scherenarme (3, 4) angeordnet sind, wobei die jeweils vorderen (oder hinteren) Enden der Scherenarme (3, 4) über Gelenke (3.1, 4.1) unverschieblich mit dem oberen bzw. unteren Rahmen (1, 2) verbunden sind, während die hinteren (oder vorderen) Enden der Scherenarme (3, 4) über Gelenke (3.2, 4.2) mit in Gleitführungen am Rahmen (1, 2) verschiebbaren Gleitstücken (5, 6) verbunden sind.

4. Fahrzeugsitz nach Anspruch 3 mit einem Deformationselement (D), dadurch gekennzeichnet, daß der obere Anlenkpunkt (7.1) des Deformationselementes (D) am oberen Rahmen (1) im Bereich unmittelbar vor der Rahmenmitte angeordnet ist, währen der untere Anlenkpunkt (7.2) des Deformationselementes (D) am unteren Rahmen (2) an der Vorderseite im Bereich der Gelenkverbindungen (4.1) des einen Scherenarms (4) mit dem unteren Rahmen (2) angeordnet ist.

5. Fahrzeugsitz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem bzw. jedem Deformationselement ein funktionsmäßig in Serie zu ihm angeordneter Stoßdämpfer mit in Abhängigkeit von der Kolbengeschwindigkeit ansteigender Dämpfungskraft zugeordnet ist.