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Die
Erfindung betrifft einen Belastungsdummy.
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Als
Crashtest-Dummys sind lebensgroße Puppen
bekannt, mit denen die Auswirkungen von Verkehrsunfällen auf
den menschlichen Körper
simuliert werden.
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Die
Crashtest-Dummys sind dazu mit zahlreichen Sensoren ausgerüstet, welche
die Belastungen während
eines Crashtests messen. Sie müssen in
ihren biomechanischen Eigenschaften mit denen des menschlichen Körpers im
Optimalfall übereinstimmen – beispielsweise
in den Abmessungen und Massen der einzelnen Körperteile sowie der Steifheit der
verschiedenen Gelenke – damit
sie die Realität möglichst
gut simulieren. Es gibt Crashtest-Dummys, die männliche, weibliche Körper simulieren,
sowie Ausführungen
für verschiedene
Körpergrößen bzw. Altersstufen.
Crashtest-Dummys sind für
die Entwicklung nahezu aller Fahrzeuge unentbehrlich geworden. Es
ist zum Teil sogar gesetzlich vorgeschrieben Crashtests mit Dummys
vor der Zulassung eines Fahrzeugmodells durchzuführen.
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Andererseits
sind auch Dummys bekannt, die lediglich für so genannte Gewichtsbelastungstests
verwendet werden, um die spätere
Belastung durch die Insassen zu simulieren. Daher weisen solche
Belastungsdummys lediglich eine rudimentäre Ähnlichkeit mit dem menschlichen
Körper
auf, so dass die Gewichtsverteilung dem eines menschlichen Körpers weitgehend
entspricht.
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Die
Belastungsdummys werden auf die für die Insassen bestimmten Sitze
der Fahrzeuge angeordnet und das entsprechende Fahrzeug anschließend auf
die Reaktion auf die ausgeübte
Belastung hin untersucht. Als Fahrzeuge werden jegliche Transportmittel
oder Verkehrsmittel, die dem Transport von Gütern (Güterverkehr) und/oder Personen
dienen, verstanden. Die Antriebsart oder die Verwendung ist für die Einordnung
ohne Belang. Es sind verschiedene Arten von Fahrzeugen bekannt:
Wasserfahrzeuge, Landfahrzeuge, Luftfahrzeuge, Raumfahrzeuge sowie
Kombinationen hiervon. Insbesondere eignet sich die Erfindung zur
Verwendung mit Kraftfahrzeugen, wie LKW oder PKW.
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Belastungsdummys
müssen
gewisse Anforderungen bezüglich
der Sicherheit, der Ergonomie, der Größe, der Effizienz und der Qualität sowie
der Flexibilität
und nicht zuletzt auch der Kosten erfüllen.
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So
ist es wichtig, dass der Belastungsdummy an seinem vorgesehenen
Platz im Fahrzeug verbleibt unabhängig davon was mit dem Fahrzeug
geschieht, das heißt
zum Beispiel im Falle eines Unfalls usw. Zusätzlich sollten die Belastungsdummys
in einfacher Weise durch den Benutzer ein- und auslagerbar sein,
wobei dieser Vorgang möglichst
wenig aufwendig und schnell von statten gehen sollte. Des Weiteren
dürfen
die Belastungsdummys das jeweilige Fahrzeug nicht beschädigen und
keine sonstigen Einflüssige
auf das Fahrzeug ausüben.
So dürfen
sie insbesondere keine Vibrationen oder Lärm verursachen, da diese Parameter
oft bei den Untersuchungen von Interesse sind und ansonsten das
Untersuchungsergebnis verfälscht
würde.
Auch sollten die Belastungsdummys möglichst flexibel einsetzbar
und insbesondere im Gewicht variabel sein.
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Bekannt
sind seit langem die Verwendung von einfachen Dummys mit vorgegebenem
fest eingestelltem Gewicht sowie mit Wasser gefüllten Dummys.
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Belastungsdummys
mit vorgegebenem Gewicht sind jedoch wenig flexibel in der Anwendung und
für den
Benutzer belastend, da das gesamte Gewicht auf einmal bewegt werden
muss. Zudem sind die Belastungsszenarien durch die vorgegebenen Gewichte
beschränkt
oder eine große
Zahl von unterschiedlichen Belastungsdummys ist notwendig, um die
unterschiedlichen Belastungsszenarien zu untersuchen.
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Aus
der
US 3,890,723 ist
ein Ballastkörper für Versuche
an Fahrzeugen bekannt, der aus einem mit einer Flüssigkeit
füllbaren
Behälter
besteht und der die Form eines menschlichen Rumpfes mit in eine
sitzende Stellung abgewinkelten Oberschenkel hat. Solche mit Wasser
gefüllten
Belastungsdummys haben den Vorteil, dass sie ohne Füllung leicht
sind und so ohne größere Belastung
des Benutzers eingesetzt werden können. Dazu kommt die wählbare Füllmenge.
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Allerdings
wird diese Flexibilität
mit einem Zeitverlust erkauft, da das Wasser eingefüllt werden muss,
sobald der Belastungsdummy sich im Fahrzeug befindet, und auch wieder
abgelassen werden muss, sobald der Belastungsdummy entfernt werden soll.
Hinzu kommt die Problematik den Belastungsdummy sauber zu Befüllen und
zu Entleeren, d.h. ohne das Fahrzeuginnere zu benässen. Die
Verwendung von Wasser ist zudem nicht bei Untersuchungen unterhalb
des Gefrierpunktes von Wasser möglich,
was jedoch zur üblichen
Routine der Fahrzeughersteller gehört. Auch ist die Dichte von
Wasser relativ gering, so dass das Volumen und somit das Ausmaß der Belastungsdummys
groß sein
muss, was aber Probleme bei der Verwendung mehrerer Belastungsdummys
nebeneinander auf mehrsitzigen Sitzen bedingt, wie z. B. einer Rücksitzbank
eines PKW. Auch bedingt dies eine Gewichtsobergrenze von ca. 65
kg der Belastungsdummys bei üblichen
Fahrzeugsitzausmaßen.
Ebenfalls ist von Nachteil, dass die mit Flüssigkeiten gefüllten Belastungsdummys
nicht in den üblichen
NVH Untersuchungen einsetzbar sind, da die Flüssigkeiten Bewegungsgeräusche verursachen,
die das Ergebnis verfälschen.
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In
der
DE 93 01 140 U1 ist
ein Belastungsdummy, bestehend aus einem Beinpartieteil und einem
Rumpfteil, offenbart. Zwischen den beiden Teilen ist ein Scharnier
angeordnet, um den Belastungsdummy an verschiedenen Sitze und Sitzpositionen anpassen
zu können.
Die beiden Teile sind als Hohlkörper
ausgebildet, um mit einem das Körpergewicht simulierenden
Medium, beispielsweise Wasser oder Sand, befüllt werden zu können. In
der Schrift selber wird angegeben, daß am Rumpfteil Retentionselemente
zur Adaption mit einem Lastkran angeordnet sind, da der Belastungsdummy
aufgrund des simulierten Körpergewichtes
von durchschnittlich 75 kg nur schwer von Hand aufzunehmen und zu
bewegen ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es demgegenüber, einen
Belastungsdummy zur Verfügung
zu stellen, der einfach und flexibel zu handhaben und mit unterschiedlichem
einstellbarem Gewicht einzusetzen ist. Daneben sollte der Belastungsdummy
durch den Benutzer gut ein- und auslagerbar sein, wobei dieser Vorgang
möglichst
wenig aufwendig und schnell von statten gehen sollte. Des Weiteren
sollte der Belastungsdummy das jeweilige Fahrzeug nicht beschädigen und
keine sonstigen Einflüssige
auf das Fahrzeug bei der Untersuchung ausüben, insbesondere keine Vibrationen
oder Lärm
verursachen.
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Diese
Aufgabe wird durch den in Anspruch 1 angegebenen Belastungsdummy
gelöst.
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Dadurch,
dass der Körper
derart ausgestaltet ist, dass mindestens ein Gewichtselement mit
ihm lösbar
verbindbar ist, ist es möglich
den Belastungsdummy einfach und flexibel zu handhaben und mit unterschiedlichem
einstellbarem Gewicht einzusetzen. Daneben kann der Belastungsdummy
durch den Benutzer gut in das Fahrzeug ein- und ausgelagert werden,
da er leicht und klein ist und dabei nicht beladen ist. Die Beladung
kann, ähnlich
wie bei den mit Wasser gefüllten
Belastungsdummys, im Fahrzeug vorgenommen werden. Dabei ist jedoch
von großem Vorteil,
dass feste Gewichtselemente eingesetzt werden.
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Hiermit
kann der Belastungsdummy variabel beschwert werden, um unterschiedliche
Situationen zu simulieren. Es werden keine sonstigen Einflüssige auf
das Fahrzeug bei der Untersuchung ausgeübt, insbesondere keine Vibrationen
oder Lärm,
da keine Bewegungsgeräusche
etc des Wassers auftreten. Somit können NVH Untersuchungen ohne
Beeinflussung durchgeführt
werden. Zudem spielt die Temperatur bei der Untersuchung keine Rolle.
Auch kann der Belastungsdummy kleiner ausfallen, da die Dichte der
eingesetzten Gewichtselemente höher
ist als die von Wasser.
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Als
Gewichtselemente kommen insbesondere mit Metallschrot gefüllte Gewebebeutel
infrage. Deren Gewicht kann fest vorgegeben sein. So ist es z. B.
sinnvoll die Gewichtselemente als 5 kg schwere Gewebebeutel vorzusehen,
so dass sie leicht zu handhaben sind und trotzdem eine stufenweise
Simulation unterschiedlicher Belastungen erlauben. Andere oder unterschiedliche
Abstufungen sind natürlich
möglich.
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Die
Verbindung oder Befestigung der Gewichtselemente an dem Belastungsdummy
kann in unterschiedlicher Weise vorgenommen werden. So könnten die
Gewichtselemente über
arretierbare Rastemittel, wie Bajonettverschlüssen mit dem Körper des
Belastungsdummys verbunden werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist der Körper
mindestens ein Staufach für
das mindestens eine Gewichtselement auf. Das oder die Gewichtselemente
werden also in einem Staufach platziert. Sinnvollerweise ist dabei
der Körper
hohl und sein Hohlraum bildet ein oder mehrere Staufächer für das mindestens
eine oder die Gewichtselement aus. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn
der Hohlraum sich über
den gesamten Belastungsdummy erstreckt und ein einziges Staufach ausbildet.
Der gesamte Belastungsdummy ist bei dieser Variante als Hohlkörper ausgebildet
und kann so eine Mehrzahl von Gewichtselementen aufnehmen.
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Dazu
ist es günstig,
wenn das Staufach eine Öffnung
aufweist, die verschließ-
und verriegelbar ist. Dabei kann hierfür eine verschließ- und verriegelbare Klappe
an Vorderseite vorgesehen sein. Sinnvoll ist die Verwendung eines
Schnellverschlusses. Die Klappe kann sich vollständig über das obere Teil des torso-ähnlichen
Körpers
erstrecken, um eine große und
so gut zugängliche Öffnung bereitzustellen.
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Der
Körper
wird vorzugsweise derart bemessen, dass er mit mehreren Gewichtselementen
auf etwa 120 kg beschwerbar ist. Zusammen mit seinem leichten Leergewicht,
von z. B. 7 kg, erlaubt dies die Simulation praktischer aller üblichen
Gewichte von Insassen eines Fahrzeugs. Natürlich kann das Leergewicht
je nach Ausführung
auch höher
sein, z. B. 20 kg, allerdings wird dann die Handhabung des Körpers, insbesondere
beim Ein- und Ausladen aus einem Versuchsfahrzeug, erschwert.
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Auch
kann der Körper
derart ausgestaltet sein, dass ein üblicher Sicherheitsgurt zur
Sicherung verwendet werden kann. Günstigerweise ist dazu mindestens
eine arretierbare Halterung für
den Sitzgurt vorgesehen. Es ist auch möglich, zwei Halterungen im
Beckenbereich des torso-ähnlichen
Körpers für den Becken- und/oder Brustgurt
des Sicherheitsgurts vorzusehen. Dies erlaubt eine hohe Sicherheit bei
den Untersuchungen und verhindert den Einsatz von aufwendigen Speziallösungen.
So haben Untersuchungen gezeigt, dass der Belastungsdummy so auch
bei einem Überschlag
des Sitzes an seinem Platz verbleibt. Dies erlaubt zu dem die Untersuchung
der Sicherheitsgurte selbst, z. B. auf ihre Rückhaltefunktion bei bestimmten
Gewichten.
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Die
Untersuchungen mit den Belastungsdummys werden üblicherweise während der
Bewegung des Fahrzeugs durchgeführt.
Dabei ist es oft notwendig, dass der Führer des Fahrzeugs über Telekommunikationseinrichtungen
mit dem übrigen Testpersonal
außerhalb
des Fahrzeugs kommuniziert. Daher ist es günstig, wenn der Belastungsdummy
einen Halter für
Telekommunikationseinrichtung, insbesondere für Funkgerät des Fahrers aufweist. So kann
der Belastungsdummy z. B. auf dem Beifahrersitz in einem Kraftfahrzeug,
wie einem PKW, angeordnet werden und die Telekommunikationseinrichtung
leicht erreich- und bedienbar platziert werden. Um die Untersuchungen
nicht zu beeinflussen, kann der Halter vibrationsgedämpft sein,
z. B. durch Herstellen aus Gummi etc.
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Der
Belastungsdummy kann besonders leicht und dennoch stabil ausgeführt werden,
wenn der Körper
ein Gehäuse
aus Fasermaterial, wie Glasfasergewebe oder Karbonfasergewebe usw.
aufweist. Dies lässt
sich auch leicht in die gewünschte Gestalt
bringen. Dabei kann die äußere Kontur
bzw. das Äußere des
Körpers
glatt d.h. ohne Ecken und Kanten ausgebildet sein. Dies verhindert
Verletzungen und Beschädigungen.
Zusätzlich
ist es vorgesehen, dass der Belastungsdummy mit einem Gelcoat als
Topcoat versehen wird. Dies verleiht ihm eine besonders glatte Oberfläche und
erhöht
seine Stabilität.
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Die
Klappe kann aus Metall, insbesondere Aluminium bestehen und weist
vorzugsweise eine umlaufende Dichtung auf, die den Eintritt von
Staub, Dreck und Feuchtigkeit in den Körper verhindert und ggf. Vibrationen
oder Geräusche
dämpft.
Zusätzlich hat
sie eine schützende
Funktion, da sie den Rand der Klappe abpolstert.
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Der
Belastungsdummy bzw. dessen ist Vorteilhafterweise Körper derart
bemessen, dass mindestens zwei, insbesondere drei Belastungsdummys nebeneinander
auf einem als Sitzbank ausgebildeten Fahrzeugsitz Platz finden.
So können
unter realistischen Bedingungen, z. B. die Belastung einer Rücksitzbank
in einem PKW untersucht werden.
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Weitere
Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispieles
anhand der Zeichnung verdeutlicht. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Vorderansicht eines Belastungsdummys;
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2 eine
perspektivische Hinteransicht des Belastungsdummys aus 1;
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3 eine
perspektivische Vorderansicht des Belastungsdummys aus 1 beim
Beschweren und
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4 eine
perspektivische Vorderansicht des Belastungsdummys aus 1 im
angeschnallten Zustand.
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In
den Figuren ist ein als Ganzes mit 1 bezeichneter Belastungsdummy
dargestellt. Der Belastungsdummy 1 weist einen hohlen torso-ähnlichen Körper 2 auf,
dessen äußere Kontur
keine Ecken und Kanten aufweist sowie aus Glasfasergewebe hergestellt
ist und mit einem Gelcoat als Topcoat versehen ist.
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Der
Körper 2 weist
einen oberen Teil 3 und einen dazu abgewinkelten unteren
Teil 4 auf, die gemeinsam die Gewichtsbelastung eines menschlichen Körpers auf
einem Fahrzeugsitz, wie im vorliegenden Fall einem PKW, simulieren
sollen.
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Der
Körper 2 ist
etwa 60 cm hoch, ca. 35 cm breit und besitzt an seiner tiefsten
Stelle des oberen Teils 3 eine Tiefe von ca. 24 cm sowie
an seiner tiefsten Stelle des unteren Teils 4 eine Tiefe
von ca. 45 cm.
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Der
Hohlraum 8 des Körpers
bildet ein Staufach für
Gewichtselemente G aus, die zur Beschwerung des Belastungsdummys
dienen. Der Hohlraum 8 erstreckt sich über den gesamten Belastungsdummy
und ein einziges Staufach aus. Der gesamte Belastungsdummy ist bei
dieser Variante als Hohlkörper 8 ausgebildet
und kann so eine Mehrzahl von Gewichtselementen G aufnehmen.
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Als
Gewichtselemente G werden mit Metallschrot gefüllte Gewebebeutel verwendet,
die 5 kg schwer sind, so dass sie leicht zu handhaben sind und trotzdem
eine stufenweise Simulation unterschiedlicher Insassenbelastungen
erlauben. Zudem verrutschen diese so gut wie nicht und können, ähnlich wie
Sandsäcke, "modelliert" werden, füllen also den
verfügbaren
Raum gut aus.
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Das
Staufach weist eine Öffnung
auf, die verschließ-
und verriegelbar ist. Dazu ist eine Klappe 5 aus Aluminium
an Vorderseite vorgesehen, die einen Schnellverschluss 11 aufweist.
Die Klappe 5 erstreckt sich vollständig über das obere Teil 3 des
torso-ähnlichen
Körpers,
um eine große
und so gut zugängliche Öffnung bereitzustellen,
so dass die Gewichtselemente G einfach zu be- und entladen sind.
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Der
Körper 2 kann
so mit mehreren Gewichtselementen auf etwa 100 kg beschwert werden.
Zusammen mit seinem leichten Leergewicht, von z. B. 7 kg, erlaubt
diese die Simulation praktischer aller üblichen Insassen.
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Die
Klappe 5 ist an der Abwinkelung zwischen dem oberen und
unteren Teil 3, 4 über ein Scharnier 7 angelenkt.
Das untere Teil 4 ist im vorliegenden Fall mittels einer
festen Platte 6 ebenfalls aus Aluminium verschlossen.
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Sowohl
die Klappe 5 als auch die Platte 6 sind mit einer
umlaufenden Dichtung 12 versehen.
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Zum
Beladen des Belastungsdummys 1 wird die Klappe 5 am
Schnellverschluss 11 entriegelt und geöffnet nachdem der Belastungsdummy 1 auf
dem Fahrzeugsitz platziert wurde. Anschließend werden so viele Gewichtselemente
G wie notwendig nach einander durch die Öffnung in den Hohlraum 8 gelegt.
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Dann
wird die Klappe 5 erneut geschlossen und über den
Schnellverschluss 11 verriegelt. So können keine Gewichtselemente
G bei der Untersuchung herausrutschen.
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Anschließend wird
der Sicherheitsgurt S des Sitzes verwendet um den Belastungsdummy 1 zu
sichern. Dazu wird der Beckengurt 13 durch zwei Halterungen 9 im
Bereich des Übergangs
zwischen dem oberen Teil 3 und dem unteren Teil 4 auf
der Vorderseite der Klappe 5 geführt. Hierzu sind die Halterungen 9 aufklappbar
ausgestaltet, so dass der Gurt einfach eingelegt werden kann. Danach
kann die jeweilige Halterung verschlossen werden und über eine Arretierung
gesichert werden. Derselbe Vorgang kann für den Brustgurt 14 durchgeführt werden,
wobei entweder eine zusätzliche
Halterung vorgesehen sein kann oder, wie im vorliegenden Fall, wird
der Anfang des Brustgurts 14 durch eine der nebeneinander angeordneten
Halterungen 9 geführt,
so dass der Brustgurt 14 am Belastungsdummy 1 ähnlich einem Menschen
anliegt.
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Zusätzlich weist
der Belastungsdummy 1 auf der Vorderseite der Klappe 5 in
deren oberen Abschnitt einen Halter 10 aus Gummi für ein Funkgerät auf, so
dass der Fahrer diese leicht erreichen und bedienen kann, wenn der
Belastungsdummy 1 auf dem Beifahrersitz eines Kraftfahrzeugs
etc. angeordnet ist.