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Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kopfstütze zum Einbau in Sitze von
Fahrzeugen, die aus einer Normalstellung in eine Unfallstellung
verfahrbar ist, mittels eines Mechanismus, der sensorgesteuert aktivierbar
ist.
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Heute
sind die Kopfstützen
in vielen Automobilen Bestandteil des passiven Sicherheitssystems. Einige
Kopfstützen,
sogenannte aktive Kopfstützen, neigen
sich beim Aufprall nach vorne, um den Kopf wertvolle Millisekunden
eher auffangen zu können.
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Auf
dem Sektor des Pkw-Insassenschutzes besteht derzeit zwar die Möglichkeit,
zwischen verschiedenen Schutzsystemen für den Fahrer oder Beifahrer
zu wählen,
aber für
die Passagiere auf der Rückbank
sind in nachteilhafter Weise keine brauchbaren Produkte auf dem
Markt, obwohl alle Insassen während
eines Unfalls prinzipiell gleichermaßen gefährdet und schutzbedürftig sind.
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Beim
Frontaufprall wird zum Beispiel der Insasse durch das rückartige
Abbremsen in Fahrtrichtung beschleunigt und im Idealfall vom Gurt
aufgefangen, wobei dieser schon einen Teil der Energie absorbiert.
Anschließend
wird der Körper
dann zurück gegen
den Sitz und die Kopfstütze
geschleudert, welche die restliche Energie des Aufpralls aufnehmen muss.
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Medizinisch
gesehen treten bei diesen ruckartigen Bewegungen sehr starke Belastungen
im Bereich der Halswirbel auf. Dieses Phänomen, auch als Hals-Wirbel-Syndrom
(HWS) bezeichnet, resultiert daraus, dass dass der Oberkörper und der
Kopf durch den Stoß von
hinten unterschiedlich stark beschleunigt werden.
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Die
Folgen sind überdehnte
Bänder
im Kopf- und Halsbereich, Nervenquetschungen, Entzündungen,
Einblutungen, Verschiebungen oder sogar Brüche von Wirbeln.
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Das
Tückische
an HWS-Distorsionen ist, dass das Verletzungsrisiko nicht zwingend
von der Aufprallwucht abhängt,
denn selbst leichte Crashs können
Verletzungen verursachen. Dabei tauchen Beschwerden manchmal erst
nach Tagen auf. Mögliche
Symptome sind Kopf- und Nackenschmerzen, Übelkeit, Schlaf- und Konzentrationsprobleme,
Sehstörungen
und Schwindelgefühle
bis hin zu Lähmungserscheinungen.
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Das
bei Front- oder Heckaufprall, die die häufigsten Unfallkonstellationen
repräsentieren,
auftretende Halswirbelsäulen-Schleudertrauma (HWS-Distorsion,
HWS-Syndrom), das auch als sogenannte Whiplash-Verletzung (Peitschenschlag-Phänomen) bezeichnet
wird, zählt
in den hochmotorisierten Ländern
zu den für
die Versicherungswirtschaft teuersten Verletzungen, die einen Anteil
von ca. 75% aller Kosten ausmachen.
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Besonders
schlimme Verletzungen sind möglich,
wenn die Kopfstützen
zu niedrig eingestellt sind. Dies führt dann dazu, dass der Kopf über die Kopfstütze hinweg
schlägt.
Eine andere Ursache für Verletzungen
kann ein zu großer
Abstand sein, den der Kopf zur Kopfstütze einnimmt, zum Beispiel durch
eine vergleichsweise lockere und entspannte Sitzposition. Dies führt schon
ab einem Abstand von mehr als drei Zentimetern zu einer Erhöhung des Verletzungsrisikos,
da durch den größeren Abstand der
Kopf mit einer höheren
Energie aufschlägt.
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Im
Stand der Technik wird zum Zwecke der Auslösung des Mechanismus einer
aktiven Kopfstütze
meist ein Drucksensor als sogenanntes Prallziel benutzt, das im
Sitzinneren befestigt ist. Dieser Ansatz besitzt jedoch Nachteile,
da hierbei immer ein Kompromiss aus Komfort der Sitzlehne und Auslösesicherheit
gefunden werden muss, denn die Sicherheit für ein Auslösen des Mechanismus ist nur
dann gegeben, wenn zwischen dem Prallziel und dem zurückschnellenden
Rücken
des Sitzinsassen kein zu dickes Polster ist. Dies bedingt Beeinträchtigungen des
Komforts.
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Eine
andere Problematik bei den Drucksensoren als Bestandteil der Auslösemechanik
ist die eigentliche Auslösesicherheit,
die nur gegeben ist, wenn der Körper
mit einem bestimmten Gewicht und einer damit verbundenen Geschwindigkeit
auf das Prallziel trifft. So kann es passieren, dass kleine, zierliche
Personen aufgrund ihres geringen Körpergewichtes oder ihrer geringen
Größe den Mechanismus nicht
zum Auslösen
bringen. Auch kann es passieren, dass sich der Körper des Sitzinsassen aus wie auch
immer gearteten Umständen
beim Crash nicht in der Normalsitzposition befindet und dadurch
das Prallziel der Auslösemechanik
nicht optimal trifft. Auch wenn der Impuls durch einen Crash nicht
exakt von hinten, sondern eher seitlich von hinten kommt, kann der
Körper
eines Sitzinsassen das Prallziel verfehlen. Die Nachteile durch
Systeme mit derartigen Druckaufnahmevorrichtungen innerhalb der
Lehne sind somit vielfältig,
da die optimale Sicherheit durch das System nur durch absolute Ideal-
bzw. Normbedingungen gewährleistet
wird.
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Im
Stand der Technik sind auch elektronisch ausgelöste Systeme bekannt. Diese
können
in nachteilhafter Weise nur in relativ begrenztem Maße den Abstand
zwischen Kopf und Kopfstütze
mindern, oder sind unwirtschaftlich, weil sie beispielsweise nach
einem Aufprall ähnlich
wie ein Airbag nicht wieder verwendbar sind.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine aktive Kopfstütze so weiterzubilden,
dass sie wieder verwendbar ist und bei einem Unfall für eine geminderte
Crashbelastung für
die Personen sorgt.
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Vorteile der Erfindung
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Mit
den Maßnahmen
des unabhängigen
Anspruches wird die Aufgabe gelöst.
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In
den Unteransprüchen
sind vorteilhafte Ausgestaltungen Weiterbildungen und Verbesserungen
des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung angegeben.
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Diese
Aufgabe wird im wesentlichen dadurch gelöst, dass die Kopfstütze im wesentlichen
aus drei Teilen besteht, einem Gehäusekörper, eine untere Prallplatte
und eine obere Prallplatte, sowie Verankerungsmittel für den Gehäusekörper in
dem Sitz, vorzugsweise an der oberen Kante der Sitzlehne, wobei die
obere Prallplatte und die unter Prallplatte mit dem Gehäusekörper durch
einen Mechanismus verbunden ist, wobei der Mechanismus dazu eingerichtet
ist, zur Einnahme der Unfallstellung die untere Prallplatte nach
vorn zu verfahren und gleichzeitig die obere Prallplatte nach oben
um eine Verbindungsachse zwischen oberer und unterer Prallplatte
zu verschwenken, wobei die obere Prallplatte aus einer im wesentlichen
horizontalen Ausrichtung in eine aufgerichtete, im wesentlichen
vertikale Ausrichtung verschwenkbar ist.
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Die
Schwenkbewegung wird vorzugsweise durch eine Schenkelfeder bewirkt,
deren Schenkel einerseits an einem Gelenkarm und andererseits an der
Innenseite der oberen Prallplatte anliegt. Andere, gleichwirkende
Kräfte,
beispielsweise vorgespannte Luftfederelemente, können ebenfalls hierfür ver wendet
werden. Ist die Endstellung dieser Schwenkbewegung erreicht, verhindert
eine Rastung ein Zurückverschwenken.
Die Bewegung nach vorn ist eine lineare Bewegung, die durch entsprechende
Führungen geführt ist
und von einer Kraft bewirkt wird, die vorzugsweise aus einer Feder
stammt, die in Richtung der linearen Verfahrung drückt oder
zieht.
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Die
Auslösung
des Mechanismus erfolgt vorzugsweise durch Kopplung mit einem Airbagaktivierungssignal,
das einen Magnetschalter oder eine ähnliche Schalteinrichtung ansteuert,
mit dem die beiden vorgenannten und vorgespannten Federelemente
beispielsweise durch Wegziehen eines Arretierungsbolzens gelöst werden.
Nach Auslösen
bei einem Unfall kann die erfindungsgemäße Kopfstütze von Hand wieder in die
Normalstellung zurückgefahren
werden, wobei die Federelemente wieder vorgespannt werden und dort
arretiert werden.
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Die
erfindungsgemäße Kopfstütze ist
in besonderer Weise geeignet für
PKW-Rücksitzbänke oder
Einzelsitze im Fondbereich, weil die Kopfstütze leicht abnehmbar und wieder
aufsteckbar ist, und danach sofort voll funktionsfähig ist.
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In
bevorzugter Ausführungsform
sind mechanische Federn vorgesehen, um die lineare Bewegung nach
vorn und die Schwenkbewegung durchzuführen, um nach einer Auslösung des
Systems die Kopfstütze
manuell wieder in ihre Normalstellung bringen zu können.
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In
vorteilhafter Weise ist eine kostengünstige Integration der erfindungsgemäßen Kopfstütze in neue
oder bestehende Sitzsysteme problemlos möglich, weil keine konstruktiven
Veränderungen
an einem Sitz erforderlich sind, denn die Kopplung zwischen erfindungsgemäßer Kopfstütze und
Sitzlehne kann über
die im Stand der Technik vielfach eingesetzten beiden Vertikalstreben
erfolgen, die tief ins Innere der Lehne eintauchen und dort gerastet
gehalten sind.
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Im
Falle der sehr vorteilhaften Kopplung der erfindungsgemäßen Kopfstütze an eine
Rücksitzbank
bleibt auch die Flexibilität
der Rücksitzbank
erhalten, weil die Kopfstützen
abnehmbar sind und die elektrische Verbindung zu den Aktuatoren,
wie zum Beispiel einem Magnetschalter, durch Stecker getrennt werden
kann. Damit lässt
sich eine Rücksitzbank
ohne weiteres umklappen und sie behält ihre volle, serienmäßige Stabilität gegen
Nutzlasten, die sich eventuell im Kofferraum befinden.
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Die
erfindungsgemäßen, aktiven
Kopfstützen
bieten eine im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich erhöhte Sicherheit
dadurch, dass die Kopfstützfläche im Falle
eines Unfalls eine wesentlich weitere Erstreckung nach oben besitzt,
weil sich die obere Prallplatte nach oben aufrichtet. Damit wird wirksam
verhindert, dass der Kopf der Person über die Kopfstütze hinweg
schlägt.
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Zum
zweiten wird durch die lineare Bewegung nach vorn der Abstand zwischen
Kopfstütze und
Kopf verringert, was die Aufprallgeschwindigkeit des Kopfes an der
unteren und oberen Prallplatte vermindert.
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Drittens
wird die Kopfstütze
in der Unfallstellung wesentlich vergrößert, wodurch sich die Druckbelastungen
am Kopf vermindern. Des weiteren kann die aktive Kopfstütze gemäß der Erfindung
elektronisch ausgelöst
werden, wodurch eine zuverlässige Auslösung im
Gegensatz zu im Stand der Technik bekannten Systemen erfolgt, wobei
diese Kopplung preisgünstig
hergestellt werden kann, weil einfach auf ein bereits bestehendes
Airbag-Auslösesignal zurückgegriffen
werden kann.
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Die
Auslösung
geschieht vorzugsweise durch einen Magnetschalter, der einen Bolzen
verfährt,
der die obere und die untere Prallplatte in ihrer Normalstellung
hält, indem
er für
eine Arretierung in dieser Stellung sorgt.
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Schließlich kann
die erfindungsgemäße Kopfstütze in ihrer
Normalstellung relativ niedrig ausgeführt werden, um so die Sicht
des Fahrers nach hinten oder zur Seite möglichst wenig zu beeinträchtigen.
Dazu wird vorgeschlagen, die obere Prallplatte relativ groß und die
untere Prallplatte relativ klein der Höhe nach zu dimensionieren.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Zweiteilung
in untere und obere Prallplatte noch weiter dazu ausgenutzt, um die
Kopfstütze
in Normalstellung relativ klein und in Unfallstellung relativ groß zu machen:
Dazu wird vorgeschlagen, die obere Prallplatte nicht einstückig, sondern
teleskopierbar in zwei kleineren Stücken auszuführen, wobei vorzugsweise ein
nur geringfügig gehemmter
Gleitsitz zwischen beiden Teilen durch zwei stabile, die beiden
Teile verbindende Halteschienen vorgesehen ist. Durch die Fliehkraft,
die bei der schnell durchgeführten
Schwenkbewegung ohnehin wirksam wird, kann die teleskopische Bewegung
erfolgen, wobei sich die obere Prallplatte ausfährt und in der Größe deutlich
zunimmt. Im zusammengezogenen Zustand der Normalstellung besitzt die
obere, im Ausführungsbeispiel
waagerecht ausgerichtete, obere Prallplatte dann eine deutlich geringere
Baugröße, was
die Sicht zur Seite weiter verbessert. Die Endstellung besitzt auch
wieder eine Rastung, so dass die ausgefahrene Stellung für die gesamte
Unfallsituation stabil erhalten bleibt.
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Dieses
Prinzip kann auch mehrfach geschachtelt, etwa drei Teile, zwei Teleskopsysteme, oder
vier/drei-artig angewendet werden, um die obere Prallplatte noch
weiter nach oben auszufahren. Damit kann ein erhöhter Schutz gegen nach vorn
katapultierte Gepäckstücke aus
dem Laderaum eines Kombi-PKW
erreicht werden.
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Die
Kopfstütze
ist prinzipiell für
Vordersitze und Rücksitze
oder auch für
Einzelsitze einsetzbar und ist beliebig oft verwendbar, wenn der
Auslösemechanismus
reversibel ausgeführt
ist. In besonders bevorzugter Weise werden die Vorteile der elektronisch
auslösenden
Systeme mit denen der mechanisch arbeitenden Systeme kombiniert.
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Zeichnungen
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Anhand
der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele
der Erfindung erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
Ansicht der erfindungsgemäßen, aktiven
Kopfstütze
mit einstückig
ausgeführter
oberer Prallplatte in der Normalstellung, Fahrtrichtung nach links,
mit Gehäusekörper, unterer
Prallplatte, oberer Prallplatte und zwei vertikalen Streben zur
Befestigung in einer Sitzlehne;
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2 die
erfindungsgemäße Kopfstütze aus 1 nach
Auslösung
des Mechanismus in halbgeöffneter
Stellung, wobei die lineare Endstellung zur Verfahrung nach vorne
bereits erreicht ist und die obere Prallplatte bereits in einem
Winkel von etwa 45° nach
oben aufgerichtet ist;
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3 die
erfindungsgemäße Kopfstütze gemäß Ausführungsbeispiel
und 1 und 2, wobei die obere Endstellung
der Schwenkbewegung und damit die endgültige Unfallstellung erreicht
ist.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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In
den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche
Komponenten.
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1 zeigt
eine Ansicht der erfindungsgemäßen, aktiven
Kopfstütze
mit oberer Prallplatte 16 in der Normalstellung, Fahrtrichtung
nach links, mit Gehäusekörper 14,
unterer Prallplatte 18, oberer, einstückig ausgeführter Prallplatte 16 und
zwei vertikalen Streben 12 zur Befestigung in einer Sitzlehne.
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Die
Vertikalstreben 12 sind, wie im Stand der Technik bekannt,
mit Rastungen versehen und können
in eine Sitzlehne eingefahren und dort verankert werden. Der Gehäusekörper 14 ist
fest mit den Vertikalstreben 12 verbunden und ist durch
eine leicht gewölbte
Grundfläche
an die Form der Lehnenkante angepaßt. Die obere Prallplatte 16 ist
schwenkbar an einer Schwenkachse 20 mit der unteren Prallplatte 18 verbunden.
In der Normalstellung befindet sich die obere Prallplatte 16 in
einer im Wesentlichen waagerechten, nach hinten verschwenkten Stellung
und liegt mit ihrer Innenseite auf dem Gehäusekörper 14 auf. Die untere
Prallplatte 18 liegt mit ihrer Innenseite an der Vorderseite
des Gehäusekörpers 14 an.
In bevorzugter Weise sind die beiden Prallplatten 16, 18 und
der Gehäusekörper 14 aus
Kunststoff im Spritzgussverfahren hergestellt und mit einer stoßdämpfenden
Zwischenschicht und mit einem textilen Bezug versehen.
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2 zeigt
die erfindungsgemäße Kopfstütze aus 1 nach
Auslösung
des Mechanismus in halbgeöffneter
Stellung, wobei die lineare Endstellung zur Verfahrung nach vorne
bereits erreicht ist und die obere Prallplatte 16 bereits
in einem Winkel von etwa 45° nach
oben aufgerichtet ist;
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3 zeigt
die Kopfstütze,
wobei die obere Endstellung der Schwenkbewegung und damit die endgültige Unfallstellung
erreicht ist.
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Mit
weiterem Bezug zu 2 und 3 ist die
untere Prallplatte 18 mit dem Gehäusekörper 14 durch Schiebeführungen 22 verbunden.
Eine solche Schiebeführung 22 ist
in Fahrtrichtung gesehen rechts und links relativ weit außen vorgesehen,
um eine exakte, lineare Verschiebung zu gewährleisten. Die Schiebeführung 22 ist
im Beispiel als Hohlzylinder ausgebildet, der fest mit der unteren
Prallplatte verbunden ist und in entsprechende, nicht dargestellte
Bohrungen ein- und
ausfahren kann, die am Gehäusekörper 14 vorgesehen
sind.
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Eine
weitere Führung
ist in der Mitte der beiden Schiebeführungen 22 in Form
einer ebenfalls als Hohlzylinder ausgebildeten Zylinderführung 28 vorgesehen.
Die Zylinderführung 28 enthält einen
Hohlzylinder, der an der unteren Prallplatte 18 befestigt
ist und in eine in dem Gehäusekörper 14 vorgesehene entsprechende
Bohrung eintaucht. Im Inneren des Hohlzylinders 28 befindet
sich ein federndes Element, hier bevorzugt eine Axialfeder, die
in der Normalstellung aus 1 zusammengedrückt ist
und das Bestreben hat, sich auszudehnen, um die in 2 und 3 dargestellte
Position zu erreichen. Die Vorspannung der innenliegenden Axialfeder
oder eines entsprechenden anderen Kraftelementes sollte so gewählt sein,
dass durch das Vorschnellen der unteren Prallfläche keine eigene Verletzungsgefahr
bei der Person generiert wird. Es sind Anschläge vorgesehen, um zu verhindern,
dass die Schiebeführung 22 und
die Zylinderführung 28 sich
nicht aus ihren Bohrungen im Gehäusekörper 14 lösen können, wenn
die Unfallstellung erreicht ist.
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Eine
Arretierungskante 34 ist an der Hinter- bzw. Oberkante
der oberen Prallplatte 16 fest angebracht, die mit einem
Bolzen eines Magnetschalters in Eingriff steht, wenn der Schalter
in der für
die Normalstellung befindlichen Position ist. Wird der Bolzen durch
einen elektrischen Steuerimpuls und den Magnetschalter zurückgezogen,
so wird die Ar retierung 34 frei und die Axialfeder im Inneren
der Zylinderführung 28 kann
sich entspannen und treibt die untere Prallplatte nach vorn.
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Gleichzeitig
schwenkt dann die obere Prallplatte 16 von ihrer waagerechten
Position in 1 in ihre senkrechte Position
in 3, wobei sie die Zwischenstellung einnimmt, die
in 2 gezeigt ist.
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Die
obere Prallplatte 16 ist von der Form her angepasst an
die Kontaktfläche
zur unteren Prallplatte 18, indem eine entsprechende verrundete
Form als Kontaktfläche
an beiden Prallplatten ausgebildet ist. Die obere Prallplatte 16 ist
mit der unteren Prallplatte 18 durch die Schwenkachse 20 verbunden
und kann bezüglich
letzterer um einen Winkel von etwa 90° verschwenkt werden, wobei für beide
Endstellungen jeweils Anschläge
vorgesehen sind.
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Wie
besonders aus 3 gut ersichtlich ist, ist die
Innenseite der oberen Prallplatte 16 durch eine Gelenkarmkonstruktion 24 mit
dem Gehäusekörper 14 verbunden.
Dabei ist der plattenseitige Arm fest mit der oberen Prallplatte
verbunden und der gehäuseseitige
Arm läuft
mit einem Zapfen in einer Führungsrille 30 und
rastet in der in 3 gezeigten Endstellung in einer
Rastungsmulde 32 der Führungsrille 30 ein,
so dass die Schwenkbewegung nach Auslösen nicht ohne ein manuelles
Anheben der gehäuseseitigen
Gelenkarme erfolgen kann. Damit ist die stabile Stellung wie in 3 gezeigt
für den Fall
des Unfalls gewährleistet.
Diese Gelenkarmkonstruktion ist bevorzugt doppelt vorgesehen, einmal rechts
und einmal links von der zentralen Zylinderführung 28, um eine
hohe Stabilität
der Schwenkbewegung zu erreichen.
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An
beiden Gelenkarmkonstruktionen sind Schenkelfedern 26 vorgesehen,
die in der in 1 dargestellten Normalstel lung
vorgespannt sind und die obere Prallplatte nach Lösung der
Arretierung 34 in die in 3 gezeigte
Unfallstellung so schnell verfahren, dass der oben in der Beschreibungseinleitung
dargestellte Peitscheneffekt mit Überschlagen des Kopfes über die
Kopfstütze
keinesfalls eintreten kann.
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Der
Magnetschalter mit einem verfahrbaren Arretierungsbolzen zum Auslösen der
Arretierung 34 ist zum Zwecke bessere Klarheit der Zeichnungen nicht
dargestellt; er sitzt jedoch in bevorzugter Weise an der hinteren
Kante des Gehäusekörpers 14,
mittig zwischen den beiden Vertikalstreben. Die elektrische Steuerung
durch das Airbagsignal kann bevorzugt durch elektrische Leitungen
durch das Innere der Lehne erfolgen. Gegebenenfalls ist ein von
Hand lösbarer
Stecker als Steckverbindung vorgesehen.
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In
besonders bevorzugter Weise ist diese elektrische Leitung im Inneren
einer der beiden Vertikalstreben verlegt, wobei der elektrische
Kontakt geschlossen wird, indem die Vertikalstrebe in ihrer eindeutigen
Sollstellung einrastet.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern
auf vielfältige
Weise modifizierbar.
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Schließlich können die
Merkmale der Unteransprüche
im wesentlichen frei miteinander und nicht durch die in den Ansprüchen vorliegende
Reihenfolge miteinander kombiniert werden, sofern sie unabhängig voneinander
sind.