DE102014206983B4 - Fahrzeugsitz und Verfahren zur Energieabsorption bei Unfällen - Google Patents
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fahrzeugsitz mit einem Sitzteil und einer Rückenlehne, wobei die Rückenlehne relativ zu dem Sitzteil um eine erste Drehachse drehbar ist, wobei die Rückenlehne um eine zweite Achse bewegbar ist. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Energieabsorption bei Unfällen.
- Derartige Fahrzeugsitze sind bereits hinlänglich bekannt. Im Falle eines Unfalls mit Heckaufprall wirken dabei erhebliche Trägheitskräfte auf den Fahrzeugsitz. Daher muss der Fahrzeugsitz, um den Sicherheitsanforderungen zu genügen, entsprechend stabil gebaut sein. Andererseits sollen Fahrzeugsitze aus immer leichteren Materialien gebaut werden.
DE 600 28 675 T2 offenbart eine Sitzvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, die fähig ist, eine Kopfstütze nach vorne und nach oben bei einem rückwärtigen Aufprall bzw. Zusammenstoß eines Fahrzeugs zu bewegen.DE 197 46 463 C1 lehrt eine Kraftfahrzeugrückenlehne mit Lehnenrahmen, der einen oberen Querholm und Seitenholme aufweist sowie eine Kopfstütze, die um eine horizontale Achse gegen die Kraft mindestens eines Fixierungselements verschwenkbar und am Querholm befestigt ist.US 7 104 607 B2 offenbart einen Sitz mit einem Sitzkissen und einen Sitzrückenlehnenrahmen, wobei der Sitzlehnenrahmen durch eine Belastung oberhalb eines Schwellenwerts in einer Reihe von festgelegten Winkeln nach hinten schwenkbar ist.US 6 523 892 B1 lehrt eine Sitzstruktur für ein Fahrzeug, die eine Kopfstütze bei einem Heckaufprall nach vorne verschiebt.DE 101 60 269 A1 offenbart einen Fahrzeugsitz mit Sitzkissen und Rückenlehne, wobei in der Rückenlehne ein Strukturteil an einem Tragrahmen der Rückenlehne verstellbar angebracht ist.
Außerdem besteht bei einem Heckaufprall für einen Insassen die Gefahr eines Schleudertraumas durch den Aufprall des Kopfes auf der Kopfstütze. - Es war daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Fahrzeugsitz zur Verfügung zu stellen, der durch gezielte Bewegung bei einem Unfall Energie absorbiert sowie das Verletzungsrisiko für Insassen reduziert.
- Gelöst wird die Aufgabe mit einem Fahrzeugsitz mit einem Sitzteil und einer Rückenlehne, wobei die Rückenlehne relativ zu dem Sitzteil um eine erste Drehachse drehbar ist, wobei die Rückenlehne um eine zweite Achse bewegbar ist, wobei die zweite Achse verschiebbar oberhalb der ersten Drehachse angeordnet ist, wobei die Rückenlehne um eine dritte Achse beweglich gelagert ist, wobei die dritte Achse insbesondere zwischen der ersten Drehachse und der zweiten Drehachse angeordnet ist, wobei er wenigstens ein erstes Beschlagteil und ein zweites Beschlagteil aufweist, wobei vorzugsweise das erste Beschlagteil an einem Ende um die erste Drehachse drehbar mit dem Sitzteil verbunden ist und an dem entgegengesetzten Ende, insbesondere um die dritte Achse beweglich, mit dem zweiten Beschlagteil verbunden ist.
- Die zu diesem Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemachten Ausführungen gelten für das erfindungsgemäße Verfahren zur Energieabsorption bei Unfällen gleichermaßen und umgekehrt.
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fahrzeugsitz mit einem Sitzteil und einer Rückenlehne, wobei die Rückenlehne relativ zu dem Sitzteil um eine erste Drehachse drehbar ist. Das Sitzteil des Fahrzeugsitzes ist mit der Karosserie des Fahrzeuges, vorzugsweise verschiebbar, verbunden. Dazu weist der Fahrzeugsitz vorzugsweise einen Längsversteller auf, der insbesondere zwei verschiebbar ineinander gelagerte Schienen umfasst. Vorzugsweise umfasst der Fahrzeugsitz einen Lehnenverstellmechanismus, der besonders bevorzugt einen Lehnenneigungsverstellmechanismus umfasst, insbesondere einen Taumelrastversteller oder einen Rastklinkenversteller. Somit ist die Neigung der Rückenlehne relativ zu dem Sitzteil verstellbar. Erfindungsgemäß ist die Rückenlehne um eine, verschiebbar oberhalb der ersten Drehachse angeordnete zweite Achse bewegbar, insbesondere verschwenkbar. Durch die verschiebbare zweite Achse ist insbesondere eine Kombination von rotatorischer und translatorischer Bewegung der Rückenlehne möglich. Dadurch kann die Rückenlehne vorteilhafterweise nach oben bewegt und zugleich im Kopfbereich in Richtung eines Fahrzeuginsassen verschwenkt werden. Somit wird der unfallbedingte Weg, den der Kopf des Insassen in Folge eines Unfalls zurücklegt, verringert und folglich vorteilhafterweise ein Schleudertrauma vermieden. Gleichzeitig wird ein unfallbedingtes Aufsteigen des Körpers des Insassen verhindert und somit das Verletzungsrisiko erheblich verringert. Der Fachmann versteht, dass durch die Beweglichkeit der Rückenlehne um die zweite Achse im Falle eines Aufpralls insbesondere eine kinematische Trennung der Rückenlehne von der Fahrzeugsitzstruktur erzielt wird.
- Erfindungsgemäß ist die Rückenlehne nun um eine, insbesondere zwischen der ersten Drehachse und der zweiten Achse angeordnete dritte Achse beweglich gelagert. Dadurch ist es vorteilhafterweise möglich, dass durch die Bewegung des Fahrzeugsitzes ein Teil der bei einem Unfall freigesetzten Energie umgewandelt und/oder absorbiert wird und somit die strukturelle Belastung des Fahrzeugsitzes verringert wird. Somit ist der Fahrzeugsitz im Vergleich zu einem herkömmlichen Fahrzeugsitz in vorteilhafter Weise bei gleichbleibender Stabilität aus leichteren Materialien herstellbar. Ein Schleudertrauma und ein Aufsteigen des Fahrzeuginsassen wird vermieden und zudem eine anschließende, weitere Bewegung der Rückenlehne ermöglicht, die vorteilhafterweise dazu dient, weitere Energie zu absorbieren.
- Erfindungsgemäß weist der Fahrzeugsitz wenigstens ein erstes Beschlagteil und ein zweites Beschlagteil auf, wobei bevorzugt das erste Beschlagteil an einem Ende um die erste Drehachse drehbar mit dem Sitzteil verbunden ist und an dem entgegengesetzten Ende, insbesondere um die dritte Achse beweglich, mit dem zweiten Beschlagteil verbunden ist. Besonders bevorzugt ist das zweite Beschlagteil an einem Ende um die dritte Achse beweglich mit dem ersten Beschlagteil verbunden und an dem entgegengesetzten Ende beweglich mit der Rückenlehne verbunden, insbesondere über die zweite Achse. Dies bedeutet insbesondere, dass das Sitzteil über das erste Beschlagteil und das zweite Beschlagteil mit der Rückenlehne verbunden ist.
- Vorzugsweise sind das erste Beschlagteil und das zweite Beschlagteil einstückig ausgeführt. Dabei ist insbesondere die zweite Achse als Sollknickstelle realisiert.
- Vorzugsweise weist der Fahrzeugsitz eine mit der Rückenlehne verbundene Kopfstütze, insbesondere eine crashaktive Kopfstütze, auf. Dadurch ist es vorteilhafterweise möglich, ein Schleudertrauma des Fahrzeuginsassen noch besser zu verhindern, indem der Weg zwischen dem Kopf des Fahrzeuginsassen und einer Anlagefläche der Kopfstütze weiter verringert wird.
- Vorzugsweise ist der Lehnenverstellmechanismus derart vorgesehen, dass er bei einer Mindestlast automatisch oder manuell lastfrei überbrückt wird. Dadurch ist es vorteilhafterweise möglich, dass keine weitere Last mehr über den Lehnenverstellmechanismus aufgenommen werden muss und somit eine Beschädigung des Lehnenverstellmechanismus verhindert wird.
- Vorzugsweise ist der Lehnenverstellmechanismus an dem ersten Beschlagteil angeordnet.
- Vorzugsweise ist die zweite Achse im oberen Drittel der Rückenlehne angeordnet. Dadurch wird in besonders vorteilhafter Weise eine auf die unfallbedingte Bewegung des Fahrzeuginsassen abgestimmte Bewegung der Rückenlehne ermöglicht und/oder die Energieumwandlung verbessert.
- Vorzugsweise ist die dritte Achse im Wesentlichen in der Mitte einer Strecke zwischen der ersten Drehachse und der zweiten Achse angeordnet. Besonders bevorzugt ist die dritte Achse im unteren Drittel der Strecke zwischen der ersten Drehachse und der zweiten Achse angeordnet. Dadurch wird in vorteilhafter Weise die Bewegung der Rückenlehne noch besser auf die Bewegung des Fahrzeuginsassen abgestimmt und/oder die Energieumwandlung weiter verbessert.
- Vorzugsweise weist der Fahrzeugsitz, insbesondere das zweite Beschlagteil, eine Kulissenführung auf, über die die zweite Achse verschiebbar gelagert ist.
- Vorzugsweise sind die erste Drehachse, die zweite Achse und/oder die dritte Achse parallel vorgesehen. Besonders bevorzugt sind die die erste Drehachse, die zweite Achse und/oder die dritte Achse nicht-parallel vorgesehen. Nicht-parallel soll insbesondere bedeuten, dass wenigstens eine der Achsen mit einer Ebene, die wenigstens zu einer der übrigen Achsen senkrecht steht, einen Winkel ungleich 90° einschließt. Ganz besonders bevorzugt beträgt der Winkel zwischen 85° und 95°, noch mehr bevorzugt zwischen 87° und 92°. Dadurch tritt zusätzlich ein Schermoment auf, wodurch die Energieumwandlung vorteilhafterweise weiter verbessert wird.
- Vorzugsweise sind die Bewegungen um die zweite Achse und/oder die dritte Achse erst nach Überschreiten einer vorbestimmten Mindestlast vorgesehen. Dies ist gleichbedeutend mit einer kraftgesteuerten Bewegung insbesondere der bzw. um die zweite Achse und/oder die dritte Achse. Besonders bevorzugt ist die Mindestlast um einen Faktor zwei, drei, vier, fünf, sechs oder sieben größer als eine maximale Betriebslast. Der Fachmann versteht, dass die maximale Betriebslast insbesondere die Last ist, die bei einem bestimmungsgemäßen Gebrauch des Fahrzeugs üblicherweise maximal auftritt. Ganz besonders bevorzugt sind die vorbestimmten Mindestlasten für die erste Drehachse, die zweite Achse und/oder die dritte Achse unterschiedlich. Dies ist beispielsweise durch eine entsprechende unterschiedliche konstruktive Auslegung der betroffenen Bauteile möglich, insbesondere durch geeignete Wahl der Verwindungssteifigkeit der Bauteile. Dadurch ist es in besonders vorteilhafter Weise möglich, die Kinematik des erfindungsgemäßen Fahrzeugsitzes beliebig zu gestalten und/oder anzupassen.
- Vorzugsweise ist die Rückenlehne um die dritte Achse drehbar gelagert, insbesondere über ein Gelenk. Alternativ oder zusätzlich ist die dritte Achse als Sollknickstelle vorgesehen.
- Vorzugsweise weist der Fahrzeugsitz energieabsorbierende Materialien auf, insbesondere energieabsorbierende Schaummaterialien. Besonders bevorzugt weist die Rückenlehne, die Kopfstütze und/oder das Sitzteil energieabsorbierende Materialien auf. Beispielsweise bestehen das Lehenpolster und/oder das Sitzpolster wenigstens teilweise aus einem energieabsorbierenden Schaummaterial. Dadurch wird die Belastung der Fahrzeugsitzstruktur bei einem Heckaufprall vorteilhafterweise weiter verringert.
- Vorzugsweise ist der Fahrzeugsitz im Wesentlichen aus Leichtbauwerkstoffen, insbesondere Aluminium, Magnesium, Titan, hochfester Stahl und/oder Faserverbundwerkstoffen, hergestellt. Besonders bevorzugt ist die Fahrzeugsitzstruktur, insbesondere das erste Beschlagteil und/oder das zweite Beschlagteil aus einem Leichtbauwerkstoff vorgesehen. Hierdurch wird ein geringes Gewicht des Fahrzeugsitzes bei gleichbleibender Stabilität ermöglicht.
- Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Energieabsorption bei Unfällen, insbesondere für einen erfindungsgemäßen Fahrzeugsitz, wobei die Rückenlehne in einem ersten Schritt um die zweite Achse bewegt wird und die zweite Achse verschoben wird und wobei in einem zweiten Schritt die Rückenlehne um die dritte Achse bewegt wird. Durch die gezielte Bewegung des Fahrzeugsitzes wird in besonders vorteilhafter Weise die unfallbedingt auf den Fahrzeugsitz und/oder den Fahrzeuginsassen einwirkende Energie umgewandelt und/oder absorbiert und gleichzeitig das Verletzungsrisiko eines Fahrzeuginsassen durch eine Abstimmung der Bewegung des Fahrzeugsitzes auf die Bewegung des Fahrzeuginsassen zumindest verringert, wobei insbesondere wird ein Aufsteigen des Fahrzeuginsassen und ein Schleudertrauma verhindert.
- Die bezüglich des Verfahrens gemachten Ausführungen gelten für den erfindungsgemäßen Fahrzeugsitz und umgekehrt.
- Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren durch einen Heckaufprall ausgelöst, insbesondere passiv. Im Kontext der vorliegenden Erfindung ist passiv als durch die Trägheit der bewegten Massen, insbesondere der Masse des Fahrzeuginsassen, verursacht zu verstehen. Alternativ oder zusätzlich wird das erfindungsgemäße Verfahren aktiv ausgelöst, beispielsweise durch einen elektrischen, elektromagnetischen, mechanischen, pneumatischen und/oder hydraulischen Antrieb. Ein solcher Antrieb wird vorzugsweise durch einen Sensor aktiviert, insbesondere durch einen Beschleunigungssensor.
- Vorzugsweise wird in dem ersten Schritt die Rückenlehne um die erste Drehachse verschwenkt, insbesondere elastisch verformt. Besonders bevorzugt wird die Rückenlehne in dem ersten Schritt von dem Sitzteil weg verschwenkt. Besonders bevorzugt wird die Rückenlehne um 2 bis 10 Grad, insbesondere um 5 Grad, verschwenkt bzw. elastisch verformt.
- Vorzugsweise wird die Rückenlehne in dem ersten Schritt auf das Sitzteil zu verschwenkt. Besonders bevorzugt wird die zweite Achse in dem ersten Schritt von dem Sitzteil weg verschoben. Ganz besonders bevorzugt weist die Bewegung der zweiten Drehachse eine vertikale und eine horizontale Komponente auf, wobei noch mehr bevorzugt die vertikale und/oder die horizontale Komponente von dem Sitzteil weg gerichtet ist. Vorzugsweise wird die Rückenlehne hierbei um 10 bis 30 Grad, insbesondere um 20 Grad verschwenkt, und/oder die zweite Achse um 10 mm bis 80 mm, insbesondere um 30 mm in vertikaler Richtung, verschoben. Der Fachmann versteht, dass diese Werte insbesondere von der Stärke des Heckaufpralls und der Masse des Fahrzeuginsassen abhängen und daher lediglich Richtwerte darstellen. So können beispielsweise alle Werte in den erwähnten Intervallen angenommen werden.
- Vorzugsweise wird in dem ersten Schritt ein unteres Ende der Rückenlehne um eine vorbestimmte Strecke von dem Sitzteil weg bewegt. Besonders bevorzugt wird das untere Ende um eine Strecke von zwischen 100 mm und 300 mm, ganz besonders bevorzugt zwischen 110 mm und 150 mm, insbesondere um 120 mm, verschoben.
- Vorzugsweise wird die Rückenlehne in dem zweiten Schritt von dem Sitzteil weg bewegt, insbesondere geknickt. Besonders bevorzugt wird die Rückenlehne um 20 bis 80 Grad, insbesondere um 30 bis 60 Grad, verschwenkt.
- Vorzugsweise wird der Lehnenverstellmechanismus in dem ersten Schritt und/oder dem zweiten Schritt verriegelt, insbesondere lastfrei überbrückt. Dafür weist der Fahrzeugsitz besonders bevorzugt einen Überbrückungsmechanismus auf.
- Vorzugsweise wird der erste Schritt innerhalb von 0 bis 100 ms, besonders bevorzugt innerhalb von 0 bis 80 ms, insbesondere innerhalb von 0 bis 60 ms, nach dem Unfall ausgeführt.
- Vorzugsweise wird der erste Schritt vor dem zweiten Schritt durchgeführt. Besonders bevorzugt werden der erste Schritt und der zweite Schritt wenigstens teilweise gleichzeitig durchgeführt.
- Vorzugsweise wird das Verfahren bei Überschreiten einer auf den Fahrzeugsitz wirkenden, vorbestimmten Mindestlast ausgeführt. Besonders bevorzugt wird der zweite Schritt erst nach Überschreiten einer vorbestimmten Mindestlast durchgeführt, die insbesondere höher ist als eine erforderliche Mindestlast für den ersten Schritt. Ganz besonders bevorzugt ist die vorbestimmte Mindestlast für das Verfahren und/oder den zweiten Schritt um einen Faktor zwei, drei, vier, fünf, sechs oder sieben größer als die maximale Betriebslast. Noch mehr bevorzugt wirkt die erforderliche Mindestlast insbesondere im Pelvisbereich eines Fahrzeuginsassen, insbesondere also im unteren Bereich der Rückenlehne. Der Fachmann versteht, dass dies insbesondere bedeutet, dass eine im unteren Bereich der Rückenlehne wirkende Mindestlast die Bewegungen des Fahrzeugsitzes auslöst.
- Im Folgenden werden die Erfindungen anhand der
1 bis18 erläutert. Diese Erläuterungen sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein. Die Erläuterungen gelten für alle Gegenstände der vorliegenden Erfindung gleichermaßen. -
1 zeigt die bei einem Heckaufprall auf einen Fahrzeugsitz wirkenden Kräfte. -
2 zeigt übliche Bewegungen eines Fahrzeuginsassen bei einem Unfall. -
3 zeigt schematisch einen Fahrzeugsitz gemäß dem Stand der Technik. -
4 zeigt einen Fahrzeugsitz gemäß dem Stand der Technik. -
5a und5b zeigen schematisch die Bewegungen eines Fahrzeugsitzes gemäß dem Stand der Technik nach einem Heckaufprall und einem Frontaufprall. -
6 zeigt eine Ausführungsform eines Fahrzeugsitzes gemäß der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Ansicht. -
7 zeigt eine Ausführungsform eines Fahrzeugsitzes gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Seitenansicht. -
8a und8b zeigen die Simulation eines erfindungsgemäßen Fahrzeugsitzes vor und nach einem Heckaufprall. -
9a und9b zeigen in schematischer Weise die Bewegungen eines erfindungsgemäßen Fahrzeugsitzes nach einem Heckaufprall in zwei verschiedenen Zeitabschnitten. -
10a ,10b und10c zeigen eine Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. -
11a ,11b und11c zeigen eine Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Fahrzeuginsassen. -
12a ,12b und12c zeigen eine weitere Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. -
13a ,13b und13c zeigen eine weitere Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Fahrzeuginsassen. -
14 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Fahrzeugsitzes gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Seitenansicht. -
15 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Fahrzeugsitzes gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Detailansicht. -
16a ,16b und16c zeigen eine weitere Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. -
17a ,17b und17c zeigen eine weitere Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Fahrzeuginsassen. -
18 zeigt einen Vergleich wichtiger Materialeigenschaften von Verbundmaterial und Stahl. - In
1 sind die bei einem Heckaufprall auf einen Fahrzeugsitz1 wirkenden Kräfte dargestellt. Ein bekannter Fahrzeugsitz1 weist ein Sitzteil2 und eine Rückenlehne3 auf, sowie üblicherweise eine Kopfstütze5 . Bei einem Heckaufprall wird der Körper eines Fahrzeuginsassen auf Grund seiner Trägheit nach hinten, also in Richtung des Hecks, beschleunigt. Dabei treten im Zeitverlauf üblicherweise unterschiedliche Bewegungen auf. Insbesondere üben unterschiedliche Körperteile des Fahrzeuginsassen zu unterschiedlichen Zeitpunkten eine maximale Kraft auf unterschiedliche Elemente des Fahrzeugsitzes1 aus. - Oftmals weist ein Fahrzeugsitz
1 einen Längsversteller auf. Wäre dieser bei einem Heckaufprall nicht verriegelt, würde der Fahrzeugsitz1 durch die Trägheitsmasse des Fahrzeugsitzes1 , insbesondere des Sitzteils2 , entlang des Längsverstellers in Richtung des Hecks beschleunigt. Die derart wirkende Trägheitskraft ist bereits nach ca. 20-30 ms maximal. - Sodann wird der Fahrzeuginsasse im Beckenbereich nach ca. 40-65 ms mit einer maximalen Trägheitskraft gegen den unteren Endbereich der Rückenlehne
3 gedrückt. Der Torso des Fahrzeuginsassen wird nach ca. 60-80 ms mit einer maximalen Trägheitskraft gegen die Rückenlehne3 gedrückt. - Eine maximale Trägheitskraft der Rückenlehne
3 beschleunigt den Fahrzeugsitz1 nach ca. 70-90 ms nach Aufprall. - Als letztes trifft üblicherweise der Kopf des Fahrzeuginsassen auf die Kopfstütze
5 auf. Die maximale Trägheitskraft wirkt in diesem Fall nach ca. 70-130 ms. Um die Sicherheit des Fahrzeuginsassen zu gewährleisten, muss daher zum einen der Fahrzeugsitz1 derart ausgelegt sein, dass er die wirkenden Kräfte strukturell aufnehmen kann. Dies geschieht bei einem herkömmlichen Fahrzeugsitz1 beispielsweise durch eine entsprechend stabile, damit allerdings auch schwere Bauweise. Zum anderen können das Zurückschnellen des Kopfes und das folgende Auftreffen auf die Kopfstütze5 zu erheblichen Verletzungen, beispielsweise einem Schleudertrauma, führen. Auch ist es bekannt, dass ein Heckaufprall zu einem Aufsteigen des Fahrzeuginsassen führen kann, also zu einer Bewegung des Fahrzeuginsassen entlang der Rückenlehne3 nach oben, wodurch die stabile Sitzposition des Fahrzeuginsassen gefährdet wird und weitere Verletzungen drohen. - Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Fahrzeugsitz
1 nun derart vorgesehen, dass er in dem Fall eines Heckaufpralls durch gezielte Bewegungen die Energie aufnimmt und umwandelt und somit die durch das Material des Fahrzeugsitzes1 aufzufangende Last verringert und ferner die Bewegungen des Fahrzeuginsassen antizipiert, um insbesondere den zurückzulegenden Weg des Kopfes bis zur Kopfstütze5 zu verringern. Ferner wird durch eine gezielte Bewegung ein Aufsteigen des Fahrzeuginsassen verhindert. - In
2 sind übliche Bewegungen eines Fahrzeuginsassen bei einem Unfall dargestellt. Insbesondere ist in2 das bereits im Zusammenhang mit1 erläuterte Aufsteigen des Fahrzeuginsassen dargestellt. Durch die Beschleunigung des Fahrzeuginsassen nach hinten, in Richtung des Hecks, wird der Fahrzeuginsasse auf Grund der Neigung der Rückenlehne3 entlang dieser nach oben, in Richtung des Fahrzeugdachs, verschoben. Daran hindert ihn bei herkömmlichen Fahrzeugsitzen1 im Wesentlichen nur ein Sitzgurt. Sollte dieser auf Grund der hohen auftretenden Kräfte reißen, sind unkontrollierte Bewegungen des Fahrzeuginsassen möglich und die Verletzungsgefahr ist sehr hoch. Selbst für den Fall, dass der Sitzgurt nicht reißen sollte, besteht die Gefahr, dass der Kopf des Fahrzeuginsassen über die Kopfstütze hinausragt und damit durch eine mögliche Überstreckung des Kopfes bzw. der Halswirbelsäule weitere Verletzungen auftreten können. - In
3 ist schematisch ein Fahrzeugsitz1 gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, die im Zusammenhang mit1 und2 erläuterten Probleme zu verringern, dass der Fahrzeugsitz1 um eine virtuelle DrehachseV drehbar gelagert ist und somit wenigstens einen Abschnitt einer Kreisbahn durchfährt, hier dargestellt durch einen gestrichelten Kreis. Wie unten zu sehen ist, wird eine solche Bewegung durch eine Lagerung des Fahrzeugsitzes1 in entsprechend gekrümmten Kulissenführungen ermöglicht. - In
4 ist ein Fahrzeugsitz1 gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Links in der Zeichnung ist eine perspektivische Schemazeichnung einer Sitzschale eines Fahrzeugsitzes1 dargestellt. Dabei entspricht der Fahrzeugsitz1 im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit3 beschriebenen Fahrzeugsitz1 . Daher wird auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen. - Rechts in der Zeichnung sind verschiedene Stellungen des Fahrzeugsitzes
1 dargestellt. Im unteren Bereich der Darstellungen sind jeweils die Kulissenführungen zu erkennen. - In den
5a und5b sind schematisch die Bewegungen eines Fahrzeugsitzes1 gemäß dem Stand der Technik bei einem Heckaufprall und einem Frontaufprall dargestellt. In5a ist die Bewegung eines Fahrzeugsitzes1 bei einem Heckaufprall dargestellt, dabei entspricht die hintere der beiden Positionen einer Gebrauchsstellung des Fahrzeugsitzes1 , während die vordere Position einer Position des Fahrzeugsitzes1 während des Heckaufpralls entspricht. Das Sitzteil2 wird in Folge des Heckaufpralls nach hinten verlagert und im Bereich der Rückenlehne3 nach oben verschoben. Der Fahrzeugsitz1 rotiert also um eine virtuelle DrehachseV , die vor dem Torso eines Fahrzeuginsassen angeordnet ist. - In
5b ist die Bewegung des gleichen Fahrzeugsitzes1 wie in5a bei einem Frontaufprall dargestellt. Dabei entspricht die hintere Position in der Zeichnung einer Position des Fahrzeugsitzes1 während eines Frontaufpralls. Das Sitzteil2 wird dabei nach vorne und im vorderen Bereich nach oben verlagert, wodurch die Kopfstütze5 und die Rückenlehne3 eine Bewegung nach hinten und unten durchführen. - In
6 ist eine Ausführungsform eines Fahrzeugsitzes1 gemäß der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Der Fahrzeugsitz1 weist ein Sitzteil2 und eine Rückenlehne3 auf. Der Fachmann erkennt, dass ein solches Sitzteil2 üblicherweise wenigstens eine Tragestruktur und ein mit der Tragestruktur verbundenes Sitzpolster aufweist. - Ebenso weist die Rückenlehne
3 beispielsweise einen Lehnenrahmen und ein damit verbundenes Lehnenpolster auf. Die Rückenlehne3 ist hier einstückig vorgesehen. - Weiterhin weist der Fahrzeugsitz
1 vorzugsweise eine mit der Rückenlehne3 verbundene Kopfstütze5 auf, wobei die Verbindung hier nicht dargestellt ist. Es ist hinlänglich bekannt, eine Kopfstütze5 beispielsweise über paarige, längsverschiebbare Haltestangen an der Rückenlehne3 zu befestigen. - Vorzugsweise weist das Sitzteil
2 in seinem vorderen Bereich eine Einlage aus einem energieabsorbierenden Material auf, beispielsweise einem Schaummaterial. Dadurch wird die erfindungsgemäße Energieumwandlung bei einem Heckaufprall weiter verbessert und somit die strukturelle Belastung des Fahrzeugsitzes1 verringert. - Das Sitzteil
2 ist mit einem ersten Beschlagteil7 verbunden, wobei das erste Beschlagteil7 um eine erste DrehachseA drehbar ist. Das andere Ende des ersten Beschlagteils7 ist an einer dritten AchseC mit einem unteren Ende eines zweiten Beschlagteils8 verbunden, wobei das zweite Beschlagteil8 insbesondere um die dritte AchseC drehbar gelagert ist. Hier ist das erste Beschlagteil7 über ein weiteres Beschlagteil mit dem Sitzteil2 verbunden. Alternativ ist das erste Beschlagteil7 direkt mit dem Sitzteil2 verbunden. - Gemäß einer besonders bevorzugten, hier nicht dargestellten, Ausführungsform sind das erste Beschlagteil
7 und das zweite Beschlagteil8 einstückig vorgesehen, wobei an der dritten AchseC ein Gelenk oder eine Sollknickstelle vorgesehen ist. - Gemäß der hier dargestellten Ausführungsform sind das erste Beschlagteil
7 und das zweite Beschlagteil8 beispielsweise als Schwingen vorgesehen. - Die Rückenlehne
3 ist über eine zweite AchseB mit dem zweiten Beschlagteil8 verbunden. Dabei ist die zweite AchseB im oberen Drittel der Rückenlehne3 angeordnet. Die dritte AchseC ist ungefähr in der Mitte der Strecke zwischen der ersten DrehachseA und der zweiten AchseB angeordnet. - Das zweite Beschlagteil
8 weist an seinem oberen Ende eine Kulissenführung6 auf, in der eine Querstange4 verschiebbar geführt ist. An dieser Querstange4 ist gemäß der dargestellten Ausführungsform die Rückenlehne3 befestigt. Die zweite AchseB verläuft daher hier entlang der Querstange4 . Dadurch wird es ermöglicht, dass im Fall eines Heckaufpralls die Rückenlehne3 im Wesentlichen kinematisch getrennt wird von dem ersten Beschlagteil7 und wenigstens teilweise auch von dem zweiten Beschlagteil8 . - Die zweite Achse
B und die dritte AchseC sind derart vorgesehen, dass eine Drehung um die jeweilige Achse verhindert oder wenigstens nur gezielt zugelassen wird, solange die vorbestimmten Mindestlasten bzw. Drehmomente nicht überschritten werden. In7 ist eine Ausführungsform eines Fahrzeugsitzes1 gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Seitenansicht dargestellt. Dabei entspricht die dargestellte Ausführungsform der im Zusammenhang mit6 erläuterten Ausführungsform, so dass auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen wird. - In den
8a und8b ist die Simulation eines erfindungsgemäßen Fahrzeugsitzes1 vor und nach einem Heckaufprall dargestellt. In8a ist dabei eine Gebrauchsstellung zu sehen, wie sie beispielsweise vor dem Heckaufprall vorliegt. In8b ist die Situation nach einem Heckaufprall dargestellt. Der Fahrzeuginsasse ist dabei nach hinten, gegen die Rückenlehne3 beschleunigt worden. Wie gerade im Vergleich zu8a zu erkennen ist, ist die Rückenlehne3 im unteren Bereich nach hinten und im oberen Bereich, also im Bereich der Kopfstütze5 , nach vorne und gleichzeitig nach oben verschoben worden. Dadurch wird ein Teil der Bewegungsenergie des Fahrzeuginsassen aufgenommen und umgewandelt, beispielsweise in Wärme durch Reibung und durch eine plastische Verformung der Bauteile und die Umleitung eines Teils der Kräfte nach oben. - Dazu weist der Fahrzeugsitz
1 vorzugsweise wenigstens ein Dämpfungselement auf, das einen Teil der Energie durch innere Reibung und/oder plastische Verformung absorbiert oder wenigstens umwandelt. - Durch die Bewegung der Kopfstütze
5 nach vorne wird der Weg, den der Kopf des Fahrzeuginsassen bis zur Anlage an die Kopfstütze zurücklegen muss, verringert. - In den
9a und9b sind in schematischer Weise die Bewegungen eines erfindungsgemäßen Fahrzeugsitzes1 nach einem Heckaufprall in zwei verschiedenen Zeitabschnittent1 ,t2 dargestellt. In9a ist die Bewegung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugsitzes unmittelbar nach einem Heckaufprall, also in einem ersten Zeitabschnittt1 , der beispielsweise von 0 bis 85 ms nach dem Aufprall reicht, gezeigt. In diesem ersten Zeitabschnittt1 wirkt die Hauptlast auf den unteren Bereich der Rückenlehne3 . Die Rückenlehne3 wird nun erfindungsgemäß im unteren Bereich nach hinten bewegt und im oberen Bereich nach vorne, insbesondere im Sinne einer Drehung um eine zweite AchseB . Sowohl die Hauptlast als auch die Bewegungen des Fahrzeugsitzes1 sind durch Pfeile symbolisiert. Durch die Bewegung der Rückenlehne3 wird Energie umgewandelt und somit die strukturelle Belastung des Fahrzeugsitzmaterials verringert, als auch ein mögliches Schleudertrauma des Fahrzeuginsassen durch Verringerung des durch den Kopf des Fahrzeuginsassen zurückzulegenden Weges zumindest vermindert oder verhindert. - In
9b sind die Bewegungen des Fahrzeugsitzes1 in einem zweiten, an den ersten Zeitabschnittt1 anschließenden, Zeitabschnittt2 dargestellt. Dieser Zeitabschnittt2 reicht beispielsweise von 85 ms bis ca. 150 ms nach dem Aufprall. In dieser Zeit wirkt nun die Hauptlast auf den oberen Bereich der Rückenlehne3 . Um diese Last aufzunehmen, wird die Rückenlehne nun erfindungsgemäß um eine dritte AchseC bewegt, so dass der obere Bereich der Rückenlehne3 nach hinten und der untere Bereich der Rückenlehne3 nach vorne, auf das Sitzteil2 zu, bewegt wird. - In den
10a ,10b und10c ist eine Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Allgemein sei hierzu auf die vorherigen Ausführungen verwiesen. Dabei zeigen die10a und10b die Bewegungen während des ersten Zeitabschnittst1 , der beispielsweise ungefähr von 0 bis 60 ms nach dem Heckaufprall dauert, während in10c die Bewegungen des Fahrzeugsitzes1 während des nachfolgenden, zweiten Zeitabschnittst2 dargestellt sind. Die in den10a und10b dargestellten Bewegungen erfolgen nacheinander. Alternativ ist es aber auch möglich den Fahrzeugsitz1 derart vorzusehen, dass die gezeigten Bewegungen wenigstens teilweise gleichzeitig ausgeführt werden. - Wie in
10a dargestellt, wird unmittelbar nach dem Heckaufprall die Rückenlehne3 zunächst um die erste DrehachseA relativ zu dem Sitzteil2 nach hinten verschwenkt, vorzugsweise um einen Winkel von 5 Grad. Dies geschieht beispielsweise durch eine plastische Verformung des Fahrzeugsitzes im Bereich der ersten DrehachseA . Dadurch wird bereits ein Teil der Energie umgewandelt. Sodann wird, wie in10b dargestellt, die Rückenlehne3 um die zweite AchseB verschwenkt und vorzugsweise wird gleichzeitig durch eine Verschiebung der Querstange4 in der Kulissenführung6 die zweite AchseB verschoben. Diese Translation der zweiten AchseB erfolgt zugleich nach hinten und oben, wobei die vertikale Komponente beispielsweise ca. 30 mm beträgt. Der Winkel der Verkippung der Rückenlehne3 beträgt beispielsweise 20 Grad und ist derart vorgesehen, dass die Kopfstütze5 auf den Kopf des Fahrzeuginsassen zu bewegt wird und das untere Ende der Rückenlehne3 um eine StreckeL , beispielsweise 180 mm, von dem Sitzteil2 weg bewegt wird. - Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass ein Lehnenverstellmechanismus, der in der Gebrauchsstellung eine Drehung der Rückenlehne
3 um die erste DrehachseA ermöglicht, ab einer Translation des unteren Endes der Rückenlehne3 um eine vorbestimmte Teilstrecke lastfrei überbrückt wird. Dadurch muss der Lehnenverstellmechanismus keine weiteren Lasten aufnehmen und eine Beschädigung des Lehnenverstellmechanismus wird verhindert. - In dem zweiten Zeitabschnitt
t2 wird nun die Rückenlehne3 um die dritte AchseC bewegt. Genauer gesagt wird das zweite Beschlagteil8 relativ zu dem ersten Beschlagteil7 um die dritte AchseC verschwenkt, beispielsweise geknickt. Der Winkel der Drehung beträgt beispielsweise 25 Grad. Die Drehung erfolgt dabei derart, dass die Kopfstütze5 und der obere Bereich der Rückenlehne3 nach hinten, also insbesondere von dem Sitzteil2 weg, bewegt wird. Dabei wird die Verkippung um die dritte AchseC durch das Überschreiten einer vorbestimmten Mindestlast ausgelöst. Alternativ wird die Bewegung durch einen Sperrmechanismus freigegeben. - In den
11a ,11b und11c ist eine Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Fahrzeuginsassen dargestellt. Im Wesentlichen entspricht die dargestellte Ausführungsform dabei der in Zusammenhang mit den10a bis10c erläuterten Ausführungsform. Es wird daher auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen. Es ist durch den Vergleich der11a und11b deutlich zu erkennen, dass durch die Bewegung des Fahrzeugsitzes1 der Abstand zwischen dem Kopf des Fahrzeuginsassen und der Kopfstütze5 verringert wird. Es ist ferner in jeder Skizze am rechten Rand eine Linie eingezeichnet, die die maximal mögliche Auslenkung des Fahrzeugsitzes1 , insbesondere der Kopfstütze5 , kennzeichnet, die in dem Fahrzeug zur Verfügung steht. - Weiterhin ist in den
11b und11c ein erster Winkelα und ein zweiter Winkelβ eingezeichnet, die jeweils den Winkel zwischen der Rückenlehne3 und dem Sitzteil2 in den unterschiedlichen Positionen kennzeichnen. Der zweite Winkelβ in dem zweiten Zeitabschnittt2 ist hier größer als der erste Winkelα gegen Ende des ersten Zeitabschnittst1 . - In den
12a ,12b und12c ist eine weitere Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Im Wesentlichen entspricht die dargestellte Ausführungsform der in Zusammenhang mit den10a bis10c erläuterten Ausführungsform, daher wird auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen. Die hier dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in den10a bis10c dargestellten Ausführungsform darin, dass in dem ersten Schritt die Translation der RückenlehneL im unteren Bereich nur noch 120 mm beträgt, wohingegen die Verkippung um die zweite AchseB 23 Grad beträgt. In dem dritten Schritt wird die Rückenlehne3 an der dritten AchseC um 52 Grad verkippt bzw. geknickt. Dadurch wird die Rückenlehne3 deutlich flacher, relativ zum Fahrzeugboden, ausgerichtet, wodurch die Energieumwandlung weiter verbessert wird. Dem Fachmann ist direkt ersichtlich, dass dazu ein entsprechend größerer Bauraum im Fahrzeug verfügbar sein muss. Eine Ausführungsform entsprechend der Darstellung in den10a bis10c baut kompakter, wandelt aber auch bei gleicher konstruktiver Ausführung weniger Energie um. Ferner erstreckt sich der erste Zeitabschnittt1 nun auf den Bereich zwischen 0 und 66 ms nach Heckaufprall. - In den
13a ,13b und13c ist eine Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Fahrzeuginsassen dargestellt. Im Wesentlichen entspricht die dargestellte Ausführungsform dabei der in Zusammenhang mit den12a bis12c erläuterten Ausführungsform. Es wird daher auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen. - In
14 ist eine weitere Ausführungsform eines Fahrzeugsitzes gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Seitenansicht dargestellt. In Wesentlichen entspricht die dargestellte Ausführungsform dabei der in Zusammenhang mit7 erläuterten Ausführungsform. Es wird daher auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen. Gemäß der in14 dargestellten Ausführungsform ist die dritte AchseC hier auf einem Drittel der Strecke zwischen der ersten DrehachseA und der zweiten AchseB angeordnet. Dies bedeutet, dass die dritte AchseC zwei Drittel der Strecke zwischen der ersten DrehachseA und der zweiten AchseB von der zweiten AchseB entfernt ist. - In
15 ist eine weitere Ausführungsform eines Fahrzeugsitzes gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Detailansicht dargestellt. Die dargestellte Ausführungsform entspricht dabei im Wesentlichen der im Zusammenhang mit14 erläuterten Ausführungsform. Es wird daher auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen. Die relative Anordnung der AchsenA ,B ,C ist hier gut zu erkennen. - In den
16a ,16b und16c ist eine weitere Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Im Wesentlichen entspricht die dargestellte Ausführungsform der in Zusammenhang mit den10a bis10c und12a bis12c erläuterten Ausführungsform, daher wird auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen. Die hier dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in den10a bis10c dargestellten Ausführungsform darin, dass in dem ersten Schritt die Translation der RückenlehneL im unteren Bereich 130 mm beträgt, wohingegen die Verkippung um die zweite AchseB 19 Grad beträgt. In dem dritten Schritt wird die Rückenlehne3 an der dritten AchseC um 48 Grad verkippt bzw. geknickt. Dadurch wird die Rückenlehne3 deutlich flacher, relativ zum Fahrzeugboden, ausgerichtet, wodurch die Energieumwandlung weiter verbessert wird. Ferner erstreckt sich der erste Zeitabschnittt1 nun auf den Bereich zwischen 0 und 68 ms nach Heckaufprall. - In den
17a ,17b und17c ist eine weitere Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Fahrzeuginsassen dargestellt. Im Wesentlichen entspricht die dargestellte Ausführungsform dabei der in Zusammenhang mit den16a bis16c erläuterten Ausführungsform. Es wird daher auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen. - In
18 ist ein Vergleich wichtiger Materialeigenschaften von Verbundmaterial und Stahl dargestellt. Auf der Ordinate ist die Festigkeitσ aufgetragen und auf der Abszisse die Elastizitätε . Die linke Kurve bezeichnet dabei die Materialeigenschaften eines Verbundmaterials, während die rechte Kurve einen beispielhaften Stahl bezeichnet. Es ist zu erkennen, dass Verbundmaterial eine höhere Festigkeit, aber eine geringere Elastizität als Stahl aufweist. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Fahrzeugsitz
- 2
- Sitzteil
- 3
- Rückenlehne
- 4
- Querstange
- 5
- Kopfstütze
- 6
- Kulissenführung
- 7
- erstes Beschlagteil
- 8
- zweites Beschlagteil
- A
- erste Drehachse
- B
- zweite Achse
- C
- dritte Achse
- L
- Translation Rückenlehne
- V
- virtuelle Drehachse
- t1
- erster Zeitabschnitt
- t2
- zweiter Zeitabschnitt
- σ
- Festigkeit
- ε
- Elastizität
- α
- erster Winkel
- β
- zweiter Winkel
Claims (9)
- Fahrzeugsitz (1) mit einem Sitzteil (2) und einer Rückenlehne (3), wobei die Rückenlehne (3) relativ zu dem Sitzteil (2) um eine erste Drehachse (A) drehbar ist, wobei die Rückenlehne (3) um eine zweite Achse (B) bewegbar ist, wobei die zweite Achse (B) verschiebbar oberhalb der ersten Drehachse (A) angeordnet ist, wobei die Rückenlehne (3) um eine dritte Achse (C) beweglich gelagert ist, wobei die dritte Achse (C) insbesondere zwischen der ersten Drehachse (A) und der zweiten Drehachse (B) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass er wenigstens ein erstes Beschlagteil (7) und ein zweites Beschlagteil (8) aufweist, wobei vorzugsweise das erste Beschlagteil (7) an einem Ende um die erste Drehachse (A) drehbar mit dem Sitzteil (2) verbunden ist und an dem entgegengesetzten Ende, insbesondere um die dritte Achse (C) beweglich, mit dem zweiten Beschlagteil (B) verbunden ist.
- Fahrzeugsitz (1) nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Beschlagteil (7) und das zweite Beschlagteil (8) einstückig ausgeführt sind, wobei insbesondere die zweite Achse (B) als Sollknickstelle realisiert ist. - Fahrzeugsitz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Achse (C) im Wesentlichen in der Mitte einer Strecke zwischen der ersten Drehachse (A) und der zweiten Achse (B) und/oder im unteren Drittel der Strecke zwischen der ersten Drehachse (A) und der zweiten Achse (B) angeordnet ist.
- Fahrzeugsitz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückenlehne (3) um die dritte Achse (C) drehbar gelagert ist, insbesondere ist die dritte Achse (C) als Sollknickstelle vorgesehen.
- Fahrzeugsitz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeugsitz (1), insbesondere das zweite Beschlagteil (8), eine Kulissenführung (6) aufweist, über die die zweite Achse (B) verschiebbar gelagert ist.
- Fahrzeugsitz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeugsitz (1) im Wesentlichen aus Leichtbauwerkstoffen, insbesondere Aluminium, Magnesium, Titan, hochfester Stahl und/oder Faserverbundwerkstoffen, hergestellt ist.
- Verfahren zur Energieabsorption bei Unfällen, insbesondere für einen Fahrzeugsitz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rückenlehne (3) in einem ersten Schritt um die zweite Achse (B) bewegt wird und die zweite Achse (B) verschoben wird, wobei in einem zweiten Schritt die Rückenlehne (3) um die dritte Achse (C) bewegt wird.
- Verfahren nach
Anspruch 7 , wobei in dem ersten Schritt die Rückenlehne (3) um die erste Drehachse (A) verschwenkt wird, insbesondere elastisch verformt. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 7 oder8 , wobei das Verfahren bei Überschreiten einer auf den Fahrzeugsitz (1) wirkenden, vorbestimmten Mindestlast ausgeführt wird, wobei vorzugsweise der zweite Schritt erst nach Überschreiten einer vorbestimmten Mindestlast durchgeführt wird, die insbesondere höher ist als eine erforderliche Mindestlast für den ersten Schritt.
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