DE19601971C2 - Sitzprüfstempel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Sitzprüfstempel mit einem überpol­ sterten Druckstück, das mittelbar in eine Prüfmaschine einsetz­ bar ist.

Für Dauererprobungen von Polstern sind Sitzprüfstempel bekannt (vgl. FR 2 463 924), die von einer Prüfmaschine mit definierter Kraft oder definiertem Hub periodisch in ein zu überprüfendes Polster gedrückt werden, um auf diese Weise die Langzeit-Halt­ barkeit von Polstern unter starker Beanspruchung ermitteln zu können.

Bei der Entwicklung von Sitzen, insbesondere von Fahrzeugsitzen geht es jedoch nicht nur um eine Optimierung der Langlebigkeit der Polster, sondern bei Fahrzeugsitzen auch um einen hohen Sitzkomfort, weil gerade auf Fahrzeugsitzen die Insassen und vor allem der Fahrer u. U. viele Stunden bei geringer Bewegung auf dem Sitz verharren müssen. Hier spielen unter anderem Fragen ei­ ner optimalen Sitzdruckverteilung und eines optimalen Sitzklimas eine Rolle. Es werden im Laufe einer Sitzentwicklung unter­ schiedliche Sitz- und Polsterkonstruktionen als Versuchsmuster angefertigt und diese müssen untereinander objektiv und repro­ duzierbar hinsichtlich verschiedener Prüf- und Bewertungskrite­ rien, vor allem hinsichtlich Komfort und Sitzklima, verglichen werden, um danach das beste Versuchsmuster auswählen zu können. Es werden nicht nur neue Versuchsmuster einer aktuellen Sitz­ entwicklung, sondern auch verschiedene Testsitze anderer Prove­ nienz z. B. Sitze früherer Sitzgenerationen, gebrauchte Sitze oder Sitze aus fremden Entwicklungs- oder Fabrikationsstätten un­ tereinander verglichen.

Die EP 646 782 A2 zeigt eine Prüfanordnung für statische Bela­ stungstests der Lehne von Fahrzeugsitzen, wobei als Sitzprüf­ körper eine vollständige Testpuppe - ein sog. Hybrid III Dummy - verwendet wird. Dies sind Testpuppen der dritten Generation, die weitgehend standardisiert in einheitlicher Form in der Automo­ bilindustrie des In- und Auslandes für Unfall-Simulationen ver­ wendet werden. Bei der Prüfanordnung nach der EP 646 782 A2 wird die Testpuppe im Bereich der "Wirbelsäule" unterhalb des Torax­ bereiches von der "Hand" einer Prüfmaschine ergriffene und mit definierter Kraft etwa horizontal in ein zu überprüfendes Leh­ nenpolster eines ortsfest gehaltenen Fahrzeugsitzes gedrückt, um auf diese Weise die Deformation des Lehnenunterbaues unter star­ ker Beanspruchung ermitteln zu können. Die Stabilität und das Deformationsverhalten der Lehne ist vor allem im Hinblick auf einen etwaigen Heckaufprall von Bedeutung. Die Lehne darf bei extremer Belastung nicht abbrechen oder sich nach hinten abbie­ gen, sondern soll den Oberkörper auch dann in auf rechter Lage unterstützen. Durch die bekannte Prüfeinrichtung kann die Stabi­ lität einer Rückenlehne statisch bei unterschiedlichen Sitzposi­ tionen der Testpuppe geprüft werden. Für Komfort-Untersuchungen an Fahrzeugsitzen insbesondere bezüglich des Gesäßpolsters ist die vorbekannte Sitzprüfeinrichtung nicht nur völlig ungeeignet, sondern es gehen von diesem Stand der Technik für den Fachmann auch keinerlei Anregungen in dieser Hinsicht aus. Sowohl der Ge­ genstand der Prüfung, als auch ihr Zweck, die Art und Mittel der Versuchsdurchführung als auch das Ergebnis der Prüfung sind völ­ lig anders als bei den hier anstehenden Komfort-Untersuchungen.

Diese Testpuppen der dritten Generation sind beispielsweise in SAE 1994 Transactions-Journal of Passenger Cars, Section 6, Volume 103, Seiten 1868-1886 beschrieben. Sie sind bezüglich des mechanischen Bewegungsverhaltens und der Massenverteilung des Ganzkörpers antropomorph gestaltet. Bezüglich einzelner Körper­ regionen oder Gliedmaßen sind die Dummies hingegen z. T. recht rudimentär ausgebildet und es kann bezüglich der Details von ei­ ner antropomorphen Ausbildung keine Rede sein. Dies gilt insbe­ sondere für die hier interessierende Sitzpartie im Beckenbe­ reich. Dieser Bereich ist für Voll-Dummies, wie sie für Unfall-Versuche verwendet werden, völlig unwichtig. Zwar heißt es dort im Zusammenhang mit dem Becken, daß dieses aus einer Aluminium-Gußstruktur besteht, deren Form etwa einer menschlichen Becken­ knochenstruktur ähnelt. Dieses Becken sei durch ein weiches Gum­ mimaterial eingeschlossen, um die Form menschlicher Gesäßbacken anzunähern, welches auch einen dreiachsigen Beschleunigungsgeber enthalte. Aus der Erfahrung und Beobachtung dieser allenthalben in den einschlägigen Entwicklungs- und Prüfstätten - so auch bei der Anmelderin - in mehreren Exemplaren und in unterschiedlichen Größen im Einsatz befindlichen Hybrid III Dummies läßt sich er­ gänzend sagen, daß die die Hartteile wie z. B. den Beckenkörper umgebenden Weichteile doppelwandig ausgebildete Hohlkörper aus einem Weichgummi sind, deren Wandstärke etwa 3 bis 5 mm beträgt. Der von den Doppelwandungen eingeschlossene Hohlraum ist mit Weichschaum ausgefüllt. Jedem einzelnen Gliedmaß - Unterschen­ kel, Oberschenkel, Becken, Oberkörper, Oberarm, Unterarm Hand - ist ein solches Weichteil zugeordnet. Die Innenkontur des hohlen längsgeschlitzen und mit einem Reißverschluß verschließbaren Weichteiles ist den Harteilen des zu umschließenden Gliedmaß grob, d. h. mit einem gewissen Spiel angepaßt, wogegen die Außen­ kontur etwa der Außenform der entsprechenden Körperpartie ent­ spricht. Die Weichteile der einzelnen Puppenglieder schließen nicht unmittelbar aneinander an; vielmehr ist zwischen benach­ barten Weichteilen ein großer Spalt freigelassen, damit sich die Glieder der Testpuppe behinderungsfrei bewegen können. So klafft z. B. im Übergangsbereich vom Oberschenkel in die Gesäßpartie ein Spalt von 3 bis 4 cm. Mit Rücksicht auf die hohen Belastungen der Testpuppen bei simulierten Unfällen und mit Rücksicht auf eine wiederholte Verwendbarkeit derselben - sie sind sehr teu­ er - müssen die Weichteile zumindest an ihrer Außenseite eine gewisse Mindest-Stabilität aufweisen und dürfen nicht zu weich sein, weil sonst diese Weichteile bei Unfall-Simulationen zer­ stört werden würden. Die den Beckenbereich umschließenden Weich­ teile haben im Gesäßbereich eine Shorehärte von etwa 40 bis 50 Härtgrade, die weitgehend gleichmäßig über die Sitzpartie des Gesäßes verteilt ist. Die Außenform des Dummy-Gesäßes ist - ab­ weichend zum natürlichen Vorbild - relativ flach gestaltet. Des­ halb ist festzuhalten, daß im Gesäßbereich nur von einer groben Annäherung an die menschliche Anatomie die Rede sein kann, was jedoch für die Zwecke als Testpuppe in Crash-Versuchen selbst in der dritten Dummy-Generation völlig ausreichend ist. Durch die nur angenäherte flache Nachbildung dieser Sitzkontur soll das im Crash-Fall relevante Kipp- und Gleitverhalten der in ein Polster einsitzenden Testpuppe mit der Einsitzstabilität eines richtigen Menschens angenähert werden. Dazu genügt aber eine der Gesäßform angenäherte Oberflächenform und eine oberflächennah annähernd übereinstimmende Elastizität im Gesäßbereich der Testpuppe. Nach den mit der Erfindung gewonnenen Erfahrungen können Komfortun­ tersuchungen an Sitzpolstern von Fahrzeugsitzen mit einer sol­ chen Testpuppe jedenfalls nicht durchgeführt werden.

Bisher konnten aussagekräftige und vergleichbare komfort-rele­ vante Überprüfungen von Sitzen nur durch Testpersonen durchge­ führt werden. Dies führt selbstverständlich nur zu subjektiven und von der jeweiligen Tagesform der Testperson abhängigen, d. h. ungenauen und nicht reproduzierbaren Prüfergebnissen. Im Übrigen sind derartige Prüfungen zeit- und personalaufwendig, weil die Überprüfung im Fahrzeug und von mehreren Testpersonen durchge­ führt werden müssen, um zu weniger streuenden Aussagen zu gelan­ gen. Der Fahrzeugeinbau eines zu überprüfenden Sitzes ist eben­ falls zeitraubend, zumal dann, wenn es sich um Vergleichs-Test­ objekte fremder Herkunft handelt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Sitzprüfstempel anzugeben, der als ein geeignetes Hilfsmittel bei den genannten, nach strengen Prüfkriterien durchzuführenden Komfort-Vergleichsunter­ suchungen von unterschiedlichen Testsitzen verwendbar ist und mit dem die unterschiedlichen Testsitze realitätsnah, reprodu­ zierbar und beliebig oft oder lang belastet werden können. Es sei in diesem Zusammenhang erwähnt, daß die für die genannten Vergleichsuntersuchungen erforderliche Sensorik nicht Bestand­ teil der vorliegenden Erfindung ist. Vorliegend geht es nur um eine naturgetreue Belastung der Testpolster. Mit der Sensorik - soweit sie nicht ohnehin bekannt ist - und mit der Signalaus­ wertung befassen sich andere Anmeldungen der Anmelderin.

Ausgehend von dem gewürdigten Stand der Technik wird die genann­ te Aufgabe erfindungsgemäß durch die Gesamtheit der Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Danach ist der Sitzprüfstempel hinsichtlich der Gestaltung der Hart- und Weichteile möglichst naturgetreu dem menschlichen Gesäß und der Oberschenkelpartie beim Sitzen nachgebildet.

Durch die Erfindung können folgende Vorteile erreicht werden:

• - die Prüfungen laufen unter exakt definierten Meßbedingungen,
• - man erhält reproduzierbare Meßergebnisse,
• - die Meßergebnisse unterschiedlicher Sitze sind untereinander ohne weiteres vergleichbar,
• - die Messungen bzw. Prüfungen können im Labor bzw. in der Versuchswerkstatt durchgeführt werden, d. h. ein Einbau des Sitzes in den Pkw ist nicht erforderlich,
• - es wird Testpersonal eingespart,
• - die Messung bzw. Prüfung eines Sitzes selber benötigt im Ver­ gleich zu Prüfungen durch Testpersonen nur etwa in die halbe Zeit,
• - Serienmessungen sind ohne weiteres möglich.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteran­ sprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles nachfolgend noch erläutert; dabei zeigen:

Fig. 1 einen Sitzprüfstempel in Seitenansicht,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des Druckstückes des Sitzprüfstempels nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Unteransicht des Sitzprüfstempels nach Fig. 1,

Fig. 4 ein Meßaufbau mit einem zu testenden Sitzpolster in einer Prüfmaschine unter Verwendung eines Sitzprüfstempels nach Fig. 1 und

Fig. 5 eine Isobarenschar einer Sitzdruckverteilung, die mit einem Meßaufbau nach Fig. 4 ermittelbar ist.

Das in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel eines Sitzprüfstempels 1 weist ein in Prüflage (Fig. 4) nach unten weisendes, unterseitig mit einer Überpolsterung 4 versehenes Druckstück 3 auf, welches in einer Prüfmaschine 2 zumindest mit­ telbar, d. h. beispielsweise unter Zwischenfügung einer Druck­ meßmatte 20 auf ein Sitzpolster 19 eines zu prüfenden Sitzes aufsetzbar ist. Nach oben schließt sich an das Druckstück ein in die Prüfmaschine einsetzbares Übergangsstück 5 an.

Der Sitzprüfstempel soll als ein geeignetes Hilfsmittel bei Kom­ fort-Vergleichsuntersuchungen von unterschiedlichen Testsitzen, die wegen der Reproduzierbarkeit nach strengen Kriterien durch­ zuführen sind, verwendbar sein, so daß mit ihm unterschiedliche Testsitze realitätsnah, reproduzierbar und beliebig oft oder lang belastet werden können. Zu diesem Zweck ist die nachfolgen­ de Ausgestaltung des Sitzprüfstempels vorgesehen.

Die Form des Druckstückes 3 des Sitzprüfstempels 1 ist zumindest in den hier relevanten Bereichen dem Beckenknochen und den Ober­ schenkelknochen einschließlich der Oberschenkel-Gelenke eines menschlichen Skelettes nachgebildet. Das Druckstück 3 besteht aus einer Becken-Nachbildung 6 und einem Paar von Ober­ schenkel-Nachbildungen 7, die über Gelenke 8, die den natürlichen Ober­ schenkelgelenken nachgebildet sind, mit der Becken-Nachbildung verbunden ist. Die festsetzbaren Gelenke 8 sind deshalb vorgese­ hen, damit die beim Sitzen üblichen Relativlagen von Oberschenkeln und Becken, wie sie beim länger andauernden Sitzen eines Menschen vorkommen, nachgebildet und fixiert werden können.

Die Überpolsterung 4 des Druckstückes ist antropromorph den Weichteilen im Gesäßbereich, nämlich dem Muskel-, Binde- und Fettgewebe nach örtlicher Verteilung der Stärke und Weichheit nachgebildet. Vor allem die beiden Sitzdruckpunkte 13 eines menschlichen Gesäßes und deren nähere Umgebung sind hinsichtlich Form, Lage, Härte und örtlicher Härteverteilung möglichst naturgetreu durch das Druckstück 3 und die Überpolsterung 4 nachgebildet. Die Überpolsterung ist durch mehrere elastische Weich-Schaumstofflagen 14 gebildet. Im Beispiel sind mehrere Schaumstofflagen unterschiedlicher Stärke verwendet, wobei die Druckstück-näheren, flächenmäßig ausgedehnteren Schaumstofflagen stärker als die weiter außen liegenden flächenmäßig kleineren Schaumstofflagen ausgebildet sind. Die einzelnen Schaumlagen weisen unterschiedliches Raumgewicht und - analog dazu - ent­ sprechend unterschiedliche Elastizitäten auf. Von den Sitzbein­ höckern 13 ausgehend steigt die Elastizität der Schaumlagen 14 von innen nach außen an.

Außenseitig ist die Überpolsterung mit einem Überzug 15 aus einem Hosenstoff überzogen, der locker über dem Druckstück zu­ sammengerafft ist. Bei Sitzprüfstempeln für Sonderuntersuchungen kann es zweckmäßig sein, daß das Druckstück mit einer hinsicht­ lich Flexibilität sich ähnlich wie die menschliche Haut verhal­ tenden Weichlederauflage überzogen ist.

Die Gelenke 8 des Druckstückes 3 sind in ihrem Bewegungswider­ stand bis zur Unbeweglichkeit unter Prüflast veränderbar, damit der Prüfstempel als starre Einheit bei der Prüfung eines Sitzes verwendet werden kann. Zum Verspannen der Gelenke ist ein die Gelenkkugel 9 und den Schenkelhals 12 übergreifender Klemmring vorgesehen, über den die Kugel 9 mittels der Klemmschrauben 10 bis zur Unbeweglichkeit in die beckenseitige Kugelpfanne ge­ spannt werden kann. Die Überpolsterung kann aufgrund einer Ei­ genelastizität und einer nachgiebigen Befestigung an den Ober­ schenkeln 7 diesen bei einer Lageveränderung zum Becken 6 in einem gewissen Umfang zerstörungsfrei folgen.

Das an das Druckstück 3 nach oben anschließende, in die Prüf­ maschine 2 einsetzbare Übergangsstück 5 weist ein im wesentli­ chen durch einen Schwenkzapfen 16 gebildetes, festklemmbares Ge­ lenk auf, welches eine Beweglichkeit in einer parallel zu den Oberschenkeln liegenden, vertikalen Ebene in einem bestimmten Winkelraum erlaubt. Dadurch können unterschiedliche Neigungen des Sitzdruckstempels zur vertikalen Belastungsrichtung einge­ stellt werden. In dem oberen, maschinenseitigen Teil des Über­ gangsstückes ist ein bogenförmiges, zum Schwenkzapfen 18 konzen­ trisches Langloch 17 angebracht, durch das eine Klemmschraube 18 hindurchgreift, mit der das Gelenk festgeklemmt werden kann. Durch die Winkeleinstellung am Übergangsstück kann die Größe des Winkels der Krafteinleitung in den Hüftmittelpunkt festgelegt werden.

Die Gelenke 8 des Druckstückes und das Gelenk 16 des Übergangs­ stückes werden so eingerichtet und festgespannt, daß eine realitätsnahe Aufteilung der Kraft auf das Becken und auf die Oberschenkel stattfindet.

Durch einen Meßaufbau, wie er in Fig. 4 dargestellt ist, kann ein Sitzpolster 19 für sich, d. h. außerhalb des Fahrzeuges, un­ ter Verwendung des Sitzprüfstempels 1 innerhalb der Prüfmaschi­ nen geprüft werden. Dazu wird auf das lagedefiniert gehalterte Polster eine flexible, dünne Meßmatte, beispielsweise eine Druckmeßmatte 20 aufgelegt, die eine Vielzahl eng benachbarter, nach einem orthogonalen oder hexagonalen Raster verteilter Druckmeßzellen und eine entsprechende Anzahl nach außen füh­ render, elektrischer Anschlüsse enthält. Der Sitzprüfstempel wird im Meßeinsatz durch eine in der Größe exakt steuerbare, vertikal wirkende Prüfkraft in das Sitzpolster 19 gedrückt, so daß das zu simulierende Gewicht einer Person genau eingestellt werden kann. Wichtig ist eine gleichmäßige Belastung der beiden Sitzbeinhöcker bzw. Sitzhälften. Deshalb muß die Prüfkraft sym­ metrisch, d. h. mittig in die Becken-Nachbildung in den Sitzprüf­ stempel eingeleitet und der Sitzprüfstempel ebenfalls symme­ trisch auf den zu prüfenden Sitz aufgesetzt werden.

Durch richtiges Belasten des Sitzpolsters und der aufgelegten Druckmeßmatte 20 mittels des Sitzprüfstempels seitens der Prüf­ maschine 2 kann über eine geeignete Signalverarbeitung unmittel­ bar die Druckverteilung in der belasteten Sitzfläche auf einem Monitor oder einer sonstigen Ausgabeeinheit ausgegeben oder an­ gezeigt werden. Die Anzeige kann z. B. in Form einer Schar von Isobaren 21 eines Schaubildes gemäß Fig. 5 ausgegeben werden. Man erkennt in dem Schaubild deutlich die beiden Druckspitzen 13′ im Bereich der Sitzbeinhöcker, die den Hauptdruck aufnehmen. Um diese Druckspitzen soll bei einem komfortablen Sitzpolster der Druck abfallen und im Bereich der Oberschenkel flach verlau­ fen.

Claims (8)

1. Sitzprüfstempel (1) mit einem in Prüflage nach unten weisen­ den, überpolsterten, auf ein Sitzpolster (19) eines zu prüfenden Sitzes aufsetzbaren Druckstück (3) und mit einem daran in Prüf­ lage nach oben anschließenden, in eine Prüfmaschine (2) einsetz­ baren Übergangsstück (5), wobei

• - die Form der Hartteile des Druckstückes (3) des Sitzprüfstem­ pels (1) dem Becken und den Oberschenkeln einschließlich der Oberschenkelgelenke eines menschlichen Skelettes zumindest be­ züglich der beim Sitzen belasteten Unterseite des Skelettes nachgebildet ist,
• - die den Oberschenkelgelenken nachgebildeten Gelenke (8) des Druckstückes (3) bis zur Unbeweglichkeit unter Prüflast ver­ spannbar sind,
• - die Überpolsterung (4) des Druckstückes (3) nach Weichheit und örtlicher Verteilung der Stärke den Weichteilen im Gesäßbe­ reich, nämlich dem Muskel-, Binde- und Fettgewebe, anthropro­ morph nachgebildet ist,
• - durch das Druckstück (3) und die Überpolsterung (4) vor allem die beiden Sitzdruckpunkte (13) eines menschlichen Gesäßes und deren nähere Umgebung hinsichtlich Form, Lage, Härte und ört­ licher Härteverteilung den Skelett- und Weichteilen möglichst naturgetreu nachgebildet sind.

2. Sitzprüfstempel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überpolsterung (4) des Druckstückes (3) durch mehrere elastische Weich-Schaumstofflagen (14) gebildet ist.

3. Sitzprüfstempel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überpolsterung (4) des Druckstückes (3) durch mehrere elastische Weich-Schaumstofflagen (14) unterschiedlicher Stärke gebildet ist, wobei die druckstücknäheren, flächenmäßig ausge­ dehnteren Schaumstofflagen stärker als die weiter außen liegen­ den, flächenmäßig kleineren Schaumstofflagen ausgebildet sind.

4. Sitzprüfstempel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Überpolsterung (4) des Druckstückes (3) durch mehrere elastische Weich-Schaumstofflagen (14) unterschiedlichen Raum­ gewichtes und Elastizität gebildet ist, wobei die druckstücknä­ heren Schaumstofflagen spezifisch leichter und weicher als die weiter außen liegenden Schaumstofflagen ausgebildet sind.

5. Sitzprüfstempel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Überpolsterung des Druckstückes mit einer hinsichtlich Flexibilität sich ähnlich wie die menschliche Haut verhaltenden Weichlederauflage überzogen ist.

6. Sitzprüfstempel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Überpolsterung (4) des Druckstückes (3) mit einem Hosen­ stoff überzogen (Überzug 15) ist.

7. Sitzprüfstempel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die den Oberschenkelgelenken nachgebildeten Gelenke (8) des Druckstückes (3) in ihrer Beweglichkeit eine Lageveränderung der Oberschenkel-Nachbildungen (7) zur Becken-Nachbildung (6) in so­ weit erlauben, daß alle solchen Relativlagen von Oberschenkeln und Becken, wie sie beim länger andauernden Sitzen eines Men­ schen vorkommen, nachgebildet und fixiert werden können, wobei die Überpolsterung (4) aufgrund einer Eigenelastizität und einer nachgiebigen Befestigung an den Oberschenkel-Nachbildungen (7) einer Relativlageveränderung der Oberschenkel-Nachbildungen (7) zur Becken-Nachbildung (6) in dem genannten Umfang zerstörungs­ frei zu folgen vermag.

8. Sitzprüfstempel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das an das Druckstück (3) nach oben anschließende, in eine Prüfmaschine (2) einsetzbare Übergangsstück (5) ein innerhalb seiner Beweglichkeit in jeder beliebigen Zwischenposition fest­ setzbares Gelenk (Schwenkzapfen 16, Klemmschraube 18) aufweist, mit dem unterschiedliche Neigungen des Sitzdruckstempels zur vertikalen Belastungsrichtung einstellbar sind.