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Die Erfindung bezieht sich auf einen Dummy für die Unfallforschung und Forensik, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Bei einem solchen Dummy handelt es sich um eine Testpuppe, die einem menschlichen Körper möglichst naturgetreu („biofidel“) nachgebildet ist und die insbesondere zur Trauma-Forschung eingesetzt wird, beispielsweise zur Erforschung und Nachstellung von Verkehrsunfällen mit Fußgängern.
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In der Automobilindustrie werden bei der Durchführung von standardisierten Crashtests Crashtest-Dummys in die Fahrzeuge gesetzt, um die Auswirkung eines Unfalls auf die Insassen messen zu können. Diese Dummys, wie beispielsweise der für Crashversuche vorgeschriebene und daher weit verbreitete Typ „Hybrid III“ sind mit umfangreicher Sensorik ausgestattet, um Beschleunigungen bzw. Verzögerungen messen zu können. Sie sind jedoch weder in ihren äußeren Abmessungen noch hinsichtlich Masse und Masseverteilung an den menschlichen Körper angenähert. Eine Skelett- und Gewebestruktur fehlt völlig, sodass angesichts erheblich abweichender Eigenschaften der Körperoberfläche wie auch dem inneren Aufbau des Dummys keine realitätsnahen Versuche möglich sind, wenn ein solcher Dummy zu Tests außerhalb eines Fahrzeugs verwendet würde.
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Auch in der Forensik besteht ein Bedarf an Testpuppen, z. B. um zur Verbrechensaufklärung Abstürze von Personen nachzustellen und darüber zu ermitteln, ob eine Fremdeinwirkung wahrscheinlich war oder nicht. Einfache Puppen, die aus verbundenen Beuteln oder Säcken bestehen und zur Erhöhung des Gewichts mit Sand oder Wasser gefüllt sind, weisen kein realitätsnahes Fall-, Flug- und Sturzverhalten auf.
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Durch den Vortrag von Dr. M. WEYDE: „Construction and testing of a pedestrian dummy for realistic vehicle damage in experimental simulations of car vs. pedestrian collisions", gehalten auf der TRANSCOM 2013, Zilina (SK) am 26.6.2013, ist ein menschenähnlich ausgebildeter Dummy bekannt, der eine skelettähnliche Struktur besitzt, die von Silikonelementen umgeben ist, welche als Gewebeelemente dienen. Mit diesem Dummy kann aufgrund einer Größen- und Massenverteilung, die dem menschlichen Körper bereits sehr ähnlich ist, ein vergleichbares Verhalten bei Aufprall des Dummys auf ein Fahrzeug und Abwurf von dem Fahrzeug erzielt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die an den bekannten Dummys zu beobachtenden Verletzungsmuster nicht mit den Verletzungsmustern des menschlichen Körpers bei einer vergleichbaren Real-Unfallsituation korrelieren. Wegen der gewünschten starken Anlehnung an das naturgemäße Vorbild werden solche Testpuppen auch als „biofidele“ Dummies bezeichnet.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, das Bewegungsverhalten des Dummys beim Versuch noch mehr an den menschlichen Körper anzunähern und insbesondere die am Skelett entstehenden Verletzungsmuster soweit an den menschlichen Körper anzunähern, dass darüber nachgeprüft werden kann, ob ein im Versuch nachgestellter Unfall mit dem angenommenen Real-Unfallgeschehen übereinstimmt bzw. dass ein zu erwartendes Verletzungsmuster vorhersagbar wird.
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Diese Aufgabe wird durch einen Dummy mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Erfindungswesentlich hierbei ein Skelett-Nachbau für den Dummy, der Gruppen von Knochenelementen umfasst, die jeweils stark an das menschliche Vorbild angelehnt sind, ohne dass die einzelnen Knochen detailgetreue Abgüsse darstellen. Vielmehr handelt es sich bei jedem Knochenelement um ein individuelles Konstruktionselement, das hinsichtlich der Maße, der geometrischen Abmaße, der Positionierung am Skelett sowie der mechanischen Belastbarkeit dem natürlichen Vorbild ähnelt und im Gesamtkonzept des Skeletts gleichartige Bewegungsmuster im Unfallversuch ermöglicht.
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Hinsichtlich der Knochenelemente wird vorzugsweise ein Knochenersatzmaterial ausgewählt, das aus einer aushärtbaren Epoxidharzmischung besteht, die als zusätzliche Komponente Metallpulver enthält, das homogen und fein verteilt in der Harzmatrix vorliegt. Bei dem Metallpulver handelt es sich insbesondere um Aluminiumpulver mit einer Partikelgröße von kleiner/gleich 100µm.
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Das Epoxidharz-Metallpulver-Gemisch kann in eine Gießform gegossen werden, wo es duroplastisch aushärtet, sodass komplexere Formgebungen möglich sind als bei dem im Stand der Technik bekannten Dummies mit Knochenelementen aus Holz. Im Gegensatz zu Holz führt das vergossene Epoxidharz-Metallpulvergemisch zu einem Knochenelement mit isotropen mechanischen Eigenschaften, d. h. die Festigkeitswerte sind nicht kraftrichtungsabhängig; anders als bei Holz, wo die Eigenschaften in Faserrichtung von denen quer dazu deutlich abweichen.
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Durch die Einmischung von Metallpulver, werden zwei wesentliche Effekte erreicht:
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Zum einen wird die Harzstruktur durch die eingebetteten Metallpartikel etwas künstlich versprödet, also die Zug- und Biegefestigkeit herabgesetzt. Knochenelemente aus Epoxidharz alleine wären bei einem dem menschlichen Vorbild angepassten Querschnitt der Knochenelemente zu stark belastbar, so dass bei Unfallversuchen keine realitätsnahen Verletzungen am Skelettnachbaus des Dummys entstehen würden. In diesem Zusammenhang muss auch berücksichtigt werden, dass das menschliche Knochengewebe nicht homogen ist, sondern harte Außenschichten, der sogenannten Substantia corticalis und schwammartige, mikroporöse Innenschichten (Substantia spongiosa) sowie in vielen Knochen röhrenförmige Hohlräume besitzt.
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Überraschenderweise werden durch die erfindungsgemäße Mischung von Epoxidharz mit Metallpulver, insbesondere Aluminiumpulver, die mechanischen Eigenschaften in einer Weise günstig beeinflusst, dass die Dimensionierung der einzelnen Bauteile für das künstliche Skelett sehr ähnlich zum jeweiligen menschlichen Vorbild vorgenommen werden kann und sich somit auch an den Gliedmaßen, die neben den Knochenelementen auch Bänder und Gewebeelemente umfassen, ähnliche Massen und Schwerpunktlagen ergeben. Die Duktilität der erfindungsgemäß nachgebildeten Knochenelemente ist somit bei ähnlichen geometrischen Dimensionen sehr ähnlich zu menschlichen Knochen, und entsprechend zeigt sich auch ein sehr vergleichbares Bruchbild am Dummy-Skelett nach einem Test. Der Verlauf von Frakturen einschließlich des Herauslösens von Knochensplittern ähnelt sehr stark den Traumwirkungen beim menschlichen Knochen. Auch Dichte und mechanische Belastbarkeit ähneln bei vergleichbaren Querschnitten dem menschlichen Vorbild.
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Zum anderen liegt ein für die Erfindung ebenfalls sehr wesentlicher Effekt des eingemischten Metallpulvers darin, dass der erfindungsgemäße Dummy in einem Computertomografen oder einem klassischen Röntgengerät untersucht werden kann, wobei die nach der Erfindung zusätzliche besondere Auswahl eines Silikonwerkstoffs für die Gewebeelemente dazu führt, dass diese problemlos durchstrahlt werden können und durch die bildgebenden Verfahren ein klares Bild der darunter verborgenen Knochenelemente sichtbar wird. Die Einmischung von gleichmäßig in der Harzmatrix verteiltem Pulver, insbesondere Aluminiumpulver, in einem Volumen-Mischungsverhältnis von etwa 2:1 führt dazu, dass die Röntgenstrahlung nicht vollständig von dem erfindungsgemäß ausgebildeten Knochenelement absorbiert wird, sodass im Röntgenbild nicht vollständig helle Flächen entstehen, wie etwa bei massiven Metall, sondern dass auch abgestufte Grautöne sichtbar werden. Sogar die bei den Unfallversuchen am Skelett des Dummys entstehenden Frakturen sind mit den medizinischen Bildgebungsverfahren gut erkennbar.
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Mit der Erfindung wurde also ein insbesondere für die Röntgenuntersuchung geeigneter Dummy geschaffen, der nach Durchführung eines Unfallversuchs ohne jede vorherige Demontage im Computertomografen untersucht werden kann. Frakturverlauf und Lage von gebrochenen Knochenelementen kommen dem menschlichen Vorbild sehr nah und erlauben bei der Nachstellung von Unfallgeschehen eine Aussage darüber, ob die für den Versuch angenommenen Parameter realitätsnah waren und tatsächlich den Realunfall abbilden.
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Für eine realitätsnahe Traumatisierung des Dummys ist außer der Auswahl des Werkstoffs für die Knochenelemente auch eine geeignete Werkstoffauswahl für die Gewebeelemente vorteilhaft, so dass die Gewebeelemente das menschliche Gewebe simulieren können. Sie umgeben die Knochenelemente des Dummy-Skeletts vollständig oder teilweise oder legen sich daran an. Denn diese sollen sowohl in einem Maße elastisch verformbar sein wie der menschliche Körper auch, andererseits aber auch plastisch verformbar sein, weil menschliches Gewebe viskoelastisch ist, das heißt, nur in sehr begrenztem Maße ein wirklich elastisches Verhalten in dem Sinne zeigt, dass sich eine rückstellende Federkraft einstellt, und sich nach einer Dehnung, die ca. 2% übersteigt, eine plastische Verformung einstellt.
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Hierzu werden nach der Erfindung für die Gewebeelemente Silikonverbindungen des Typs RTV eingesetzt, also bei Raumtemperatur vernetzende 2-KomponentenMischungen, die bei Zimmertemperatur vulkanisieren.
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Die Gewebeelemente bestehen vorzugsweise aus einer Silikonverbindung, deren Härte nach einer Abbindezeit von 24 Stunden und bei einer Prüftemperatur von 23° C nach der für sehr weiche Elastomere geeigneten Skala „Shore 00“ 55 ± 4 Sh00 beträgt. Vorteilhaft an der genannten Materialauswahl ist auch, dass die bei dem erfindungsgemäßen Dummy vorhandenen Gewebeelemente von der Lagerungszeit unabhängige mechanische Eigenschaften besitzen und während der vorgesehenen Lagerungs- und Nutzungsdauer keine Nachhärtungs- oder Versprödungsprozesse stattfinden.
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Die verwendeten Verbindungen sind so elastisch, dass damit auch ausgeprägte Hinterschnitte hergestellt und entformt werden können. Vorzugsweise werden deshalb ähnliche Silikonverbindungen wie für die Herstellung der Gewebeelemente auch für die Herstellung der Gießformen hergestellt, in welche das flüssige Epoxidharz-Metallpulver-Gemisch zur Bildung der Knochenelemente eingegossen wird. Je nachdem, ob Hinterschnitte entformt werden müssen oder nicht werden mehr oder weniger harte Silikonkautschuke für den Formenbau eingesetzt. Die Härte bei den Gießformen liegt vorzugsweise zwischen 4 Shore-A und 25 Shore-A.
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Eine Vielzahl von Gewebeelemente werden in einem Gewebeelementesatz zusammengefasst. Durch die unterteilten Gewebeelemente wird die Montage wesentlich vereinfacht. Alle Gewebeelemente sind für eine einfache Steckmontage optimiert, um sie einfach mit den zugehörigen Bauteilen des Skeletts verbinden zu können.
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Durch Austausch des Gewebeelementesatzes können - bei gleicher Skelettgröße - verschiedenartige Staturen oder Geschlechter abgebildet werden.
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Das Schulter-Gewebeelement erstreckt sich bis in den Brustbereich und ist vorzugsweise in ein hinteres und ein vorderes Element zweigeteilt, um zum einen die Montage zu erleichtern und zum anderen durch Austausch des vorderen Teilelements eine Anpassung an die weibliche Anatomie vornehmen zu können.
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Zwischen den beiden Teilelementen des Schulter-Gewebeelements bleiben die Schlüsselbeinelemente frei, werden also von den Gewebeelementen nicht überdeckt, sondern nur später von dem als Hautersatz dienenden Neoprenanzug. Damit sind die Schlüsselbeinelemente wie beim Menschen stark exponiert.
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Eine Anpassung der Skelettgröße kann bei dem Dummy bevorzugt sehr einfach dadurch erreicht werden, dass die Anzahl der Wirbelkörper in der Wirbelsäuleneinheit variiert wird.
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Vorzugsweise sind die Knochenelemente, welche am Dummy die äußeren Extremitäten des Menschen simulieren, also Ober- und Unterschenkel sowie Ober- und Unterarm, jeweils so ausgebildet, dass das Knochenelement einen lang gestreckten Stielbereich aufweist, der an einem Ende deutlich verbreitert sein kann, um zum Beispiel eine Gelenkhälfte auszubilden. Am anderen Ende ist hingegen vorzugsweise fest angebrachte Verbreiterung vorgesehen und das Knochenelement läuft mit einem konstanten oder mit einem sich verjüngenden Querschnitt aus.
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Das offene, vorzugsweise hinterschnittfreie Ende des Knochenelements wird in eine Buchse eines weiteren Skelettbauteils wie einem Gelenkkopfelement gesteckt und damit verbunden oder es wird stumpf stoßend mit einem weiteren Knochenelement verschraubt. Hieraus ergibt sich der besondere Vorteil, bei der Montage des Dummys dass der lange Stiel des keulenartig ausgebildeten Knochenelements durch einen engen Hohlraum in einem zugehörigen Gewebeelement gesteckt werden kann. Es wird somit kaum Spiel zwischen Hohlraumbegrenzung und Knochenelement benötigt. Das Gewebeelement legt sich somit eng an den Abschnitt des Knochenbauteils.
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Außerdem ergeben sich Vorteile bei der Herstellung, weil für eine möglichst realitätsnahe Ausbildung der angebundenen Gelenkhälfte die Trennebene eines Gießwerkzeugs zum Gelenk gelegt werden kann, um dort eine komplexe Formgebung zu ermöglichen, ohne dass auf die Entformung des Stielbereichs, der frei von Hinterschnitten ist, Rücksicht genommen werden muss.
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Das freie Ende des Stiels an dem Knochenelement wird dann vorzugsweise in eine Aufnahme an einem weiteren Gelenkelement eingeschoben, sodass sich die typische Knochenform der großen Knochen an den Extremitäten mit den beiden verdickten Enden ergibt. Die Verbindung zwischen dem Stiel des Knochenelements und dem Gelenkelement erfolgt bevorzugt durch kreuzweise angeordnete, stiftförmige Elemente. Um die oben beschriebene Bildgebung durch Röntgenstrahlen nicht zu behindern, ist insbesondere vorgesehen, nicht-metallische Stifte zu verwenden.
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Alternativ können zwar radiale Überstände vorhanden sein; in diesem Fall besitzt eine zugehörige Aufnahmebuchse am Gegenstück aber schlitzförmige Ausnehmungen, so dass der Stielbereich in die Aufnahmebuchse eingeschoben werden kann.
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Vorteilhaft ist weiterhin eine Ausbildung der Kniegelenke des Dummys mit Innen- und Außenbändern, die vorzugsweise aus geflochtenen, textilen Bändern gebildet sind. Dabei liegen die beiden Gelenkelemente benachbarter Knochenelemente voreinander. Sie sind in ihrer Form soweit dem menschlichen Körper nachgebildet, dass sich die gleichen Bewegungsmöglichkeiten, aber auch Beschränkungen wie beim menschlichen Vorbild ergeben. Beispielsweise können die Knochenelemente des Oberschenkels und des Unterschenkels in eine Richtung gegeneinander verstellt werden und einen spitzen Winkel einnehmen, können aber in die andere Richtung nicht über eine gestreckte Lage hinaus verschwenkt werden. Die Seitenführung in dem Gelenk erfolgt durch außenseitig angeklebte Textilbänder. Die weitere Bewegung wird durch 2 zusätzliche Textilbänder beeinflusst, welche mit einer Schlaufe an ihrem einem Ende an Stiftelementen in den Gelenkteilen aufgehängt sind und mit ihrem anderen Ende am benachbarten Gelenkelement angeklebt sind.
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Der erfindungsgemäße Dummy weist vorzugsweise zumindest im Torsobereich an allen Verbindungsstellen von Knochenelementen eine elastische Lagerung auf. Spangenförmige Rippenelemente sind mit einem Brustbeinelement verschraubt, wobei vorzugsweise wiederum nicht-metallische Schrauben verwendet werden. An der Verschraubungsstelle sind beidseitig Silikonscheiben untergelegt, sodass die Rippenbögen untereinander und gegenüber dem Brustbein beweglich bleiben.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht zudem eine besondere Schulterkonstruktion des Dummys vor. Hierbei sind an einem Brustbeinelement zwei längliche Führungsausnehmungen ausgebildet, wobei es sich um gerade oder gebogene Langlöcher handelt. Knochenelemente, welche die Schlüsselbeine repräsentieren, sind an ihrem inneren Befestigungspunkt in den genannten Ausnehmungen verschiebbar geführt und sind mit ihrem anderen Ende gelenkig an ein Schultergelenk angebunden. Die Führung der Schlüsselbeinköpfe in den langlochförmigen Ausnehmungen ermöglicht, dass die Schulterpartien nach vorne rotieren können, was auch zu einem realistischen Bewegungsablauf führt, beispielsweise wenn der Dummy nach einem Zusammenprall mit einem Fahrzeug auf den Boden prallt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Dummy sind alle Knochenelemente und Gewebeelemente lösbar miteinander verbunden. Somit ist der Dummy nach Versuchsdurchführung und Auswertung komplett demontierbar und kann durch Austausch beschädigter Elemente schnell und kostengünstig wiederaufgebaut werden.
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Große Knochenelemente wie insbesondere das Beckenknochenelement sind vorzugsweise aus mehreren Einzelteilen gebildet, die starr, aber lösbar miteinander verbunden sind. So kann z. B. eine in den Versuchen mit dem Dummy sehr oft einseitig beschädigte Beckenschaufel ausgetauscht werden.
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Vorteilhaft ist weiterhin, wenn bei den Extremitäten Zugseile oder Gurtbänder entlang der Außenseiten und über die ganze Länge des Arms oder Beins geführt sind. Diese erstrecken sich entlang der Knochenelemente. Hierbei sieht die Erfindung zwei Gruppen von Seilen oder Gurtbändern vor, die zusammen oder alternativ eingesetzt werden. Beide Gruppen erstrecken sich jeweils dicht entlang der Knochenelemente oder durch innere Hohlräume darin und/oder sind mit diesen durch Hohlräume innerhalb der Gewebeelemente geführt.
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Eine erste Gruppe von Seilen oder Gurtbändern dient der Sicherung von Gliedmaßen, die beim Unfallversuch möglicherweise abgerissen worden sind. Es handelt sich um eine Sicherungsmaßnahme für den Versuchsaufbau oder für evtl. in der Nähe befindliche Zuschauer und verhindert für die abgerissenen Einzelteile einen Totalverlust. Diese Sicherungseinrichtungen sollen die Bewegung des Skeletts nicht behindern, soweit sie noch normalen menschlichen Bewegungsmustern entspricht. Daher ziehen sie sich sehr locker von der Schulter über den Arm bis zur Hand bzw. vom Beckenknochenelement und/oder der Wirbelsäuleneinheit über das Bein bis zum Fuß. Diese Bänder werden erst nach einer Abtrennung von Teilen des Dummys im Laufe des Unfallversuchs gestrafft und damit wirksam.
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Die andere Gruppe von Seilen oder Gurtbändern simuliert die am menschlichen Körper vorhandenen Sehnen und Bänder und schränkt entsprechend die Beweglichkeit einzelner Skelettteile zueinander auf natürliche Bewegungsmöglichkeiten ein. Diese Gurtbänder sind entsprechend straff geführt und werden z. B. mit Schellen unmittelbar an der Außenseite der Knochenelemente gehalten.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel eines Dummys anhand der Zeichnungen erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
- 1, 2 jeweils einen Dummy in Ansicht von hinten;
- 3 einen Dummy in Seitenansicht;
- 4 ein Skelett des Dummys in Ansicht von hinten
- 5 das Skelett in Seitenansicht;
- 6 ein Unterarmknochenelement in perspektivischer Ansicht;
- 7 die Montage eines Unterarms in schematischer, seitlicher Ansicht;
- 8 eine Schultergruppe in Ansicht von vorn;
- 9 die Schultergruppe in Schnittansicht;
- 10A eine Brustkorbgruppe in perspektivischer Ansicht;
- 10B Teile einer Wirbelsäulengruppe in perspektivischer Ansicht;
- 11 Schulter und Nackenwirbelsäule in Seitenansicht; und
- 12 eine Beckengruppe von vorn.
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1 zeigt eine Ansicht eines Dummys 100 von hinten. Dieser ist nahezu vollständig fertiggestellt, d. h. eine innere, stützende Skelettstruktur ist montiert und aus weichem Silikon bestehende Gewebeelemente sind darauf aufgesetzt. Es fehlt lediglich noch ein Überzug, der zur Simulation des menschlichen Hautgewebes dient. Hierzu wird der in 1 abgebildete Dummy mit einem Neopren-Anzug bekleidet, welcher mit einem Latex-Anstrich überzogen wird.
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1 dient der Benennung der wichtigsten Baugruppen:
- - Füße 1 und Hände 3 sind jeweils für sich als vollständige Baugruppe ausgebildet, aber sind in sich nicht weiter untergliedert, d. h. Hand- und Fußknochen werden nicht simuliert, da dies aufgrund der Anzahl kleinster Knochenelemente sehr aufwändig wäre, jedoch für die Verkehrsunfallforschung zunächst ohne Bedeutung ist.
- - Der Kopf 2 wird durch eine Innenfüllung aus Silikon, eine Schädelnachbildung aus der Knochenersatzsubstanz und eine Kopfaußenhaut aus Silikon gebildet.
- - Der Fuß 1 ist mit einem Unterschenkel 21 verbunden, der über ein Kniegelenk 22 mit einem Oberschenkel 23 verbunden ist. Unterschenkel 20, Kniegelenk 22 sowie Oberschenkel 23 sind Teil einer Beingruppe 20, die wie beim menschlichen Vorbild funktional zusammenwirkt und bei dem Dummy 100 als Baugruppe vormontiert werden kann.
- - Die beiden Beingruppen 20 sind mit einer Beckengruppe 30 verbunden. Diese ist über eine innenliegende Wirbelsäulengruppe 50, von der nur ein nach außen ragender Haken für die Aufhängung des Dummys 100 bei Pendelversuchen sichtbar ist, mit einer Rumpfgruppe 40 verbunden.
- - Außerdem ist eine Schultergruppe 60 mit der Wirbelsäulengruppe 50 verbunden.
- - Beidseits der Schultergruppe 60 schließen sich Armgruppen 70 an, die jeweils vormontierbar sind und die jeweils einen Oberarm 73, ein Ellbogengelenk 72 und einen Unterarm 71 enthalten. Hieran ist die Hand 3 angesetzt.
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Die vorstehend benannten Baugruppen bestehen jeweils aus einer inneren Skelettbaugruppe mit Knochen- und Knorpelnachbildungen und Bändern sowie aus weichen Gewebeelementen aus Silikon, die die Knochenelemente umgeben und das menschliche Muskel- und Fettgewebe simulieren.
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2 zeigt denselben Dummy 100 in derselben Ansicht wie 1, wobei hierin die einzelnen Gewebeelemente eines Gewebeelementsatzes 90 bezeichnet sind, welche die innenliegende Skelettstruktur des Dummys 100 umgeben.
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Bei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel eines Gewebeelementsatzes 90 für den Dummy 100 ist am Unterschenkel 21 nur ein einzelnes Unterschenkel-Gewebeelement 91 vorgesehen. Dieses besitzt einen röhrenförmigen inneren Hohlraum. Zugleich sind die erfindungsgemäß ausgebildeten Knochenelemente zumindest mit einem nicht hinterschnittenen Stielbereich ausgebildet, so dass nicht nur die Fertigung durch Gießen der Silikonverbindung in einer Gießform und die anschließende Entformung daraus erleichtert sind, sondern auch eine schnelle Montage dadurch möglich ist, dass der Stielbereich durch den Hohlraum im Gewebeelement durchgesteckt und von der Gegenseite her gesichert werden kann.
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Unter anderem wegen der großen Länge des Oberschenkels 23 sind dort zwei Gewebeelemente 93.1, 93.2 vorgesehen, die einzelnen montierbar sind. Das obere Oberschenkel-Gewebeelement 93.2 schließt sich mit seinem oberen Ende unter 45° an ein Becken-Gewebeelement 94.1 an. Durch die schräge Trennebene ist die Beingruppe 20 im Hüftgelenk verdrehbar. Im Bereich des Beckens ist neben dem rechten Becken-Gewebeelement 94.1 ein zweites, linkes Becken-Gewebeelement 94.2 vorgesehen. Die Becken-Gewebeelemente 94.1, 94.2 werden aufgrund des komplexen inneren Aufbaus des Beckens seitlich aufgeschoben und dann über ein umfänglich gespanntes Band miteinander verbunden. Dazu besitzen die beiden Gewebeelemente 94.1, 94.2 im oberen Bereich eine Einschnürung 94.3, in die ein Spanngurt oder ein Klebeband eingelegt werden kann, ohne dass etwas über die Außenkontur des Dummys übersteht. Eine solche umlaufende Nut ist auch bei mehreren anderen Gewebeelementen des Gewebeelementsatzes 90 vorgesehen. Sollten sich z. B. Schwierigkeiten bei der Montage im Steckverfahren ergeben, insbesondere im Rumpfbereich, so können die sehr aus sehr weichem Silikon bestehenden Einzelteile des Gewebeelementsatzes 90 mit einem Messer einseitig bis zum inneren Hohlraum hin aufgeschnitten werden. Das aufgeschnittene Gewebeelement ist so leicht verformbar, dass es aufgeklappt und um die innere Skelettstruktur herumgelegt werden kann. Die Schnittlinie wird dann über die genannten Spannbänder oder Klebestreifen zusammengehalten, bis der Dummy 100 mit dem Neoprenanzug und der Latexschicht überzogen ist.
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Oberhalb der beiden Becken-Gewebeelemente 94.1, 94.2 schließt sich ein äußeres Rumpf-Gewebeelement 95 an. Zusätzlich ist ein nicht sichtbares inneres Rumpf-Gewebeelement vorgesehen. Für die Zweiteilung gibt es einerseits fertigungstechnische Gründe, da ein einziges kompaktes Rumpf-Gewebeelement zu große Massen und zu große Wandstärken nach sich ziehen würde und eine Durchhärtung des Zweikomponenten-Silikons deshalb zu lange dauern würde. Zum anderen simuliert das innere Rumpf-Gewebeelement die Organe innerhalb des Brustkorbs und das äußere Rumpf-Gewebeelement 95 die Muskel-und Fettschichten oberhalb der Rippen.
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Oberhalb schließt sich ein Schulter-Gewebeelement 96 an, das auch einen Halsfortsatz 96.1 besitzt, auf welchem der Kopf 2 montiert ist. Das Schulter-Gewebeelement 96 erstreckt sich zur Seite hin nicht über die Breite des Rumpf-Gewebeelement 95, sondern bleibt hinter dieser sogar noch etwas zurück. Am Oberarm 73 ist ein oberes Oberarm-Gewebeelement 97.1 vorgesehen, das ebenfalls den Bereich der Schulter nicht vollständig umschließt. Die zwischen dem Schulter-Gewebeelement 96 und dem oberen Oberarm-Gewebeelement 97.1 gebildete Lücke dient dazu, eine sehr gute Beweglichkeit der Arme 70 zu erhalten und diese nicht durch die Gewebeelemente zu behindern. Wie am Oberschenkel auch, sind die Gewebeelemente am Oberarm 73 zweigeteilt. Neben dem bereits genannten oberen Oberarm-Gewebeelement 97.1, das die Schultergruppe 60 teilweise überdeckt, schließt sich ein unteres Oberarm-Gewebeelement 97.2 an, das das Oberarmknochenelement in sich aufnimmt. Am Übergang zwischen dem unteren Oberarm-Gewebeelement 97.2 und einem Unterarm-Gewebeelement 98 bleiben wiederum Lücken, um die Beweglichkeit des Ellbogengelenks 72 zu erhalten.
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3 zeigt den Gewebeelementsatz 90 bzw. den Dummy 100 in einer seitlichen Ansicht von rechts. Hier werden insbesondere die Freiräume zwischen einem Unterschenkel-Gewebeelement 91 und einem unteren Oberschenkel-Gewebeelement 93.1 deutlich, die das Kniegelenk 22 freilassen. Erkennbar ist hier auch ein Band 322, das seitlich über das Kniegelenk 22 hinweg läuft. Das obere Oberschenkel-Gewebeelement 93.2 schließt sich spaltfrei an. Auch zwischen dem Becken-Gewebeelement 94.1, dem äußeren Rumpf-Gewebeelement 95 und dem Schulter-Gewebeelement 96 sind keine Spalte vorgesehen, sodass sich die Wirkung eines einheitlichen Oberkörpers ergibt. Spaltfrei ergänzen sich auch das obere Oberarm-Gewebeelement 97.1 und das untere Oberarm-Gewebeelement 97.2. Die Seitenansicht von 3 zeigt wiederum deutlich die Aussparungen im unteren Oberarm-Gewebeelement 97.2 und im Unterarm-Gewebeelement 98 im Bereich des Ellenbogengelenks 72.
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4 zeigt ein Skelett 200 des Dummys 100, wobei zur Vervollständigung Füße 1 und Hände 3 ebenfalls angebracht sind, obwohl diese bei dem erfindungsgemäßen Dummy keine inneren Knochenelemente besitzen und unabhängig von der nach der Erfindung bevorzugten Materialwahl für die anderen Knochenelemente und Gewebeelemente ausgebildet sein können. Sie können beispielsweise vollständig aus einem Silikonwerkstoff gebildet sein können, der eine etwas größere Härte besitzt als die Elemente des Gewebeelementsatzes 90.
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Eine Skelett-Beingruppe 220 umfasst jeweils ein Unterschenkelknochenelement 221, ein Kniegelenk 222 und ein Oberschenkelknochenelement 223. Das Oberschenkelknochenelement 223 umfasst getreu dem menschlichen Vorbild nur einen Stielabschnitt, wohingegen beim Unterschenkelknochenelement 221 zwei Stielabschnitte vorgesehen sein können, um Waden- und Schienbein zu simulieren.
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Stielabschnitte sind zylindrische, röhrenförmige oder mit sonstigem Querschnitt geformte Abschnitte an einem Dummy-Knochenelement, die von einem verdickten Knochenkopf ausgehend zum anderen Ende hin entweder einen konstanten Querschnitt oder einen sich verjüngenden Querschnitt aufweisen und keine größeren, nach außen ragenden Vorsprünge oder Hinterschnitte aufweisen, die das Durchstecken eines solchen Stielabschnitts durch den Röhrenkanal in einem Gewebeelement behindern könnten.
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Eine Zweiteilung ist auch bei einem Unterarmknochenelement 271 vorgesehen, das in 6 vergrößert dargestellt ist. Das Unterarmknochenelement 271 ist gemäß 3 über ein Ellenbogengelenk 272 mit Oberarmknochenelementen 273, 274 verbunden; diese Elemente bilden die Skelett- Armgruppe 270.
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Die Skelett-Armgruppe 270 wiederum ist mit einer komplexen Skelett-Schultergruppe 260 verbunden, die nachfolgend noch näher erläutert werden wird. Ein Schulterzentralelement 261, das zentraler Teil der Skelett-Schultergruppe 260 ist, stellt die Verbindung mit einer Wirbelsäulengruppe 250 und der daran wiederum befestigten Brustkorbgruppe 240 her. Die Wirbelsäulengruppe 250 ist außerdem mit einer Beckengruppe 230 verbunden.
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Wie ein Vergleich eines menschlichen Skeletts mit der Abbildung des Dummy-Skeletts 200 in 4 bei zeigt, sind fast alle Skelettbauteile des Skeletts 200 nah an das menschliche Vorbild angelehnt. Allerdings gibt es Einschränkungen. Beispielsweise sind Kugelgelenke des menschlichen Skeletts nicht mit einer technischen Kugelkopfgelenkverbindung vergleichbar, da beim Menschen der Kugelkopf und die Gelenkpfanne nur einen Lagerpunkt darstellen, an welchem sie aufeinanderliegen, bei welchem der Kugelkopf aber nicht formschlüssig in der Gelenkpfanne gehalten wird. Hierfür sind vielmehr zusätzliche Bänder und Sehnen erforderlich. Die Form der Knochen i, Gelenkbereich wie darüber hinweg laufenden Bänder und Sehen schränken die Beweglichkeit beim Menschen natürlicherweise auf bestimmte Bewegungsmöglichkeiten ein. Daher umfasst das Skelett 200 des erfindungsgemäßen Dummys 100 auch eine Vielzahl von Zugseilen oder Bändern, die zugleich den Zusammenhalt der gelenkig verbundenen Skelettbauteile bewirken, aber auch eine Beweglichkeit in den Gelenken erlauben, die ähnlich wie beim Menschen ausgeprägt ist. Die Bänder des Dummys 100 können auch elastisch ausgebildet sein.
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Bei der Brustkorbeinheit 240 ist eine Vereinfachung gegenüber dem natürlichen Vorbild dahingehend vorgenommen worden, dass beim Skelett 200 des Dummys 100 nur vier Rippenelemente 241 vorgesehen sind, und diese aus Vereinfachungs- und Kostengründen auch jeweils die gleiche Geometrie aufweisen. Die vertikale Positionierung der vier exemplarisch vorgesehenen Rippenelemente 241 ist jedoch so gewählt, dass die im Falle eines Unfalls am stärksten gefährdeten unteren Rippen am Brustkorb, welche vom Schultergürtel und kaum abgeschirmt sind, auch am Dummy 100 vorhanden sind. Die einzelnen Rippenelemente 241 der Brustkorbgruppe 240 sind so dimensioniert, dass ihr Belastungs- und Bruchverhalten bei Verwendung der erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung aus Epoxidharz mit fein eindispergiertem Aluminiumpulver an das des menschlichen Knochens angenähert ist. Eine exakte Übereinstimmung zwischen Modell und realem Vorbild ist weder einfach umsetzbar noch für die Einsatzzwecke des Dummys 100 notwendig. Zudem ist zu berücksichtigen, dass die Festigkeit der menschlichen Knochen sehr individuell ist und vor allen Dingen alterungsbedingt abnimmt.
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Um die Rippen nachzubilden, sind bei dem Skelett 200 an beiden Seiten Rippenelemente 241 als Halbbögen vorgesehen, die an einem Ende mit der Wirbelsäulengruppe 250 und am anderen Ende mit einer Brustbeinplatte 242 verbunden sind. Der Anschluss der Rippenelemente 241 erfolgt durch Verschraubung, wobei jeweils dazwischen elastomere Elemente eingefügt sind, so dass keine vollständig starre, sondern eine in vielfältiger Weise bewegliche Skelettstruktur entsteht.
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Eine weitere Abweichung vom menschlichen Skelett besteht in der Ausbildung der Skelett-Schultergruppe 260. Beim Menschen besteht die knöcherne Struktur des Schultergürtels und der Schulter aus den Köpfen der Oberarmknochen, den Schulterblättern und den Schlüsselbeinen, welche Schulterblatt und Brustbein gelenkig miteinander verbinden. Das Schulterblatt trägt dabei die Pfanne des Schultergelenks. Da der Schulterbereich in der Beweglichkeit stark abhängig ist von den umgebenen Muskeln und die Verbindung der Schulterblätter zum Rumpf fast ausschließlich über Muskelzüge stattfindet, ist eine konstruktive Nachahmung sehr aufwendig.
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Zur Vereinfachung der Skelett-Konstruktion wurde bei dem Dummy 100 auf die Nachbildung des Schulterblattes verzichtet und stattdessen ein Schulterzwischengelenk zwischen Oberarmgelenk und Schulterzentralstück eingefügt, welches wichtige Bewegungen des Dummy-Schultergürtels realisiert, die Gelenkpfanne für den Oberarmknochen trägt und das Schlüsselbein anbindet. Der Dummy nach der Erfindung besitzt daher eine besondere Skelett-Schultergruppe 260, die nachfolgend unter Bezug auf die 8 und 9 noch näher erläutert werden wird.
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5 zeigt das Skelett 200 in einer seitlichen Ansicht. Hierbei wird insbesondere der komplexe Verlauf der verschiedenen Bänder sichtbar, die derart über die Gelenke geführt sind, dass eine naturgetreue Beweglichkeit der Gliedmaßen erreicht wird und andererseits unnatürliche Bewegungsmuster vermieden werden.
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Im Bereich des Beins 20 etwa verläuft ein Band 323 (siehe auch 4) vom oberen Bereich des Oberschenkelknochenelements 223 über eine Verbindungsmuffe an einem Oberschenkelhalsknochenelement 224 hinweg, läuft dann seitlich an der Oberfläche des Oberschenkelknochenelements 223 über das Kniegelenk 222 und das Unterschenkelknochenelement 221 bis zu einem unteren Befestigungspunkt im Bereich eines Fußgelenks. In ähnlicher Weise ist ein weiteres Band 324 zunächst seitlich innen am Oberschenkelknochenelement 2223 entlang und ab dem Kniegelenk 22 über die Rückseite des Unterschenkelknochenelements 221 bis zu dem Fußgelenk.
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Bei der Skelett-Armgruppe 270 sind ein vorderes Band 371 und ein rückseitiges Band 372 vorgesehen, welche sich jeweils zwischen Schulter und Handgelenk entlang der jeweiligen Vorder- bzw. Rückseite der Skelett-Armgruppe 270 erstrecken.
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Zusätzlich können Sicherungsstahlseile vorgesehen sein, oder Sicherungsgurte, die nicht im Zusammenhang mit der Nachbildung der Beweglichkeit des menschlichen Skeletts benötigt werden, jedoch die einzelnen Gliedmaßen des Dummys 100 sichern und deren völlige Abtrennung vom Rumpf während eines Versuchs vermeiden.
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Das Schulterzentralelement 261 verbindet nicht nur die Schultern mit der Wirbelsäulengruppe 250, sondern gibt durch eine entsprechende Gestaltung seiner Oberseite auch eine Neigung eines sich oberhalb anschließenden Halswirbelsäulenabschnittes 253 vor.
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Da bei dem Dummy 100 als passivem Testelement keinerlei Vorspannung vorliegt, die mit einem Muskeltonus vergleichbar wäre, und da sehr viele Verbindungen von Knochenelementen am Skelett 200 bewusst elastisch und/oder gelenkig ausgebildet sind, um Bewegungen nicht einzuschränken, kann der Dummy 100 nicht selbständig stehen. Für die Durchführung von Fußgängerunfallversuchen wird er daher an einem Seil 4 aufgehängt. Ein Haken- oder Ösenelement 259 dient der Befestigung des Seils 4 am Dummy 100.
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6 zeigt das Unterarmknochenelement 271, das hier exemplarisch für die bei dem erfindungsgemäßen Dummy 100 vorgesehenen Knochenelemente der Extremitäten beschrieben wird. Wie alle anderen Knochenelemente des Dummys 100 auch, ist das Unterarmknochenelement 271 so ausgebildet, dass es einerseits eine Annäherung an das menschliche Vorbild darstellt, andererseits aber auch ein von dem Vorbild losgelöst optimiertes, technisches Konstruktionselement ist, das auf keinen Fall lediglich einen Abguss eines natürlichen Knochens mit künstlichen Werkstoffen darstellen soll. Vielmehr soll das Konstruktionselement im Gesamtzusammenhang des Skeletts 200 Festigkeiten, Massepunkte und Beweglichkeiten ermöglichen, die dem menschlichen Vorbild ähneln.
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Zwei zylindrische Stielabschnitte 271.1, 271.2 simulieren Wadenbein- und Schienbeinknochen und sind über einen sich verbreitenden Kopfabschnitt 271.6 miteinander verbunden. Beide Stielabschnitte 271.1, 271.2 enthalten Bohrungen 271.3, 271.4, die über eingesetzte Dübel, Gewindehülsen oder in sonstiger Weise zur Aufnahme von Schrauben vorgesehen sind, sodass eine Verschraubung mit einem Handgelenkelement möglich ist. Eine Gelenkaufnahme 271.5 ist zur Aufnahme einer zylindrischen Achse am Ellenbogengelenk 272 vorgesehen.
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7 zeigt, stellvertretend für die Montage der anderen Extremitäten, die nach der Erfindung mögliche Steckmontage eines Unterarms 71. Das Unterarmknochenelement 271 wird mit seinen Stielabschnitten 271.1, 271.2 in einen inneren Kanal 98.1 des Unterarm-Gewebeelements 98 eingeschoben. Von der anderen Seite her wird ein Handgelenkelement 74 in den Kanal 98.1 eingeschoben, wobei noch genug Platz zur Durchführung der hier nicht gezeichneten Bänder 371, 372 (siehe 5) bleibt. Durch eine Verschraubung des Handgelenkelements 276 mit den Stielabschnitten 271.1, 271.2 wird das Unterarmknochenelement 271 komplettiert und innerhalb des Unterarm-Gewebeelements 98 festgelegt. Durch die illustrierte Steckmontage können die jeweiligen Knochenelemente einfach und schnell mit den zugehörigen Gewebeelementen verbunden werden. Die Demontage ist ebenso einfach möglich, um nach Durchführung eines Versuchs eine genaue Analyse der aufgetretenen Schäden an den Knochenelementen vornehmen zu können und beim anschließenden Neuaufbau des Dummys beschädigte Teile leicht ersetzen zu können.
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8 zeigt die Schultergruppe 260 mit Teilen des Oberarms 73 in perspektivischer Ansicht von außen vorn. Wesentlich ist hierbei das Schulterzentralelement 261, das sowohl die linke wie die rechte Schulter trägt, wie auch Teil der Wirbelsäulengruppe ist. Nach oben hin ist die Verbindung mit einem Halswirbelsäulenabschnitt 253 (vergleiche 5) vorgesehen; nach unten schließt sich der Hauptabschnitt der Wirbelsäulengruppe 250 an.
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An den Schultern ist außen jeweils eine Kugelgelenkaufnahme 262.4 ausgebildet. Der Oberarm ist aus einem Oberarmknochenelement 273.1 gebildet, von dem hier nur der Stielbereich 273.1 sichtbar ist, sowie einem Oberarmgelenkkopfelement 274. Die Verbindung erfolgt durch Einstecken des Endes des Stielbereichs 273.1 in einen Aufnahmerohrabschnitt 274.1. Das Ende des Aufnahmerohrabschnitts 274.1 ist geschlitzt. Vorsprünge 273.3 am Außenumfang des Stielendes 273.1 sind in die Schlitze eingeschoben, sodass der Oberarm verdrehsicher mit dem Oberarmgelenkkopfelement 274 verbunden ist. Über eine Schlauchschelle 275 werden die Sektionen des Aufnahmerohrabschnitt 274.1. an das Stielende 273.1 angepresst. Außerdem wird formschlüssig verhindert, dass das Oberarmknochenelement 273.1 nach unten abgezogen werden kann, da die Vorsprünge 273.3 nicht aus den Schlitzausnehmungen gezogen werden können, solange die Schelle 275 angelegt ist.
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Wesentlich bei der Gestaltung der Schultergruppe 260 ist insbesondere die Unterteilung jeder Schulter in wenigstens zwei zueinander bewegliche Schulterhalbelemente 262.1, 262.2 und die Kopplung mit dem Schulterzentralelement 261 über je ein Schlüsselbeinelement 264, das beweglich mit den übrigen Teilen verbunden ist. Dadurch kann der äußere Teil der Schulter, wie beim Menschen auch, um einen kleinen Winkel nach vorn gedreht werden kann. Bei dem Dummy 100 nach der Erfindung wird die Schulterdrehung durch die beiden voneinander getrennten Schulterhalbelemente 262.1, 262.2 erreicht, zwischen denen ein linsenförmiges, elastisches Schulterzwischengelenk 263 angeordnet ist. Die kugelabschnittsförmig konvex gewölbten Flächen des Schulterzwischengelenks 263 liegen an entsprechenden kugelabschnittsförmigen, konkaven Flächen an den Innenseiten der Schulterhalbelemente 262.1, 262.2 an, sodass eine Beweglichkeit in verschiedene Richtungen gegeben ist. Von einem äußeren Befestigungspunkt an dem zweiten Schulterhalbelement 262.2 erstreckt sich das Schlüsselbeinelement 264 zu einer Schlüsselbeinanschlussplatte 265, die über ein horizontales Schwenklager 265.2 an das Schulterzentralelement 261 angebunden ist. Das Schlüsselbeinelement 264 ist an seinen beiden Befestigungspunkten 264.1, 264.2 jeweils über eine dazwischen eingefügte elastomere Buchse verschraubt, sodass sich in jeder Verbindungsstelle bereits eine Grundbeweglichkeit ergibt. Insbesondere ist das Schlüsselbein 264 mit seinem Befestigungspunkt 264.2 nur lose in dem Langloch 265.1 der Schlüsselbeinanschlussplatte 265 befestigt, sodass der Befestigungspunkt 264.2 darin verschiebbar ist. Wird nun von hinten eine Kraft auf das Schultergelenk ausgeübt, wie durch den Blockpfeil rechts oben angedeutet, kann das äußere Schulterhalbelement 262.2 gegenüber dem inneren Schulterhalbelement 26.1 leicht gedreht werde. Dabei wandert der Befestigungspunkt 264.2 des Schlüsselbeins 164 in dem Langloch 265.1 nach innen.
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In 9 ist die Skelett-Schultergruppe 260 aus der gleichen Blickrichtung wie in 8 in einer Schnittansicht dargestellt. Der Zusammenhalt der Schulterhalbelemente 262.1, 262.2, des dazwischen eingefügten elastischen Schulterzwischengelenke 263 und des Oberarmgelenkkopfelements 274 erfolgt durch ein Stahlseil 266 mit endseitig angebrachten Klemmelementen. Das Stahlseil 266 erstreckt sich durch einen innen liegenden Kanal im Inneren des Schulterhalbelements 262.1, dann durch einen Kanal im Schulterzwischengelenk 263, durch eine weitere Bohrung im äußeren Schulterhalbelement 262.2 und durch eine Bohrung im Oberarmgelenkkopfelement 274. Der Kanal im Schulterzwischengelenk 263 ist zu beiden Seiten hin trichterförmig erweitert, sodass durch das innenliegende Stahlseil 266 die Beweglichkeit der Schulter nicht eingeschränkt ist.
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10A zeigt einen Teil der Wirbelsäulengruppe 250 mit mehreren Wirbelkörpern 251 und damit verbundenen Rippenelementen 241, durch welche eine Brustkorbgruppe 240 gebildet wird. Die Rippenelemente 241 sind, wie die Schlüsselbeinelemente 264 (vergleiche 8) auch, an ihren Enden jeweils mit einer Gummibuchse versehen, welche eine Schraube aufnimmt und führt, sodass keine starre, sondern eine bewegliche Verbindung erreicht wird. Die Wirbelkörper 251 besitzen zur Verbindung mit den hinteren Enden der Rippenelementen 241 Vorsprünge mit einer Gewindebohrung. Die anderen Enden der Rippenelemente 241 sind mit einem Brustbeinplattenelement 242 verbunden. Dieses wiederum wird mit seiner obenliegenden Achse über die Schlüsselbeinanschlussplatte 265 mit dem Schulterzentralelement 261 (vergleiche 8) verbunden.
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10B zeigt in einer Explosionsdarstellung zwei Wirbelkörperelemente 251 mit einem dazwischen angeordneten Bandscheibenelement 252 aus einem Silikonwerkstoff. Die Wirbelkörperelemente 251 hingegen bestehen aus der erfindungsgemäßen Knochenersatzsubstanz. Die Wirbelkörperelemente besitzen insgesamt vier nach außen weisende Fortsätze, wobei die nach vorn auszurichtenden Flansche 251.4 vertikale Durchgangsbohrungen besitzen, beispielsweise zur Anbringung von Sensoreinheiten, und die rückwärtig angeordneten Flansche 251.5 stirnseitig je eine Gewindebohrung aufweisen, an welche die Rippenelemente 241 angeschraubt werden. Alle Flansche 251.4, 251.5 besitzen zu beiden Seiten vorstehende Haken 251.3, sodass sich zwischen benachbarten Flanschen insgesamt vier Gurtführungen ergeben, die entlang der Wirbelkörper 251 und der dazwischen positionierten elastomeren Bandscheibenelemente 252 verlaufen.
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11 zeigt den Bereich der Schultergruppe 260 und der Nackenwirbelsäule 253 von der Seite her. Die Nackenwirbelsäule 253 ist durch drei Wirbelkörperelemente 251 mit dazwischen eingefügten Bandscheibenelementen 252 gebildet. Die Wirbelkörperelemente sind genauso wie im Hauptabschnitt der Wirbelsäulengruppe ausgebildet. Die Bandscheibenelemente 252 sind geometrisch ebenfalls gleich, sind aber aus einem etwas weicheren Silikonwerkstoff gebildet. An vier Seiten ist je ein Band 254 über die Nackenwirbelsäule 253 geführt, das sich zwischen einem Befestigungspunkt an dem Schulterzentralelement 261 bis zu einem Kopfanschlusselement 255 erstreckt. Das Kopfanschlusselement 255 bildet den oberen Abschluss der Nackenwirbelsäule 253 und zugleich ein Widerlager für das durch die gesamte Wirbelsäulengruppe hindurchgeführte Stahlseil, das dort mit einer Gewindehülse 256 austritt und über Gewindemuttern 257 vorspannbar ist. Befestigungsbohrungen 258 dienen der Anbringung des Kopfes 2.
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12 zeigt die Skelett-Beckengruppe 230 als Teil der Beckengruppe 30 (siehe 1). Die Nachbildung des Beckenknochens enthält eine Zentralplatte 231, die verschiedene Befestigungsmöglichkeiten für die Wirbelsäuleneinheit 250 und die Bänder der beiden Beingruppen 20 bietet. Seitlich ist jeweils ein Beckenschaufelelement 232 an die Zentralplatte 231 angeschraubt. Die Ausdehnungen der Beckenschaufelelemente 232 sind an die des menschlichen Beckenknochens angelehnt, da der Beckenknochen eine exponierte Stelle bei vielen Unfallgeschehen darstellt, gerade bei einem Seitenaufprall auf einen Fußgänger, der unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Dummys 100 besonders gut in einem Unfallversuch darstellbar ist.
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Die Oberschenkelknochenelemente 223 bestehen ebenfalls aus der erfindungsgemäßen Knochenersatzsubstanz und sind ähnlich aufgebaut wie die in Verbindung mit 8 erläuterten Oberarmknochenelemente. Das eigentliche Oberschenkelknochenelement ist hier nur mit einem Teil des nach oben gerichteten Stielabschnitts 223.1 sichtbar. Ein Oberschenkelhalsknochenelement 224 besitzt eine Aufnahmebuchse, in die der Stielabschnitt 223.1 eingeschoben und über wenigstens eine quer eingefügte Schraube darin fixiert wird.
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Oberhalb der Aufnahmebuchse 224.1 schließt sich das eigentliche Oberschenkelhalsknochenelement 224 an, das zu seinem abgewinkelten Ende hin einen Kugelkopf 224.3 aufweist und in eine entsprechende Kugelgelenkpfanne an den Beckenschaufelelementen 232 eingreift. Ein Band 330, das zwei ringförmige Enden besitzt und sich zwischen den beiden Kugelgelenkpfannen erstreckt, sichert die beiden Kugelköpfe 224.3.
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Oben an der Zentralplatte 231 sind mehrere Befestigungen für die insgesamt vier Bänder 253 angebracht, welche die Wirbelkörperelemente 251 an allen Seiten umgeben. Gut erkennbar ist die Führung des vorderen Bands 253 zwischen den hakenförmigen Vorsprüngen 251.3 des untersten Wirbelkörper 251. Die Wirbelsäulengruppe 250 ist über ein unteres Bandscheibenelement 252 auf die Zentralplatte 231 aufgesetzt. Unterhalb der Zentralplatte 231 sind eine Ringschraube 234 und zwei Gewindemuttern 235 sichtbar. Diese sind auf einen Gewindebolzen geschraubt, der das Ende eines Stahlseils bildet, welches sich von der Beckengruppe 230 aus durch die Wirbelsäulengruppe 250 bis zum Kopf 3 erstreckt.
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Über den Gewindebolzen und die Gewindemuttern 35 kann das Stahlseil vorgespannt werden. Dies führt zu einer Vorspannung der elastomeren Bandscheibenelemente 252 und dementsprechend zu einer leichteren oder stärkeren Biegsamkeit der Wirbelsäule, wodurch unterschiedliche Muskelspannungen simulierbar sind. Während also das innenliegende Stahlseil verhindert, dass Wirbelkörperelemente 251 von den Bandscheibenelementen 252 abheben und es ermöglichen, die Wirbelsäulengruppe 250 vorzuspannen, dienen die außenliegenden vier Bänder 253 dazu, die möglichen Verformungswege der Wirbelsäule zur Seite sowie nach vorn und nach hinten zu begrenzen.
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Die Ringschraube 234 dient dem Anschluss weiterer Gurtbänder, die sich entlang der Beingruppe 20 bis zum Fußgelenk erstrecken und ebenfalls die Beweglichkeit der verschiedenen Elemente in der Beingruppe auf die natürlichen Bewegungsmöglichkeiten beschränken.
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Abschließend wird ein bevorzugtes Montageverfahren für den Dummy 100 beschrieben:
- - Wirbelkörper 251 und Bandscheibenelemente 252 werden abwechselnd perlenschnurartig auf ein Stahlseil aufgefädelt, um den Hauptabschnitt der Wirbelsäulengruppe. Nach Erreichen der gewünschten Länge des unteren Hauptabschnitts der Wirbelsäule wird das Schulterzentralelement 261 eingefügt und darüber weitere Wirbelkörper 251 und Bandscheibenelemente 252, um den Halswirbelsäulenabschnitt zu bilden. Den oberen Abschluss bildet ein Kopfanschlusselement.
- - Das mit einer Gewindehülse versehene untere Ende des Stahlseils wird an der Zentralplatte 231 der Beckengruppe 230 festgelegt. Die Bänder 263 zur Festlegung der Wirbelsäule werden an der Zentralplatte 231 befestigt und in die Gurtbandaufnahmen am Außenumfang der Wirbelkörperelemente 251 eingefädelt.
- - Das ebenfalls mit einer Gewindehülse versehene obere Ende 256 des Stahlseils wird an dem Kopfanschlusselement 255 festgelegt.
- - Die Oberschenkelhalsknochenelement 224 werden mit ihren Kugelköpfen 224.3 in die Gelenkpfannen 233 der Beckengruppe 230 eingesetzt. Die Bänder 321, 322 für die Beingruppe werden in der Beckengruppe 230 befestigt
- - Die beiden Becken-Gewebeelemente 94.1, 94.2 werden seitlich an die Skelett-Beckengruppe 230 angesetzt und über ein umlaufendes Klettband zusammengehalten.
- - Das innere Rumpfgewebeelement wird eingesetzt und umschließt dabei Teile der Wirbelsäulengruppe. Anschließend werden die Rippenelemente 241 um das innere Rumpfgewebeelement herum gelegt und mit den Wirbelkörpern 251 und der Brustbeinplattenelement 252 verschraubt. Zwischen dem Schulterzentralelement 261 und dem Brustbeinplattenelement 252 wird die Schlüsselbeinanschlussplatte 265 eingesetzt. Die Brustkorbgruppe 240 ist damit fertig montiert.
- - Anschließend wird das äußeren Rumpfgewebeelement 95 über die Brustkorbgruppe 240 gestülpt.
- - Die Skelett-Schultergruppe 260 wird komplettiert. Die Armgruppen 70 werden angebracht, wobei zumindest die Oberarmgelenkkopfelemente 274 in die Kugelgelenkaufnahme 262.4 eingesetzt werden. Die Armgruppen 70 können auch bereits komplett vormontiert sein. Die für die Armgruppen 70 vorgesehenen Bänder werden über die Außenseite der Schultern geführt und am Schulterzentralelement 261 befestigt
- - Die eine Hälfte des Schultergewebeelements wird von hinten an die Skelett-Schultergruppe 260 angesetzt, die andere von vorn.
- - Der Kopf 2 wird auf das Kopfanschlusselement oben an der Wirbelsäulengruppe aufgesetzt.
- - Die Beingruppen 20 werden montiert. Dabei ist zunächst nur die Bein-Skelettgruppe 220 vorbereitet. Die an der Beckengruppe 230 angebundenen Bänder werden durch das untere Oberschenkelgewebeelement 93.1 gesteckt. Das Oberschenkelknochenelement 223 wird durch den hohlen Kanal im Oberschenkelgewebeelement 93.1 gesteckt, in dem sich bereits die Bänder befinden, und wird mit dem Oberschenkelhalsknochenelement 224 verbunden. Das obere Oberschenkelgewebeelement 93.2 wird an einem seitlichen Schnitt aufgeklappt und von der Seite aufgeschoben.
- - Die Bänder werden unten am Unterschenkelknochenelement 221 befestigt und das Unterschenkelgewebeelement 91 wird von unten auf das Unterschenkelknochenelement 221 aufgeschoben.
- - Der Fuß 1 wird am Unterschenkelknochenelement 221 montiert.
- - Die Oberfläche der Gewebeelemente wird mit einem reibungsmindernden Mittel wie Vaseline beschichtet oder mit Kunststofffolie umwickelt.
- - Abschließend wird ein Neoprenanzug auf den Dummy aufgezogen und dieser wird mit einem hellen Latexanstrich versehen, welche die obere Hautschicht simuliert und durch seine helle Farbe bei den Versuchen entstehende Schleifspuren sichtbar werden lässt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Dr. M. WEYDE: „Construction and testing of a pedestrian dummy for realistic vehicle damage in experimental simulations of car vs. pedestrian collisions“ [0005]
