DE2525494A1

DE2525494A1 - Strukturgeruest fuer eine versuchspuppe

Info

Publication number: DE2525494A1
Application number: DE19752525494
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Automobiles Citroen SA
Current assignee: Automobiles Citroen SA
Priority date: 1974-06-11
Filing date: 1975-06-07
Publication date: 1976-02-05
Also published as: DE2525494B2; US3962801A; FR2274983A1; DE2525494C3; FR2274983B1; NL7506906A; GB1503956A

Description

PATENTANWÄLTE
Dr.rer.r-trirT-R LOUIS 1573u/3i 2C/H

Dipl.-Fl.yo. C . ■ * PÖKLAU O Π O C / Ω /

Dipi.-ΐηα. f.--:. ^ - .OKFMNTZ Z b Z D 4 3

813 STA K N BERG
FERDlNAND-MARiA-STR. 6

Societe Anonyme Automobiles Citroen, 75^15 Paris, Frankreich Strukturgerust fiir eine Versuchspuppe

Die Erfindung betrifft eine weiche nachgiebige «Virbeisäule ladt einer Verspannung variabler Spannung für eine menschenähnliche Versuchspuppe.

Im I? ah ία en der Untersuchungen für maximale Sicherheit und optimalem Komfort, die ein Kraftfahrzeug bieten l.ann, werden die Fahrbedingungen des Kraftfahrzeuges und das Verhalten der darin befindlichen Insassen simuliert. Für manche Siinul;: tionszwecke stellt der Einsatz menschlicher Lebewesen für diese keine Gefahr dar. Dies gilt jedoch nicht fiir Stoß— und Aufprall versuche und Simulationen von Unfällen. Es ist deshalb in diesen Fällen notwendig, Versuchspuppen (Dummies) einzusetzen, die für das Verhalten des menschlichen Körpers so weit wie möglich repräsentativ sind. Das zu lösende Problem besteht dabei in einer Gestaltung derartiger Versuchs— puppen, durch die deren Verhalten im Vergleich zu lebenden Menschen optimiert wird. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein anatomisch und physiologisch menschenähnliches Strukturgerüst für eine Versuchspuppe zu schaffen, die insbesondere eine Wirbelsäule aus übereinandergesetzten Wirbeln aufweist, deren Anzahl gleich derjenigen der Wirbel der menschlichen Wirbelsäule ist, und die eine Verspannung mit variabler Spannung aufweist. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jeder Wirbel aus einem Körper mit seitlich und nach hinten abstehenden radialen Fortsätzen als Anschläge gegen seitliche Bewegungen und eine Rückwärt skriimuiung der Wirbelsäule aufgebaut ist, der mittig eine Öffnung und abwechselnd mit den genannten Fortsätzen auf dem Umfang verteilt vier durchbohrte Lasehen aufweist, daß zwischen den Wirbeln aus elastomerem Werkstoff bestehen-

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de Zwischenwirbelscheiben eingelegt sind, die mit den mittigen Öffnungen der Wirbel fluchtende Mittelbohrungen aufweisen, und daß Spann— und Haltedrähte od.dgl. für die übereinander gesetzten »»irbel jeweils durch die inittigen Öffnungen und durch die durchbohrten Laschen geführt sind, deren Enden an der Basis einer Schädelnachbildung bzw. an der Oberseite eines Beckens des Strukturgeriistes verspannt sind.

Die Erfindung schlagt somit ein Strukturgerüst in Form einer Wirbelsäule vor, die Mittel zur Simulation unterschiedlicher menschlicher Konstitutionstypen und der Dynamik des menschlichen Körpers insbesondere bei Stößen und Aufprall aufweist. Die Verbindung des erfindungsgemäßen Strukturgerüstes mit einer menschenähnlichen Versuchspuppe, wie sie beispielsweise in der parallel laufenden Patentanmeldung P 25 05 097.9 beschrieben ist, verleiht letzterer eine große Kepräsentatioiisbreite für die Mehrzahl tatsächlich auftretender zu untersucher der Fälle.

Jeder der Wirbel der Wirbelsäule wird somit durch einen Trägerkörper gebildet, der seitlich und nach hinten radial abstehende Fortsätze aufweist, die als Anschläge gegenüber seitlichen und nach hinten gerichteten Bewegungen der Wirbelsäule dienen. Der Trägerkörper weist in seinem Zentrum eine gerundete Öffnung auf und besitzt außerdem vier Laschen, die in gleicher Weise gerundete Bohrungen besitzen. Die Laschen sind regelmäßig auf dem Umfang des Trägerkörpers, abwechselnd mit den genannten Anschlägen, verteilt. Zwischen die einzelnen Wirbel sind Zwischenwirbelscheiben eingesetzt, die ebenfalls eine zentrale Öffnung aufweisen. Diese fluchtet mit den mittigen Öffnungen der Wirbel. Schließlich sind Spann- und Haltedrähte für die übereinandergesetzten Wirbel

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vorgesehen, die jeweils durch die zentralen Öffnungen der Wirbel sowie durch diejenigen der Laschen verlaufen. Die Enden der Spann— und Haltedrähte sind an der Unterseite einer Schädelnachbildung und an der Oberseite des Beckens des Strukturgerüstes verankert.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind weiterhin zusätzliche Spanndrähte vorgesehen, die ebenfalls an der Unterseite der Schädelnachbildung und an der Oberseite des Beckens befestigt sind. Diese beiden zusätzlichen Spanndrähte laufen jeweils durch eine der Laschen, die den hinteren oder Dornfortsatz der vier ersten Halswirbel einfassen, und sind beweglich in Führungen gehalten, die in der Mitte jeweils eines Schulterblattbereiches des Strukturgerüstes angeordnet sind.

Weiterhin werden die Verspannmittel für die genannten Spanndrähte durch ßefestigungsplatten gebildet, die jeweils mit der Unterseite der Schädelnachbildung und der Oberseite des Beckens verbunden sind. Durch diese Befestigungsplatten hindurch verlaufen die Enden der Spanndrähte, die sich mit an den Spanndrähten festen Anschlägen einstellbar an den Be~ festigungsplatten abstützen. Vorteilhafterweise ist bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung der den mit— tigen Öffnungen des Trägerkörpers für die Wirbel und der Zwischenwirbelscheiben zugeordnete Spannrtraht weitgehend undehnbar, wählend die Spanndrähte in den Laschen leicht elastisch sind. Die Spanndrähte sind hinsichtlich ihrer Spannung mittels der genannten Anschläge einstellbar. In gleicher Weise sind die zusätzlichen Spanndrähte zwischen dein .Schulterblattbereich und dem Becken mit Spanneinrich— tungen zur Einstellung ihrer Spannung versehen.

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Die erfindungsgeraäße Wirbelsäule weist somit Wirbel auf, die zwischen den genannten seitlichen und rückwärtigen Fortsätzen, mit diesen abwechselnd, vier Laschen zur Durchführung von Spamidrähten aufweisen. Der die zentralen Öffnungen durchlaufende Spanndraht, der weitgehend undehnbar und bezüglich seiner Spannung einstellbar ist, gewährleistet die Beibehaltung der gewünschten Steifigkeit der Wirbelsäule. Die die Laschen durchsetzenden Spanndrähte, die leicht elastisch sind, simulieren die Wirkung der Rückgrat— rauskeln. Die zusätzlich vorgesehenen elastischen Spanndrähte, die in Höhe der Schulterblätter geführt sind, simulieren in einstellbarer rfeise die Rückenmuskeln.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten AusfUhrungsbeispiels anhand der beiliegenden Zeichnungen sowie aus weiteren Unteransprüchen. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine allgemeine Vorderansicht der Struktur einer Wirbelsäule nach der Erfindung;

Fig. 2, 3 Schnittansichten längs den Linien II-II bzw. III-III in Fig. 1, und

Fig. h einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 3.

Die Fig. 1 zeigt eine menschenähnliche Puppe, deren anatomische Darstellung ira wesentlichen eine Wirbelsäule 1 umfaßt, an deren oberem Ende ein nur schematisch angedeuteter Kopf befestigt ist, während ihr unteres Ende mit einem Becken 3

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verbunden ist. Weiterhin erkennt man im Schnitt die Seiten eines Thorax 4, dessen Verbindungen mit der Wirbelsäule nicht im Einzelnen dargestellt sind. Außerdem sind Schulterblätter 5, 6 mit den Schlüsselbeinen 7, 8 gelenkig verbunden, deren Verbindung mit dem Brustbein nicht, dargestellt ist. Der Schultergürtel kann vereinfacht sein.

Die Wirbelsäule 1 entspricht in ihrem Aussehen derjenigen des menschlichen Körpers und weist entsprechend sieben Halswirbel — Bezugszeichen C —, zwölf Rückenwirbel — Bezugszei— chen D - und fünf Lendenwirbel - Bezugszeichen L - auf. Ihre jeweiligen Abmessungen, insbesondere Durchmesser und Höhe, entsprechen weitgehend denjenigen der VVirbelkörper eines Erwachsenen mittleren Alters und nehmen ausgehend von den Halswirbeln bis zu den Lendenwirbeln zu. Sie sind übereinander angeordnet, wobei Zwischenwirbel scheiben 9 zwischen ihnen eingelegt sind.

Die Fig. 2, 3 und ^i zeigen im Einzelnen den Aufbau der Wirbel, Wie aus Fig. 2, die eine Draufsicht des dritten Halswirbels, und aus Fig. 3, die eine Draufsicht des vierten Lendenwirbels zeigt, hervorgeht, sind die Wirbel aus einem Mittelkörper LO autgebaut, der radial abstehend zwei seitliche Fortsätze 11, 12 sowie einen nach rückwärts abstehenden Dornfortsatz 13 trägt. Diese Fortsätze simulieren entsprechend die seitlichen und die Dornfortsätze des menschlichen Rückgrats und bilden bei der Puppe Anschläge gegenüber seitlichen und nach hinten gerichteten Bewegungen der Säule, wenn diese gekrümmt wird. Wie aus Fig. h zu erkennen ist, gelangt bei einer Biegebeweguna in Richtung A jedes untere Ende der seitlichen Fortsätze 11 in Anschlag mit dem oberen Ende des nächst unteren Wirbels

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und begrenzt somit die Verschwenkung eines Wirbels relativ zu dem nächst unteren. Dadurch wird die Minimalkrümmung festgelegt, die die Wirbelsäule bei dieser Biegebewegung einnehmen kann. Das gleiche gilt für die Portsätze 12 und 13. Darüberhinaus ist der Mittelkörper 10 mit einer zentralen öffnung lh in einer Einsenkung 15 auf jeder seiner Stirnseiten versehen, wobei letztere als Zentrierung für die darin eingelegten Zwischenwirbelscheiben 9 dient. Die Zwischenwir— belscheiben 9» die besonders deutlich aus Fig. k erkennbar sind — welche im Schnitt den dritten, vierten und fünften Lendenwirbel darstellt — bestehen aus einem elastomeren Werkstoff und lassen sich als Folge davon zumindest teilweise entsprechend der jeweiligen Gestalt oder Krümmung der Wirbelsäule zusammendrücken und deformieren. Sie sind außerdem mit einer Bohrung 9a versehen, die mit der oben erwähnten Öffnung lh übereinstimmt.

Schließlich sind regelmäßig auf dem Umfang des scheibenförmigen Mittelkörpers 10 jedes Wirbels, abwechselnd mit den Fortsätzen 11, 12 und 13_f Laschen 16, 17, 18 und 19 verteilt angeordnet, von denen jede eine gerundete Öffnung 20 aufweist.

Wie wiederum aus Fig. 1 hervorgeht, trägt der Schädel 2 an seiner Unterseite eine Befestigungsplatte 21, die an ihm befestigt ist. In gleicher Weise besitzt das Becken 3 eine Befestigungsplatte 22 an seiner Oberseite, und zwar an der Spitze des Kreuzbeines 3a. Mittels dieser Befestigungsplatten 21, 22 ist die Wirbelsäule 1 an dem Schädel und an das Becken gekoppelt. Die Befestigung ist mittels Spanndrähten od.dgl. bewerkstelligt. Zunächst erstreckt sich ein Spanndraht 23 durch die

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zentralen Löcher 14 und 9a der Wirbel bzw. der Zwischenwirbelscheiben und durchsetzt damit die ganze Wirbelsäule 1. Dieser Spanndraht stützt sich an seinem einen Ende auf der Überseite 21a der Befestigungsplatte 21 mittels einer bekannten Einrichtung in Form einer Arretierhülse ab. Auf der Seite 22a der Befestigungsplatte 22 ist eine Abstützung mittels einer regelbaren Einrichtung vorgesehen. Diese kann beispielsweise aus einer Mutter 2k bestehen, wobei das zugeordnete Ende des Spanndrahtes in einem Gewindeeinsatz ausläuft.

Weiterhin durchsetzen vier Spanndrähte 25 - zwei davon decken sich in ihrer Projektion in Fig. i mit derjenigen des Spann— drahtes 23 - die Wirbelsäule 1 auf deren ganzer Länge und erstrecken sich durch die Löcher 20 in den Laschen 16 bis 19« Sie sind auf gleiche Weise wie der Spanndraht 23 mit den Befestigungsplatten 21, 22, d.h. über ArretierhUlsen bzw. Muttern 26 verbunden. Schließlich sind zusätzliche Spanndrähte 27, 28 an den Befestigungsplatten 21, 22 verankert, die jeweils durch die öffnungen 20 an den Laschen 16 und 17 der vier ersten Halswirbel und dann über Führungen 29, 30 verlaufen, die an der Hinterseite der Sehulterblattflachen 5, 6, im wesentlichen in deren mittlerem Bereich, befestigt sind. Die Führungen können beispielsweise durch Rollen gebildet werden, deren Achse senkrecht zur Rückenfläche der Schulterblätter verankert ist. Spannvorrichtungen 31, 32, beispiels« weise Spannschrauben, sind in üblicher Weise an jedem der Spanndrähte 27, 28 zwischen den Schulterblättern und dem Becken angebracht. In den Fig. 2 bis k finden sich Querschnitte der Spanndrähte mit Bezugszeichen versehen.

Von Bedeutung ist schließlich, daß der Spanndraht 23 im Gegensatz zu den Spanndrähten 2.5, 2? und 28 undehnbar ist, wäh-

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rend letztere leicht dehnbar sind.

Die Aufgabe des Spanndrahts 23 besteht darin, die Wirbel und die Zwischenwirbelscheiben 9 gegeneinander an Ort und Stelle zu halten. Die Regelung der Spannung dieses Spanndralites, mittels Anziehens der Mutter 2k, erlaubt die Simulation jeglicher erwünschten Steifigkeit der Wirbelsäule, Die Spanndrähte 25 haben die Aufgabe, die Wirkung der Zwischenwirbel-Muskeln zu simulieren. Die Regelung ihrer Spannung mittels der Muttern 26 erlaubt in gleicher Weise die Simulation der unterschiedlichen Kräfte und Spannungen, die in Wirklichkeit in den Muskeln auftreten. Die Tatsache, daß sie elastisch nachgiebig sind, erlaubt die wirklichkeitsgetreuere und feinere Simulation des Muskelspieles. Schließlich sind die Spanndrähte 27, 28 dazu bestimmt, die Rückeninuskeln darzustellen. Die Spannvorrichtungen 31» 32 erlauben hier wieder eine Darstellung der unterschiedlichen Muskelkräfte oder -Spannungen, die in den Rückenmuskeln des Menschen auftreten. Diese zusätzlichen Spanndrähte durchlaufen lediglich die vier ersten Halswirbel und sichern dadurch in Höhe des Halses die Beweglichkeit des Kopfes der Puppe gegenüber dem Rumpf. Sie haben außerdem eine gewisse Dehnbarkeit.

Bekanntlich hat die menschliche Wirbelsäule eine Reihe von aufeinanderfolgenden Krümmungen, Um dieses Profil gut wiederzugeben, muß die Puppe ein Thorax-Unterleib—Ausgleichsystem aufweisen, das an der Wiederaufrichtung der Wirbelsäule und ihrer Aufrechthaltung teil hat. Mit besonderem Vorteil wird die vorliegende Wirbelsäule in Verbindung mit einem hydropneumatisehen Thorax-Unterleib-Ausgleichsystem verwendet,

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wie es in der parallel laufenden Patentanmeldung P 25 05 097.9 beschrieben ist, da hier eine Übertragung der Systemkräfte auf die Wirbelsaule vorliegt, die letztere in ihrer Ruhelage hält und die meßbare Deformationen und Spannungen der Spanndrähte hervorruft, wenn die Puppe Stoll- und Aufprallversuchen unterzogen wird.

Die Erfindung findet bevorzugte Anwendung auf dem Gebiet der Untersuchung und Überwachung von Automobilkonstruktionen, insbesondere beim Studium statischer und dynamischer Beanspruchungen von Fahrzeuginsassen bei Beschleunigungen, Bremsvorgängen und Stoßen.

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Claims

Patent- (Schutz-) Ansprüche

Anatomisch und physiologisch menschenähnliches Strukturgerüst für eine Versuchspuppe, mit insbesondere einer Wirbelsäule, die durch Übereinanderanordnung von einer der Anzahl bei der menschlichen Wirbelsäule entsprechenden Anzahl von Wirbeln aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wirbel aus einem Körper (lü) mit seitlich und nach hinten abstehenden radialen Fortsätzen (11, 1 ϊΐ, 13) als Anschläge gegen seitliche Bewegungen und eine Rückwärtskrüinmung der Wirbelsäule (l) aufgebaut ist, der mittig eine Öffnung (ί'ι) und abwechselnd mit den genannten Fortsätzen (.11, 12, 13) auf dem Umfang verteilt vier durchbohrte Laschen (l6, 17, 18, 19) aufweist, daß zwischen den iVirbeln aus elastomerem Werkstoff bestehende Zwischenwirbelscheiben (9) eingelegt sind, die mit den inittigen Öffnungen (14) der Wirbel fluchtende Mittelbohrungen aufweisen, und daß Spann- und Haltedrähte od.dgl. („'3, 25) für die übereinander gesetzten Wirbel jeweils durch die mittigen öffnungen (l'i) und durch die durchbohrten Laschen (l6 bis 19) geführt sind, deren Enden an der Basis einer Schädelnachbildung (2) bzw. an der Oberseite eines Beckens (3) des Strukturgerüetes verspannt sind.
2. Strukturgerüst nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daii zwei zusätzliche Spanndrähte (27, 28) an der Basis der Schädelnachbildung (2) und an der Oberseite des Beckens (3) befestigt sind, die jeweils durch die den rückwärtigen Fortsatz (13) einfassenden Laschen (l6, 17)

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die vier ersten Halswirbel (c) durchsetzen und beweglich durch Führungen (29, 30) verlaufen, die wittig auf der Rückseite jeweils einer Schulterblattnachbildung (5, 6) des .Strukturgerüstes angeordnet sind.

Strukturgerüst nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Befestigung und Verspannung der Spanndrähte (23, 25, 27, 28) Befestigungsplatten (21, 22) mit der Basis der Schädelnachbildung (2) bzw, der Oberseite des Becken: (3) verbunden sind, und daß die Befestigungsplatten (21, 22) von den Enden der Spanndrähte durchsetzt sind, die sich darauf mittels Anschlägen (24, 26) einstellbar abstützen.

Strukturgerüst nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der den niittigen Öffnungen (i'i) des Körpers (lO) <h;r Wirbel und der /wischemviibelscheiben (9) zugeordnete Spanndraht (23) praktisch undehnbar ist, während die durch die Laschen (l6 bis 19) verlaufenden Spanndrähte (25) leicht elastisch sind, und daß die Spann— drähte bezüglich ihrer Spannung mittels der genannten Anschlage (2h, 26) einstellbar sind,

Strukturgerüst nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Spanndrähte (27, 28) leicht elastisch sind und im Bereich zwischen den Schulterblattnachbildungen (5, 6) und dem Becken (3) Spanneinrichtungen (31, 32) aufweisen.

SQ988G/O796