DE2525494C3

DE2525494C3 - Strukturgerüst für eine Versuchspuppe

Info

Publication number: DE2525494C3
Application number: DE2525494A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Automobiles Citroen SA
Current assignee: Automobiles Citroen SA
Priority date: 1974-06-11
Filing date: 1975-06-07
Publication date: 1981-12-10
Also published as: DE2525494B2; DE2525494A1; US3962801A; FR2274983A1; FR2274983B1; NL7506906A; GB1503956A

Description

Die Erfindung betrifft ein anatomisch und physiologisch menschenähnliches Strukturgerüst für eine Versuchspuppe mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Im Rahmen der Untersuchungen für maximale Sicherheit und optimalen Komfort, die em Kraftfahrzeug bieten kann, werden die Fahrbedingungen des Kraftfahrzeuges und das Verbalten der darin befindlichen Insassen simuliert Für manche Simulationszwecke stellt der Einsatz menschlicher Lebewesen für diese keine Gefahr dar. Dies gilt jedoch nicht für Stoß- und Aufprallversuche und Simulationen von Unfällen. Es ist deshalb in 4iesen Fällen notwendig, Versuchspuppen ίο (Dummies) einzusetzen, die für das Verhakt,ί des menschlichen Körpers so weit wie möglich repräsentativ sind. Das zu lösende Problem besteht dabei in einer Gestaltung derartiger Versuchspuppen, durch die deren Verhalten im Vergleich zu lebenden Menschen optimiertwird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein

anatomisch und physiologisch menschenähnliches

Strukturgerüst für eine Versuchspuppe zu schaffen, das

ein dem Verhalten dem menschlichen Körper besser entsprechendes Verhalten zeigt als dies bei den bekannten Versuchspuppen der Fall ist, und das — insbesondere in Verbindung mit einem hydropneumatischen Thorax-Unterleib-Ausgleichssystem nach der

DE-OS 25 05 097 - eine Messung der bei Umfallsimula-

tionen auftretenden Körperbelastungen gestattet

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichenteil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst

Die Erfindung schlägt somit ein Strukturgerüst in Form einer Wirbelsäule vor, die Mittel zur Simulation

unterschiedlicher menschlicher Konstitutionstypen und

der Dynamik des menschlichen Körpers insbesondere bei Stoßen und Aufprall aufweist Die Verbindung des

erfindungsgemäßen Strukturgerüstes mit einer menschenähnlichen Versuchspuppe, wie sie beispielsweise in der DE-OS 25 05 097 beschrieben ist verleiht letzterer eine große Repräsentationsbreite für die Mehrzahl tatsächlich auftretender zu untersuchender Fälle.

Jeder der Wirbel der Wirbelsäule wird durch einen Trägerkörper gebildet der seitlich und nach hinten

radial abstehende Fortsätze au/weist 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 Zwischenwirbel-

scheiben eingesetzt, die ebenfalls eine zentrale öffnung

aufweisen. Diese fluchtet mit den mittigen öffnungen der Wirbel. Schließlich sind Spann- und Haltedrähte für die übereinandergesetzten Wirbel vorgesetzt, 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 for die genannten Spanndrähte durch Befestigungsplatten 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 Befestigungsplatten abstützen, Vorteilhafterweise ist bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung der den mittigen Öffnungen des Trägerkörpers für die Wirbel und der Zwischenwirbelscheiben zugeordnete Spanndraht weitgehend undehnbar, während 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 dem Schulterblattbereich und dem Becken mit Spanneinrichtungen zur Einstellung ihrer Spannung versehen.

Die Wirbelsäule weist somit Wirbel auf, die zwischen den genannten seitlichen und rückwärtigen Fortsätzen, mit diesen abwechselnd, vier Laschen zur Durchführung von Spajindrähten 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 Rückgratmuskeln. Die zusätzlich vorgesehenen elastischen Spanndrähte, die in Höhe der Schulterblätter geführt sind, simulieren in einstellbarer Weise die Rückenmuskeln.

Bekanntlich hat die menschliche Wirbelsäule eine Reihe von aufeinanderfolgenden Krümmungen. Um dieses Profil gut wiederzugeben, sollte die Puppe ein Thorax-Unterleib-Ausgleichssystem aufweisen, das an der Wiederaufrichtung der Wirbelsäule und ihrer Aufrechterhaltung teil hat Mit besonderem Vorteil wird deshalb das Strukturgerüst in Verbindung mit einem hydropneumatischen Thorax-Unterleib-Ausgleichssystem nach der DE-OS 25 05 097 verwendet, da hier eine Übertragung der Systemkräfte auf die Wirbelsäule vorliegt, die letztere in ihrer Ruhelage hält und die meßbare Deformationen und Spannungen der Spanndrähte hervorruft, wenn die Puppe Stoß- 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.

Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausfuhrungsbeispiels anhand der Zeichnungen sowie aus weiteren Unteransprüchen. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine allgemeine Vorderansicht der Struktur einer Wirbelsäule nach der Erfindung;

Fig. 2,3 Schnittansichten längs den Linien H-H bzw. IH-IIIin Fig. !,und

F i g. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in F i g. 3.

Die Fig. t zeigt eine menschenähnliche Puppe,deren anatomische Darstellung im wesentlichen eine Wirbelsäule 1 umfaßt, an deren oberem Ende ein nur schematisch angedeuteter Kopf 2 befestigt ist, während ihr unteres Ende mit einem Becken 3 verbunden ist. Weiterhin erkennt man im Schnitt die Seiten eines Thora» 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. Per Schultergürtel kann vereinfacht sein.

Die Wirbelsäule 1 entspricht in ihrem Aussehen derjenigen des menschlichen Körpers und weist entsprechend sieben Halswirbel — Bezugszeichen C—, zwölf Rückenwirbel — Bezugszeichen D — und fünf

ίο Lendenwirbel — Bezugszeichen L — auf. Ihre jeweiligen Abmessungen, insbesondere Durchmesser und Höhe, entsprechen weitgehend denjenigen der Wirbelkörper eines Erwachsenen mittleren Alters und nehmen ausgehend von den Halswirbeln bis zu den Lendenwirbeln zu. Sie sind übereinander angeordnet, wobei Zwischenwirbelscheiben 9 zwischen ihnen eingelegt sind.

Die F i g. 2, 3 und 4 zeigen im Einzelnen den Aufbau der Wirbel. Wie aus Fig.2, die eine Draufsicht des dritten Halswirbels, und aus F i g. 3, die eine Draufsicht des viertea Lendenwirbels zeigt, hervorgeht, sind die Wirbel aus einem Mittelkörper 10 ausbaut, der radial abstehend zwei seitliche Fortsätze if, i;~: sowie einen nach rückwärts abstehenden Dornfortsatz 13 trägt Diese Fortsätze simulieren entsprechend die seitlichen und die Dornfortsätze des menschlichen Rückgrats und bilden b« der Puppe Anschläge gegenüber seitlichen und nach hinten gerichteten Bewegungen der Säule, wenn diese gekrümmt wird. Wie aus F i g. 4 zu erkennen ist, gelangt bei einer Biegebewegung in Richtung A jedes untere Ende der seitlichen Fwtsätze 11 in Anschlag mit dem oberen Ende des nächst unteren Wirbels 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 Fortsätze 12 und 13. Darüber hinaus ist der Mittelkörper 10 mit einer zentralen öffnung 14 in einer Einsenkung 15 auf jeder seiner Stirnseiten versehen, wobei letztere als Zentrierung für die darin eingeigten Zwischenwirbelscheiben 9 dient. Die Zwischenwirbelscheiben 9, die besonders deutlich aus F i g. 4 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 zusammendriikken und deformieren. Sie sind außerdem mit einer Bohrung 9a versehen, die mit der oben erwähnten

öffnung' 1 übereinstimmt

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

eine gvundete öffnung 20 aufweist.

Wie wiederum aus F i g. 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 Befcstigungsplatte 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 Spanndfaht 23 durch die 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 Oberseite 21 β 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 24 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 Spanndrahtes 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 2t, 22. d.h. über Arretierhülsen 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

blattflächen 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 3t, 32. beispielsweise Spannschrauben, sind in üblicher Weise an jedem der Spanndrähte 27, 28 zwischen den Schulterblättern und dem Becken angebracht. In den F i g. 2 bis 4 finden sich Querschnitte der Spanndrähte mit Bezugszeichen versehen.

Von Bedeutung ist schließlich, daß der Spanndraht 23 im Gegensatz zu den Spanndrähten 25, 27 und 28 undehnbar ist, während 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 Spanndrahtes, mittels Anziehens der Mutter 24, erlaubt die Simulation jeglicher erwünschter

in 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

r, Wirklichkeit in den Muskeln auftreten. Die Tatsache, daß sie elastisch nachgiebig sind, erlaubt die wirklichkeitsgetreuere und feinere Simulation des Muskelspiels. Schließlich sind die Spanndrähte 27, 28 dazu bestimmt.

dl? Rück^pnTT!üsk^p!n r!?r7iistpllpn f^ip -Snannvnrrirhliingen 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I, Anatomisch und physiologisch menschenähnliches Strukturgerüst für eine Versuchspuppe, mit insbesondere einer Wirbelsäule, die durch ubereinanderanordnung von einer der Anzahl bei der menschlichen Wirbelsäule entsprechenden Anzahl von Wirbeln aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wirbel aus einem Körper (10) mit seitlich und nach hinten abstehenden radialen Fortsätzen (11,12,13) als Anschläge gegen seitliche Bewegungen und eine Rückwärtskrümmung der Wirbelsäule (1) aufgebaut ist, der mittig eine Öffnung (14) und abwechselnd mit den genannten Fortsätzen (11, 12,13) auf dem Umfang verteilt vier durchbohrte Laschen (16, 17, 18, 19) aufweist, daß zwischen den Wirbeln aus elastomerem Werkstoff bestehende Zwischenwirbelscheiben (9) eingelegt sind, die mit den mittigen öffnungen (14) der Wirbel fluchtende Mittelbohrungen aufweisen, und daß flpann- und Haltedrähte od. dgl. (23,25) für die übereinander gesetzten Wirbel jeweils durch die mittigen öffnungen (14) und durch die durchbohrten Laschen (16 bis 19) geführt sind, deren Enden an der Basis einer Schädelnachbildung (2) bzw. an der Oberseite eines Beckens (3) des Strukturgerüstes verspannt sind.
2. Strukturgerüst nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 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 (16, 17) die vier ersten Halswirbel (C) durchsetzen uuJ beweglich durch Führungen (29, 30) verl&afe.n, die mittig auf der Rückseite jeweils einer Schulterb ittnachbildung (5, 6) des Strukturgerüstes angeordnet sind.
3. 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 Beckens (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.
4. Strukturgerüst nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der den mittigen Öffnungen (14) des Körpers (10) der Wirbel und der Zwischenwirbelscheiben (9) zugeordnete Spanndraht (23) praktisch undehnbar ist, während die durch die Laschen (16 bis 19) verlaufenden Spanndrähte (25) leicht elastisch sind, und daß die Spanndrähte bezüglich ihrer Spannung mittels der genannten Anschläge (24,26) einstellbar sind.
5. 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.