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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reduzierung
der bei einem Frontalcrash auftretenden Belastungen der unteren
Extremitäten von
Bedienungspersonen in Kraftfahrzeugen, insbesondere in Personenkraftfahrzeugen,
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
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Bekannt
sind in Kraftfahrzeugen zahlreiche Rückhaltevorrichtungen, die bei
einem Frontalcrash des Kraftfahrzeuges aktiviert, insbesondere pyrotechnisch
gezündet
werden und die die Bedienungsperson bzw. Insassen des Kraftfahrzeuges
vor Verletzungen und unzulässig
hohen Beschleunigungen schützen
sollen. Beispielsweise sind zu nennen Sicherheitsgurte gegebenenfalls
mit Gurtstrammern, Airbags im Instrumententafelbereich, Seitenairbags, aktive
Kopfstützen
zur Vermeidung des so genannten whip lash Effekts, usw. Zur Vermeidung
von Verletzungen im Fußraumbereich
ist es bekannt, die Instrumententafel nach unten vorne mit einem
Neigungswinkel von ca. 30 bis 60 Grad (etwa parallel zum Anstellwinkel
der Beine der Insassen in der Sitzposition) oder in einem entsprechenden
Krümmungsradius
auszuführen.
Zudem sind zahlreiche Maßnahmen
bekannt, durch die eine Rückverlagerung
der fahrerseitigen Bedienungspedale vermieden werden soll, zum Beispiel
indem deren Pedallagerung bei einem Frontalcrash eliminiert wird.
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Die
Instrumententafel ist dessen ungeachtet so auszuführen, dass
stets eine ausreichende Beinfreiheit zum Ein- und Aussteigen gegeben
ist und im Kraftfahrzeug sowohl große als auch kleine Personen
ergonomisch das Kraftfahrzeug bedienen können (durch die unterschiedlichen
Sitzpositionen in der Länge
als auch in der Höhe
ergeben sich unterschiedliche Bein-Anstellwinkel).
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In
Sicherheitsbetrachtungen wird u. a. der so genannte TIBIA Index
geprüft.
Dabei handelt es sich um eine biomechanische Belastungsgröße für den Unterschenkelbereich
im Falle eines Crashszenarios, etwa nach Euro NCAP. Dabei werden
die Biegemomente Mx, My um die x- und
y-Achse sowie die axiale Druckkraft Fz in z-Richtung am Schienbeinknochen
(lateinisch tibia) an den Beinen bewertet. 1 der anliegenden
Zeichnung veranschaulicht die maßgeblichen Belastungsrichtungen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Reduzierung der bei einem
Frontalcrash auf die unteren Extremitäten wirkenden Belastungen einer
Bedienungsperson in Kraftfahrzeugen vorzuschlagen, die ohne Beeinträchtigung
des Bedienungskomforts des Kraftfahrzeuges und mit baulich geringem
Mehraufwand verwirklichbar ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte
und besonders zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen,
dass Bereiche der Instrumententafel bei einem Frontalcrash derart
nach hinten der Bedienungsperson entgegen verlagerbar und so ausgeführt sind,
dass eine Abstützung
der Beine unterhalb der Knie im Schienbeinbereich erfolgt. Wie erfindungsgemäß erkannt wurde,
können
die besagten Belastungswerte nach dem TIBIA Index verringert werden,
wenn die Beinfreiheit bzw. der Bewegungsfreiraum der unteren Extremitäten aufgehoben
wird bzw. wenn die Schienbeine der Bedienungsperson im Crashfall „früher” an die
Instrumententafel angekoppelt werden. Dies vermeidet unkontrollierte
Beschleunigungen mit den damit verbundenen Belastungen und bewirkt
zudem in der Reboundphase eine günstigere
Beinanstellung. Ferner wird in weit größerem Maße sichergestellt, dass die
Beine der Bedienungsperson nicht mit der mittig zwischen den Beinen
positionierten Lenksäule des
Kraftfahrzeuges in Kontakt geraten, zum Beispiel bei einer von vorne
schräg
erfolgenden Kollision.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann an der unteren, geneigten
Wand der Instrumententafel zumindest eine Stützblende vorgesehen sein, die
bei einem Frontalcrash entsprechend nach hinten verlagerbar ist.
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Dabei
kann entweder eine durchgehende, auf beide Beine der Bedienungsperson
wirkende Stützblende
verwendet sein, oder es können
beiderseits der sich durch die Instrumententafel erstreckenden Lenksäule entsprechende
Stützblenden
vorgesehen sein, die im wesentlichen jeweils einem Bein der Bedienungsperson
gegenüberliegen.
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Die
zumindest eine Stützblende
kann in bevorzugter Weise über
eine oben liegende Drehachse schwenkbar ausgeführt sein, so dass deren unterer Wandbereich
sich unterhalb der Knie der Bedienungsperson an die Schienbeine
anlegen kann. Alternativ kann die Feder auch zum Beispiel mittels
eines Magnetsystems entriegelt werden.
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Alternativ
kann die Stützblende
auch parallel über
eine Schiebeführung
ausfahrbar an der Instrumententafel gelagert sein.
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In
besonders vorteilhafter Weise können
unmittelbare Bereiche der Instrumententafel nach hinten verlagerbar
konzipiert sein. Das heißt,
die Instrumententafel ist an den entsprechenden Bereichen in sich
verformbar, wobei dies so bewerkstelligt sein kann, dass diese Verformbarkeit
in der sichtbaren Außenkonfiguration
nicht erkennbar ist.
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Insbesondere
kann ein die Lenksäule
zumindest teilweise unschließender
Bereich der Instrumententafel nach hinten verlagerbar ausgeführt sein,
wobei dieser Bereich gegebenenfalls auch Schalter, Funktionsteile,
etc. der Instrumententafel tragen kann.
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Dabei
kann der unmittelbare Bereich der Instrumententafel über eine
obenliegende Schwenkachse mit seinem unteren Randbereich nach hinten verlagerbar
sein, wobei diese Schwenkachse in besonders vorteilhafter Weise
eine virtuelle Schwenkachse ist, die durch materialschwächende Ausnehmungen
gebildet sein kann, wobei diese Ausnehmungen an der dem Fahrzeuginnenraum
zugewandten Oberfläche
der Instrumententafel nicht sichtbar sind.
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Die
mittelbar oder unmittelbar verlagerbaren Bereiche der Instrumententafel
können
mittels eines Airbags betätigt
sein. Dieser kann besonders zweckmäßig an das übrige Sicherheitssystem des
Kraftfahrzeuges angeschlossen sein und beispielsweise mit anderen
Airbag-Einrichtungen in bekannter Weise ausgelöst werden.
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Alternativ
können
die mittelbar oder unmittelbar verlagerbaren Bereiche der Instrumententafel mittels
einer oder mehrerer vorgespannter Federn betätigbar sein, die nach deren
Entriegelung die verlagerbaren Bereiche in die die Schienbeine abstützende Position überführen.
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Dabei
kann die im Normalzustand verriegelte Feder mittels einer Zündpille
pyrotechnisch entriegelbar sein, wobei diese Zündpille wiederum an das besagte
Sicherheitssystem des Kraftfahrzeuges angeschlossen sein kann.
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Des
Weiteren kann die zumindest eine Feder aufnehmende Vorrichtung zur
Verlagerung des Bereiches der Instrumententafel in der ausgefahrenen Position
arretiert sein, um somit die im Crashfalle auftretenden Abstützkräfte und
-momente zuverlässig aufzunehmen.
Anstelle einer Arretiervorrichtung könnte auch eine Dämpfungsvorrichtung
vorgesehen sein, die in einer Hysteresefunktion ein schnelles Ausfahren,
jedoch ein verzögertes
Wiedereinfahren der verlagerbaren Bereiche bewirkt.
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Schließlich kann
in besonders bevorzugter Weise der nach hinten verlagerbare, schwenkbare Bereich
der Instrumententafel im Falle eines Frontalcrashs des Kraftfahrzeuges
um ca. 20 Grad gegenüber
der Neigung der regulären
Instrumententafel im Beinbereich vermindert sein. Es hat sich in
entsprechenden Versuchen mit eingesetzten Dummys gezeigt, dass ein
derartiger Neigungswinkel Bedienungspersonen nahezu aller Größen zufriedenstellend
schützen
kann.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist im folgenden näher
beschrieben. Die beiliegende Zeichnung zeigt in:
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1 Messstellen
und Kraftrichtungen der bei einem Frontalcrash eines Kraftfahrzeuges
im Schienbeinbereich einer Bedienungsperson auftretenden Belastungen
nach dem TIBIA Index gemäß Euro CNAP;
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2 in
skizzenhafter Darstellung in einer Seitenansicht eine Instrumententafel
eines Personenkraftfahrzeuges mit einer über eine Schwenkachse nach
hinten in den Schienbeinbereich verlagerbaren, federbeaufschlagten
Stützblende;
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3 eine
Darstellung gemäß 2,
mit einer durch einen Airbag verlagerbaren, schwenkbaren Stützblende;
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4 eine
Darstellung gemäß 2 mit
einer federbeaufschlagten Stützblende,
die über
Führungen
parallel nach hinten in den Schienbeinbereich verlagerbar ist;
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5 eine
Teilansicht auf die Instrumententafel eines Personenkraftfahrzeuges
im Bereich der Lenksäule,
wobei in die Instrumententafel ein über eine virtuelle Schwenkachse
nach hinten verformbarer Bereich integriert ist und wobei dieser
Bereich in der Normalposition und in der verlagerten Position dargestellt
ist; und
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6 eine
Seitenansicht auf die Instrumententafel gemäß 5 in der
nach hinten verlagerten Position und einem eine Bedienungsperson
simulierenden, in Sitzposition dargestellten Dummy.
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Wie
die 1 anhand von Kraftpfeilen zeigt, werden die Belastungen
der unteren Extremitäten
an einer Stelle a direkt unterhalb des Knies der Beine eines Dummy
und an einer weiteren Stelle b im Bereich des unteren Fußgelenkes
in den Kraftrichtungen Fz (Druckkraft im wesentlichen in der Hochachse
Z) und Mx und My (Biegemomente um die Längsachse X bzw. um die Querachse
Y) gemessen und mit definierten, im TIBIA Index vorgegebenen Druckkräften in
Beinrichtung Fz sowie Biegemomenten in Mx- und My-Richtung verglichen.
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Zur
Reduzierung der biomechanischen Belastungen im Unterschenkel- und
Kniebereich sind Bereiche der Instrumententafel 1 bei einem
Frontalcrash derart nach hinten der Bedienungsperson entgegen verlagerbar
und so ausgeführt,
dass eine Abstützung
der Beine unterhalb der Knie im Schienbeinbereich erfolgt.
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Die 2 zeigt
dazu in einer skizzenhaften Seitenansicht eine unterhalb einer Lenksäule und
im Schienbeinbereich einer Bedienungsperson angeordnete Stützblende 2,
die über
eine Schwenkachse 3 an einer Instrumententafel 1 angelenkt
ist.
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Die
Stützblende 2 kann
sich im wesentlichen entlang dem unteren Randbereich 1a der
Instrumententafel über
einen die gegenüberliegenden
Beine abdeckenden Bereich (zum Beispiel bis zur nicht dargestellten
Mittelkonsole) erstrecken und ist in ihrer Höhe so ausgerichtet, dass sie
dem Schienbeinbereich der Bedienungsperson mehr oder weniger unterhalb
der Knie gegenüberliegt.
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Wie
ersichtlich ist, beträgt
die Neigung des unteren Randbereiches 1a der Instrumententafel
ca. 45 Grad gegenüber
einer Senkrechten nach vorne unten. In der Normalposition der Stützblende 2 liegt diese
mit etwa gleichem Neigungswinkel an dem Randbereich 1a an,
so dass eine definierte Beinfreiheit beim Ein- und Aussteigen und
im Fahrbetrieb für eine
Bedienungsperson sichergestellt ist.
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Hinter
der Stützblende 2 sind
zwei Schraubendruckfedern 4 (es ist nur eine Schraubendruckfeder 4 ersichtlich)
in vorgespanntem Zustand angeordnet, die über eine nur angedeutete. Verriegelungsvorrichtung 5 entriegelbar
sind und dann innerhalb von Millisekunden die Stützblende 2 in die
gezeichnete Position verlagern. Die Entriegelung erfolgt über eine
nicht dargestellte Zündpille
pyrotechnisch, wobei die Zündpille über das
Sicherheitssystem des Personenkraftfahrzeuges zündbar ist, welches auch die
Airbag-Einrichtungen
entsprechend ansteuert und zündet.
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In
der in der 2 gezeichneten, nach hinten
verlagerten Position der Stützblende 2 liegt
diese unter Aufhebung der besagten Beinfreiheit am Schienbeinbereich
unterhalb der Knie der Bedienungsperson (zur genauen Position sei
auf die 6 Bezug genommen) an und stützt diese über die
Instrumententafel 1 gegenüber nach vorne gerichteten Beschleunigungen
und unerwünschten
Verlagerungen der Beine bei einem Frontalcrash oder Offset-Crash
des Kraftfahrzeuges entsprechend ab.
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Die
Verriegelungsvorrichtung 5 ist so ausgeführt, dass
nach einem Herausschießen
der Stützblende 2 in
die nach hinten verlagerte Position deren Führungsbolzen 6 wieder
verriegelt wird, um ein Zurückfedern
der Stützblende 2 zumindest
bis zu einer definierten Krafteinwirkung auszuschließen.
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Die 3 zeigt
eine alternative Ausbildung der Stützblende 2, die wiederum über die
vorgesehene Schwenkachse 3 in die nach hinten verlagerte
Position ausschwenkbar ist. Die Betätigung der Stützblende 2 erfolgt
hier über
einen in den unteren Randbereich 1a der Instrumententafel 1 integrierten
Airbag 7, der über
eine pyrotechnische Zündvorrichtung 8 oder
eine andere geeignete Einrichtung in an sich bekannter Weise auslösbar ist.
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In
einem Crashfalle wird dementsprechend über das Sicherheitssystem des
Kraftfahrzeuges auch der hinter der Stützblende 2 angeordnete
Airbag 7 gezündet
und beaufschlagt im Millisekundenbereich die Stützblende 2 derart,
dass sie in die in 3 gezeichnete Position verlagert
wird. Die Stützblende 2 ist
wie bei Airbag-Einrichtungen üblich über Sollbruchstellen
(nicht dargestellt) in der Normalposition am Randbereich 1a anliegend
oder in dessen Außenkontur übergangslos
integriert gehalten.
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Die 4 zeigt
eine weitere alternative Ausführungsform
der Erfindung. Funktionell gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen
versehen.
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Gemäß 4 ist
die am unteren Randbereich 1a der Instrumententafel 1 vorgesehene
Stützblende 9 mittels
mehrerer Führungsbolzen 10 parallel
zur Außenkontur
des Randbereiches 1a mit ihrer gesamten Stützfläche verschiebbar
bzw. verlagerbar.
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Auf
die Führungsbolzen 10 wirken
in der eingefahrenen Position der Stützblende 9 vorgespannte Schraubendruckfedern 11 (es
ist wiederum nur eine Schraubendruckfeder 11 ersichtlich),
die über
eine Verriegelungsvorrichtung 12 gehalten sind.
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Durch
Entriegeln eines Verriegelungsbolzens 13 mittels einer
nicht dargestellten Zündpille oder
einer anderen geeigneten Einrichtung über das Sicherheitssystem des
Kraftfahrzeuges wird die Stützblende 9 in
die gezeichnete Position verlagert, wobei sie den Schienbeinbereich
der Bedienungsperson entsprechend abstützt.
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Die
Verriegelungsvorrichtung 12, 13 ist wiederum so
ausgeführt,
dass die Stützblende 9 in
der ausgefahrenen Position wieder verriegelt ist (zum Beispiel durch
Einfahren einer Sperrklinke in den Verriegelungsbolzen 13),
um ein Rückfedern
der Stützblende 9 auszuschließen.
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Abweichend
zur 4 kann die Stützblende 9 auch über ein
Airbag-Modul wie in der 3 beschrieben betätigt werden.
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Die 5 und 6 zeigen
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Dabei
ist in die detaillierter dargestellte Instrumententafel 1 des
Personenkraftfahrzeuges ein mit 14 bezeichneter Bereich
integriert, der über
eine virtuelle Schwenkachse 15 von einer der normalen Instrumententafelkontur
(vergleiche 5) entsprechenden Position I in
eine mit dem unteren Randbereich 14a nach hinten verlagerte
Position II überführbar ist.
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Zur
Definition der virtuellen Schwenkachse 15 sind in der Instrumententafel 1 an
deren Rückseite materialschwächende Ausnehmungen 15a vorgesehen,
die ein Auslenken des Bereiches 14 ermöglichen. Die Ausnehmungen 15a sind
von der dem Fahrzeuginnenraum zugewandten Oberfläche der Instrumententafel 1 nicht
sichtbar.
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Der
klappenähnliche,
verschwenkbare Bereich 14 weist eine nach oben offene,
U-förmige
Ausnehmung 14b auf, durch die hindurch die nur angedeutete,
verstellbare Lenksäule 18 mit
einem daran anschließenden
Lenkhandrad (nicht dargestellt) verläuft.
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Ferner
weist der Bereich 14 wie bei Instrumententafeln 1 üblich in
diesem Bereich angeordnete Schalter und Bedienungsmittel 19 auf,
die in den Bereich 14 entsprechend eingebaut sind.
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Der
durch die materialschwächenden
Ausnehmungen 15a über
die virtuelle Schwenkachse 15 unten nach hinten verlagerbare
Bereich 14 wird mittels eines nicht näher dargestellten, hinter dem
Bereich 14 angeordneten Airbags 20 (vergleiche 6) betätigt. Der
Airbag 20 kann bekannter Bauart sein und wiederum in einem
Kollisionsfalle über
das besagte Sicherheitssystem des Kraftfahrzeuges gezündet werden.
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Die 6 zeigt
in einer Seitenansicht den um die Schwenkachse 15 verschwenkbaren
Bereich 14 der Instrumententafel 1 in der mit
dem unteren Randbereich 14a nach hinten unten verlagerten
Position. Der Bereich 14 ist dabei über den gezündeten Airbag 20 gegenüber dem
herkömmlichen
Neigungswinkel des unteren Randbereiches 1a um ca. 20 Grad
verschwenkt und eliminiert beziehungsweise verkleinert dabei den
konstruktiv vorgesehenen Bein-Bewegungsraum
zwischen dem unteren Randbereich 14a des Bereiches 14 und
dem Schienbeinbereich einer Bedienungsperson.
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In
der nach hinten verlagerten Position liegt der Bereich 14 bzw. 14a der
Instrumententafel 1, wie aus 6 ersichtlich
ist, relativ großflächig am Schienbeinbereich
unterhalb der Knie und an den Knien einer Bedienungsperson bzw.
des in einer Sitzposition eingezeichneten Dummy 21 an und
stützt diese
Bereiche gegen nach vorne gerichtete und/oder seitliche Beschleunigungen
und Belastungen ab.
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Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Anstelle
einer in der Breite beide Beine abstützenden Stützblende 2, 9, 14 können gegebenenfalls
auch zwei beide Beine separat abstützende Stützblenden vorgesehen und entsprechend
betätigt
sein.
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- 1
- Instrumententafel
- 1a
- unterer,
geneigter Randbereich
- 2
- Stützblende
- 3
- Schwenkachse
- 4
- Schraubendruckfeder
- 5
- Verriegelungsvorrichtung
- 6
- Führungsbolzen
- 7
- Airbag
- 8
- Zündvorrichtung
- 9
- Stützblende
- 10
- Führungsbolzen
- 11
- Schraubendruckfeder
- 12
- Verriegelungsvorrichtung
- 13
- Verriegelungsbolzen
- 14
- Verlagerbarer
Bereich der Instrumententafel
- 14a
- unterer
Randbereich
- 14b
- Ausnehmung
Lenksäule
- 15
- Virtuelle
Schwenkachse
- 15a
- Materialschwächende Ausnehmungen
- 18
- Lenksäule
- 19
- Schalter,
Bedienungsmittel
- 20
- Airbag
- 21
- Dummy
- a
- Messstelle
unterhalb der Knie
- b
- Messstelle
oberhalb des Fußgelenkes
- I
- Normalposition
des verlagerbaren Bereiches
- II
- Stützposition
des verlagerbaren Bereiches