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Motorfahrzeug mit Einrichtungen zum Schutz der Insassen bei Unfällen
und Zusammenstößen Die Erfindung betrifft Motorfahrzeuge und insbesondere den Einbau
von Einrichtungen in die Fahrzeuge zum Schutz der Insassen bei starker Verzögerung
der Fahrzeuge aufgrund von Unfällen durch Zusammenstößen mit stationären Objekten
oder anderen Fahrzeugen.
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Ein von sich aus sicheres Motorfahrzeug müßte ein Fahrzeug sein, bei
dem die Sicherheit mit in die Konstruktion eingebaut wäre, jedoch sind bestehende
Fahrzeuge von Natur aus nicht sicher, und die der Bevölkerung aufgrund von Toten
oder Verletzten auf den Straßen erwachsenden Kosten belaufen sich auf astronomische
Höhen.
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Dies ergibt sich aus einigen kennzeichnenden und nachfolgend aufgefahrten
Angaben: Die Anzahl der Toten pro Jahr beläuft sich auf über 100.000, die täglich
ständig zum Krüppel gemachten Menschen in den USA beträgt etwa 500, während sich
die jährlichen Kosten in der Welt aufgrund dieser Fälle auf etwa 60 Milliarden Mark
belaufen.
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Diese Angaben und Zahlen steigen stEndlg, weil immer mehr neue Fahrzeuge
auf die bereits übervölkerten Straßen kommen.
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Bei den bestehenden Fahrzeugen beruhen die Sicherheitseinrichtungen
im Prinzip auf der Verwendung von Sicherheitsgurten, die verhindern sollen, daß
die Insassen des Fahrzeugs bei einem Unfall auf die harten Innenflächen des Fahrzeugs
treffen, jedoch haben diese Einrichtungen bereits von ihrer Art her gewisse Nachteile,
da ihre Wirksamkeit von der richtigen Einstellung und Anbringung abhängt und da
sie oftmals nicht benutzt werden, obwohl sie eingebaut sind. AuBerdem verursachen
sie eine ihnen eigene Art von Verletzung5 und es liegt der Nachweis vor, daß junge
Kinder auf Rücksitzen gerade ohne diese Sicherheitseinrichtungen sicherer sind.
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Der menschliche Körper ist ein Körper aus Flüssigkeit und weichen
Teilen mit sehr empfindlichen und wichtigen Organen und ist dafür gedacht, sich
in der weichen Welt der Natur zu betätigen, und er hat eingebaute Polster aus Fleisch,
die ihn innerhalb einer solchen Umgebung schützen. Jedoch stellt die motorisierte
Umgebung und Welt eine harte und rauhe Konstruktion aus Metall und festen Massen
dar, und wenn ein Unfall stattfindet, dann kann der weiche menschliche Körper bei
einem Zusammenstoß mit den umgebenden Hindernissen aus Gebäuden, Verkehrszeichen
und anderen Aufbauten und ebenso mit anderen Fahrzeugen zerschmettert werden.
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Obwohl der menschliche Körper dem Wesen nach quasi ein Formkörper
bzw. ein Behälter mit Flüssigkeit ist, so ist dieser Körper dennoch fast inkompressibel
und kann ohne Verletzung größeren Kräften wlderstehen, wenn diese auf den Körper
in einer Weise einwirken, die umschrieben werden kann mit einem "weichen Fall oder
Stoß mit einer Lastverteilung bzw. Belastungsausbreitung
bei der
Konpression".
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Die dem nenschlichen Körper gesetzten Grenzen sind nicht weniger als
folgende: Stoß: Der Körper kann Stoßverzögerungen bis zu 45G (44 cm/sek2) vertragen.
Dies kennt gleich einem Abbremsvorgang aus einer Geschwindigkeit von 95 km pro Stunde
auf 0 bei einem Bremsweg von 80 cm.
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Druck:Eine große Todesursache bei Unfällen von Motorfahrzeugen ist
der örtlich hohe Druck, der dann auftritt, wenn eine gegebene Kraft konzentriert
auf einem kleinen Körperbereich zur Wirkung kommt.
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Um Verletzungen bei eine Zusammenstoß bei 95 km/h herabzusetzen, ist
es erwünscht, den Stoß auf 3oG zu begrenzen, indem die Form und Gestalt des Fahrzeugs
so ausgebildet wird, daß die Insassen eine Stoppdistanz bzw. einen Abbremsweg von
ungefähr 1,2 m haben bzw. zurücklegen können und daß der Druck auf den Körper auf
nur 1,055 kp/cs2 Ii Mittel begrenzt wird, indem die Abbremskräfte über nicht weniger
als etwa 0,2 m2 Körperfläche verteilt werden.
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Demgeinäß besteht eine primäre Aufgabe der Erfindung darin, geeignete
Polsterungen bzw. Kissenpolsterungen vorzuschlagen und zu schaffen.
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Somit wird durch die Erfindung ein Motorfahrzeug geschaffen, welches
zumindest an einigen der Flächen innerhalb des Fahrzeugs, gegen die ein Insasse
i Fall einer starken Fahrzeugverzögerung
fallen bzw. treffen kann,
gepolstert, wobei die Polsterung einen Mehrfunktionenaufbau hat, um sie mindestens
in zwei Phasen aufzugteilen, wobei eine Phase eine kritische Anfangsphase gegen
einen scharfen Aufprall bildet, während welchem die Polsterung eine mechanische
Impedanztransformation erzeugt, und wobei die zweite Phase eine Phase bildet bzw.
darstellt, während welcher der Körper des Insassen vorbereitet ist auf eine Gesamtschaden-bzw.
Gesamtverletzungsenergieübertragung auf den verformenden bzw.
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sich verformenden Aufbau des Fahrzeugs selbst.
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Der Ausdruck mechanische Impedanztransformation" ist die T;ezeichnung
für einen Zustand, bei dem die Energie eines Insassen, der gegen eine Oberfläche
trifft, so auf den Widerstand oder die Impedanzcharakteristik des Objekts angepaßt
ist, gegen das der Insasse trifft, daß diese Energie vollständig durch das Objekt
absorbiert wird.
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Die Ausdrücke Gesamtverletzungsnbertragung, Gesamtverletzungsübergang
bzw. Gesamtverletzungsenergieübertragungff sind Bezeichnungen für einen Vorgang,
bei dem die mechanische Impedanztransformation in einem solchen Maß ausgenutzt wird,
daß die mögliche Verletzung einer Person bzw. die eine Verletzung bzw.
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einen Schaden verursachende Energie von dem Objekt absorbiert wird,
gegen das der Fahrzeuginsasse bei einem Aufprall des Fahrzeugs auf ein stationäres
Objekt aufgrund einer starken Fahrzeugverzdgerung aufschlägt, d. h., daß die mögliche
Personenverletzung bzw. die Verletzungsenergie oder Schadensenergie völlig auf das
Objekt übertragen wird oder auf dieses übergeht.
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Die Verwendung von Polsterungen zur Verhinderung von Verletzungen
beim sogenannten "zweiten Zusammenstoß bzw. Zusammenpralln, d. h.
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beim Wippen bzw. Pendeln oder Zurückspringen, basiert auf den folgenden
unerläßlich koordinierten Eigenschaften: 1. Die Punktion des äußeren Teils des Polsters
muß so sein, daß es geringere Profillastverteilungseigenschaften hat, um kleinere
vorstehende Teile zu schützen, also beispielsweise die Nase und die Kniescheiben.
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2. Das Polstersystem muß eine solche Tiefe für größere Profillastverteilung
bzw. -ausbreitung haben, daß die größeren Knochen des Körpers, z. B. die Unterbeinknochen
oder der Schädel, Aufprallkräften unterworfen werden, die nahezu gleichförmig über
die gesamte Fläche solcher Knochen verteilt sind. Der Zweck des letzteren ist wesentlich,
um die Entwicklung bzw. das Auftreten von Abstützpunkten zu verhindern, welche die
Entstehung von Biegemomenten in solchen Knochenaufbauten und somit brechende, dehnende
bzw. streckende Kräfte zur Folge hätten.
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3. Die größte Ursache von Verletzungen beim zweiten Zusammenstoß bzw.
Aufprall stellt die sogenannte "Spitzen-Verletzungn bzw.
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die Verletzung vorstehender Teile dar, wo also anfangs kleine Flächen
des menschlichen Körpers, die größeren Trägheitskräften des aufprallenden Körpers
unterworfen sind, sehr hohe Anfangsdrücke erzeugen. Die in solchen Fällen aufgewandte
Abbremsarbeit kann nur 10 % oder weniger von der gesamten Abbremsarbeit betragen,
um den Körper relativ zur Ruhe zu bringen, es wird jedoch geschttzt, daß sie 90
S der Verletzungen beim zweiten Zusammenprall ausmacht. Es ist deshalb wesentlich,
daß den Polsterungen unmittelbar eine Eigenschaft zugeordnet wird, durch die Energie
vernichtet
wird oder ein Verletzungsübergang bzw. Verletzungsenergieübergang stattfindet, der
unmittelbar wirksam wird, um die Abbremsarbeit oder die Energie zu absorbieren,
die bei der Spitzen-Verletzung auftritt.
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4. Bezüglich des allgemeinen Auftreffens des Körpers und insbesondere
nach dieser Anfangs phase der möglichen Verletzung von vorstehenden Teilen muß ein
Maximum an solcher Polstereigenschaft vorhanden sein, die man allgemein als " Lastvertcrilung"
bzw. Lastausbreitung kennt, die jedoch wissenschaftlich als sogenannte "mechanische
Impedanzanpassungnbekannt ist, um so sicherzustellen, daß ein Maximum an Energie
und Bremsarbeit vom Körper auf die Polsterungen und deren Unterbauten übergeht.
Je nachdem wie wirksam dies angeordnet und aufgebaut wird) wird dann der Aufbauend
jeder Teil des Fahrzeugs einschließlich der direkt beim primären Zusammenstoß beeinträchtigten
Teile, wie z. B. die Kotflügel oder Stoßstangen, in vorteilhafter Weise ein Maximum
an mechanischer Beschädigung bzw. Beschädigungsenergie aufnehmen, wodurch gleichzeitig
eine geringe Verletzungsmöglichkeit für den Menschen erzielt wird.
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Wenn man die vier obigen Hauptfunktionsprinzipien auf die praktische
Konstruktion bezieht, so führt dies zur folgenden Deutung und Auslegung: 1. Es muß
eine äußere Funktion oder Lage mit sehr weicher Eigenschaft vorliegen, um vor Verletzung
von kleinen nach außen vorstehenden Vorsprüngen und Teilen zu schützen, wobei gleichzeitig
das Prinzip der geringeren Profillastverteilung eingeschlossen ist.
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2. Die Geßacttiere der Polsterung muß, bevor die maximalen Reaktionskräfte
erreicht werden, so gewählt werden, daß die Hauptprofillastverteilung an die größeren
Knochen bzw. Hauptknochen und den Schäden des Körpers angepaßt werden, wobei die
Tiefe bzw.
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Dicke in der Größenordnung von 5 cm liegen kann, und dies kann funktionsmäßig
die Wirkung der äußeren Lage gegen die kleinere Profilausbreitung bzw. Nebenprofilausbreitung
einschließen.
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3. Progressiv zugeordnet entweder zu den ersten beiden Lagen oder
tu den oben genannten Funktionen ist und fast sicher eine weitere dritte und gesonderte
Lage bedingen wird die Eigenschaft der Energievernichtung für die Funktion des VerletzungsenergieUbergangs
bei der sogenannten Spitzen-Verletzung.
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ii. Die so betrachtete und ins Auge gefaßte Konstruktion, die der
Art nach aus drei getrennten Lagen bestehen würde, obwohl dies nicht notwendig ist,
muß als Ganzes so entworfen werden, daß eine mechanische Impedanzanpassung bezüglich
der Energie und der Lagen des Körpers zum Unterbau des Fahrzeugs ergibt, welches
die vierte Funktion erfüllt. Wenn diese Grundidee in die Praxis umgesetzt wird,
so wird das Kissen- oder Postersystem vorteilhaft auf allen zur Verfügung stehenden
Innenflächen des Fahrzeugs angebracht, wobei seine Eigenschaften so gewählt werden
müssen, daß, wenn ein Insasse gegen sie unter einer Verzögerung von 30G geschleudert
wird, dann kein äußerlicher Bruch des menschlichen Körpers aurtreten könnte. Eine
solche Polsterung kann aus drei Lagen bestehen, nämlich: a. eine Lage für einen
"weichen Fall", die sehr weich ist, so daß ein wie die Nase vorstehender Körperteil
nicht bevorzugt verletzt wird. Im allgemeinen ist diese Lage in der Hauptsache zum
Schutz
des Gesichts, der Knie und der Schienbeinknochen gedacht.
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b. Eine mittlere Belastungsverteiiungslage, die härter ist, jedoch
noch ausreichend weich ist, um die Belastungsfläche beträchtlich auszubreiten bzw.
verbreitern und weiterhin die örtlichen Drücke auf den Körper zu reduzieren. Somit
kann mit dieser zugefügten Lage das Gesicht insgesamt als die Belastung tragend
angesehen werden, und ähnlich ist es bezüglich der Brust, des Bauches, der Beine
und Arme.
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c. Eine abschließende und dritte nicht springende Lage, bei der das
Material solche Widerstandseigenschaften hat, daß es eher eine plastische als eine
elastische Verformung erleidet, wid hier durch ergeben sich einem Springen entgegenwirkende
Eigens,haften, durch die Verletzungen durch Wippen oder Schwingen verhindert werden.
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Dieses Polstersystem aus drei Lagen kann 7,5 cm insgesamt dick sein,
wobei jede der drei oben beschriebenen Lagen wiederum 2,5 cm Dicke haben kann.
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Der Schäden bzw. Kopf des Menschen ist wohl der meist verletzbare
Teil des menschlichen Körpers, und um das Polstersystem in der Praxis zu testen,
wurde ein menschlicher Schadel durch einen sehr dünnwandigen (lamm) Glasglobus bzw.
eine Glaskugel etwa von den Abmessungen eines Schädels verwendet und simuliert,
und diese Glaskugel wurde mit etwa 8 Pfund Sand gefüllt, um das Schädelgewicht nachzuahmen.
Überschlagsmäßig sind diese nachgeahmten Schädel etwa 10mal so zerbrechlich wie
ein menschlicher Schädel.
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Wenn ein derartiger simulierter Schädel aus einer Höhe von weniger
als
2,5 cm auf eine Betonfläche fallengelassen wird, so zerspringt er,-wenn er jedoch
aus einer Höhe von etwa 4 m auf ein Polstersystem aus drei Lagen gemäß der vorher
beschriebenen Art fallengelassen wird, so wird die Polsterung beim Aufprall um etwa
6 cm ausgelenkt bzw. ausgebeult, so daß die Kräfte beim Abstoppen 85G betrugen.
Der künstliche Schädel wurde jedoch nicht zerstört.
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Um einen Fahrzeuginsassen mit einem Gewicht von 135 Pfund aus einer
Anfangsgeschwindigkeit von 65 km/h zum Stillstand zu bringen, muß eine Abbremsarbeit
von etwa 1.100 mkp aufgewendet werden, die als Wärme auftritt.
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Eine solche Anhaltearbeit bzw. Abbremsarbeit kann, wenn sie insgesamt
auf den Fahrzeugaufbau übergeht bzw. übertragen wird, darin resultieren, daß der
Insasse keine Verletzung bzw. keinen Schaden erleidet. Wenn Sicherheitsgurte getragen
werden, so findet dieser Übergang statt, indem die Abbremsarbeit für den Insassen
zur Abbremsarbeit des Fahrzeugs addiert wird, woraus eine zusätzliche Beschädigung
des Fahrzeugs resultiert. Dieser hier mit Schadenübergang bzw. Verletzungsenergieübergang
bezeichnete Vorgang kann im Prinzip 100 % betragen.
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Durch Verwendung einer tiefen Polsterung im Fahrzeug können die Belastungen
auf den Körper des Insassen aus einer Biegebeanspruchung in eine Druckbeanspruchung
umgewandelt werden.
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(Berechnungen haben ergeben, daß die Belastungen des Körpers, wie
z. B. eines Beins, durch einen Faktor von 20 durch diese Umwandlung reduziert werden).
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Die Verwendung der oben beschriebenen Polster aus drei'unterschiedlichen
Lagen, bei denen jede Lage einen Lastverteilungsfaktor von 4 beiträgt, bedeutet
bzw. hat zur Folge, daß der dreischichtige Polsteraufbau einen 64-fachen Verteilungsfaktor
gegen kleine Flächenbelastungen des menschlichen Körpers hat.
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Jede Lage des Polsters hat, in Richtung nach innen gesehen, eine wachsende
Steifheit und wachsende energievernichtende Eigenschaften.
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Gemäß der elektrischen Übertragungstheorie wird die Energie dann voll
übertragen, wenn die Quellenimpedanz gleich der Empfängerimpedanz ist. Wenn die
Quellenimpedanz von der Empfängerimpedanz verschieden ist; dann kann die Energieübertragung
nur dann vollständig sein, wenn man voraussetzt, daß ein Impedanzanpassungswandler
bzw. -transformator zwischen die Quelle und den Empfänger geschaltet wird. In der
Praxis bedeutet dies, daß eine Anzahl von Windungen auf der Primärseite eines elektrischen
Transformators zur Anzahl der Windungen auf der SekundErseite in ein Verhältnis
gesetzt wird, welches dem Verhältnis der Quellenimpedanz zur Empfängerimpedanz entspricht.
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Das gleiche trifft zu bei der Übertragung von mechanischer Energie,
und hier wird eine Impedanzanpassung für eine völlige Energieübertragung mit Hilfe
mechanischer Hebeikräfte bzw. -wirkung erreicht. Wenn somit die mechanische Impedanz
der Quelle 100 mechanische Ohm beträgt und einer Empfängerimpedanz von 1.000 mechanischen
Ohm gegenübersteht, wird eine vollständige Energieübertragung
vorliegen,
wenn die beiden über einen Hebel von 10 : 1 verbunden werden. Die Zahnräder von
Fahrzeuggetrieben sind Beispiele für solche Hebelimpedanzanpassungstransformationen,
so daß die niedrigere Impedanz der Maschine an die höhere Impedanz der Hinterräder
und der Straßenbelastung angepaßt wird.
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Während der übliche Hebel ein Grundbeispiel für mechanische Transformation
bei maximaler Energieübertragung ist, so kann dieser Effekt auch durch einen sogenannten
"Flachenhebel't herbeigeführt werden, und ein typisches Beispiel bildet das von
zwei hydraulischen Kolbensystemen mit einer gemeinsamen Leitung, bei welcher der
Druck beiden Systemen gemein ist, jedoch die Differenz bezüglich der beiden Kolbenflächen
eine Kraft und ein Bewegungshebelsystem für die gesagte Energie oder Arbeit bildet.
Somit können wenige Pond einer Kraft, die eine große Kolbenverschiebung erzeugen
und auf den kleinen Kolben einwirken, hunderte von Runden auf den zweiten und großen
Kolben bewegen, jedoch nur über eine entsprechend kürzere Entfernung.
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Wenn man eine Kraft auf eine Fläche eines Polstermaterials zur Anwendung
bringt, wird an Jeweils finden, daß sich diese Kraft auf einen größeren Flachenbereich
als die Ausgangs fläche verbreitert bzw. auagebreitet hat, wodurch eine Verminderung
des Flächendrucks stattfindet. Der Grund hierfür liegt darin, daß alle Materialien
gewisse divergente oder ausfächernde Eigenschaften haben, wodurch die Kraftvektoren
innerhalb des Materials sowohl senkrechte als auch querverlaufende Komponenten haben
werden. Dies ist eine Erfahrungstatsache, deren Ursache in verteilten
Biegemomenten
innerhalb des Materials liegt, und diese Tatsachen sind in der Materialprüfung und
Erforschung der Materialstärken bekannt. In analoger Weise kann der Effekt dieser
divergierenden oder ausfächernden Wirkung als Materialbrechung oder Refraktion betrachtet
werden.
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Dies bedeutet, daß jedes Polsterungsmaterial immer als die Impedanz
wandelnder Transformator wirkt, wobei die Impedanz an der Ausgangsseite immer großer
als die auf der Eingangsseite ist.
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Somit können die beschriebenen Polster als Impedanzanpassunstransformatoren
bei mechanischen Energieübertragungssysteme verwendet werden.
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Bei einem Energieübertragungssystem, bei dem die Quellenimpedanz nicht
an die Ausgangsinpedanz durch eine Art Impedanzanpassungsvorrichtung angepaßt ist,
findet aufgrund der Fehlanpassung eine Reflektion von Energie zurück zur Quelle
statt, und diese Reflektion muß in Form von Wärme vernichtet werden.
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Genau das gleiche Phänomen tritt auf, wenn ein Mensch bei einem Unfall
gegen den harten Teil eines Fahrzeugs schlägt. Die niedrige Impedanz des menschlichen
Körpers gelangt gegen die hohe Impedanz des Fahrzeuginneren, und aufgrund der Impedanzfehlanpassung
wird Energie zurück in den menschlichen Körpern reflektiert. Diese Energie muß als
Wärme auftreten, die nur dadurch erzeugt werden kann, daß Knochen oder Gewebeteile
des Menschen brechen bzw. zerstört werden.
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Fast der alleinige Grund für die Verletzung des Menschen und für seine
Tötung bei Automobilunfällen ist die Energiereflektion aufgrund der Impedanzfehlanpassung
zwischen dem menschlichen Körper und dem härteren Fahrzeug (oder Straße, wenn der
Mensch herausgeschleudert wird).
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Die Verletzung des Menschen bei einem Fahrzeugunfall kann durch drei
progressive Phasen charakterisiert werden: Phase 1: Gesamtertragungsvermögen: Der
menschliche Körper hat eine gewisse Gesamttoleranz bzw.
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Gesamtfähigkeit zur Ertragung von Verletzungen beim Aufprall, die
sich mit dem beim Aufprall betroffenen Körperteil ändert, die von der Art des Aufpralls
wie auch von der Kraft, Form und Härte des getroffenen Objekts abhängt. Diese menschliche
Toleranz bzw. Fähigkeit liegt immer vor, obwohl sie bei kleinen scharfen Objekten
mikroskopisch klein sein kann, wie also beim Aufprall des Auges, während sie beträchtlich
bei einem großen und weichen Objekt sein kann, welches beispielsweise den Bauch
trifft. Es wird jedoch angenommen, daß dies eine sehr kleine Zone ist.
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Phase 2: Scharfer Aufprall: Der Hauptgrund für Verletzungen liegt
im scharfen Aufprall" begründet, bei dem der menschliche Körper gegen einen kleinen
und harten Gegenstand schlägt. In dieser Phase mag nur ein kleiner Anteil von Abbremsarbeit
auftreten, es wird jedoch ein wesentlicher Anteil von kinetischer Energie in dieser
Verletzungszone umgewandelt in Biegemomente von Teilen des Körpers, die im Moment
überhaupt nicht behindert werden. Im schlimmsten Fall kann das gesamte Moment bzw.
der gesamte Schwung des Körpers auf die
kleine örtliche Verletzungsfläche
konvergieren. Dies erzeugt äußerst hohe Abbremsdrücke bzw. StoppdrUcke, und der
Körper muß örtlich sehr stark verletzt oder abgetötet werden.
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Es sei Jedoch bemerkt, daß nur ein kleiner Anteilyder gesamten Abbrems-
oder Aufhaltearbeit zur Wirkung kommt, vielleicht weniger als 10 %, jedoch kann
auch dies schon fatale Folgen haben, wenn die Arbeit örtlich konzentriert ist.
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Phase 3: Hauntabbremsarbeit: Nach der Phase des scharfen Aufpralls,
die verschiedene Teile des Körpers einbeziehen kann, wird die Hauptabbremsarbeit
beendet.
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Diese wird wahrscheinlich einen beträchtlichen Flächenbereich des
Körpers einbeziehen, und die Drücke können relativ niedrig sein.
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Dies wird auch auf die Verletzungszonen beim scharfen Aufprall zutreffen,
da der Bruch des menschlichen Körpers in diesen Zonen wachsende Widerstandsflächen
zur Folge hat. Der Mensch wird unglücklicherweise jedoch bereits verletzt oder getötet
sein, bevor diese Tatsache ihm irgenßetwas nutzen kann.
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Bisher wurden also die drei Tatsachen deutlich gemacht: 1. Um die
Verletzung des Menschen bei einem Fahrzeugunfall zu verhindern, muß die erforderliche
spezifische Abbremsarbeit 100 %ig auf das Fahrzeug selbst übertragen werden.
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2. Damit der Übergang der Abbremsarbeit 100 %ig erfolgen kann, muß
eine enge Impedanzanpassung zwischen dem weichen menschlichen Körper und dem härteren
Motorfahrzeug geschaffen werden und dies kann mit Hilfe von Polsterungen erreicht
werden, die gemäß obiger Beschreibung mechanische Impedanzwandlercharakteristiken
haben.
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3. Die Gefahr für die Menschen liegt in der zweiten Phase beim "scharfen
Aufprall bei der vielleicht nur die ersten 10 % der Hauptabbremsarbeit geleistet
werden, und wenn der Mensch diesen anfänglichen scharfen Aufprall überleben kann,
wird er höchstwahrscheinlich nicht verletzt werden, wenn der größte Anteil der Bremsarbeit
zur Wirkung kommt.
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All dies bedeutet, daß es wesentlich ist, die Impedanztransformation
durchzuführen, bevor der scharfe Aufprall" zur Wirkung kommen konnte, und im Prinzip
die Phase des scharfen Aufpralls kurzzuschließen, so daß nur die dritte Phase für
die Hauptabbremsarbeit nach der mechanischen Impedan ztrans formation eingeschlossen
ist bzw. auftritt, wenn die Abbremsarbeit also hoch ist, jedoch die Abbremsdrücke
auf den menschlichen Körper aufgrund hoher BelastungsRlEchen niedrig sein werden.
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Durch die Erfindung wird ebenfalls ein Motorfahrzeug vorgeschlagen,
welches mit einer Schoßbank ausgerüstet ist, die Polsterungen der vorher beschriebenen
Art aufweist bzw. enthält, und bei dem ein unten liegendes Formteil vorgesehen ist,
welches selbst weitere Eigenschaften hinsichtlich Energieabsorption und Energievernichtung
hat.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird ein Motorfahrzeug vorgeschlagen,
bei dem der Teil der Anatomie des Insassen, der gegen die Polsterung schlägt, einer
Stoßverzogerung unterworfen wird, die nicht 40& übersteigt, und nach einem Weg
von weniger als 5,5 cm zur Ruhe kommt.
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Nach einem anderen Merkmal der Erfindung enthält die Schoßbank ein
Hauptvolumen und ein Oberflächenvolumen, die beide aus Materialien mit sehr unterschiedlichen
energieabsorbierenden Eigenschaften bestehen.
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Vorteilhaft wird die Aufprallenergie eines Insassen beim Auftreten
einer starken Fahrzeugverzögerung ausgenutzt, um die Verschiebung von Schutzeinrichtungen
in eine Lage in den Bewegungsweg des Insassen zu bewirken.
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Das Motorfahrzeug hat zweckmäßig ein Steuerrad, welches teilweise
mit einem umgebenden Rahmenwerk versehen ist, des mit stoßsbsorbierendem Material
bedeckt ist, wobei diese Hülle bzw. Umhüllung mit Eintrittsöffnungen für die Arme
des Fahrers versehen ist, um diesem die Möglichkeit zu geben, das Steuerrad zu ergreifen.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung hat das Motorfahrzeug ein
Polstersystem, welches geometrisch so angeordnet und geformt ist, daß es den Insassen
für den Fall einer starken Fahrzeugverzögerung in der menschlichen Sprungstellung
abstoppt.
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Das Polsterungssystem für das Motorfahrzeug kann auch geometrisch
und kinetlsch so angeordnet werden, daß es den Aufprall des Insassen progressiv
von den Füßen aus nach oben aufnimmt, also in folgender Reihenfolge: Füße, Unterschenkel,
Oberschenkel, Becken, Bauch, Brust und Kopf.
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Das Motorfahrzeug kann außerdem mit einer Fußbank ausgerüstet werden,
die so angeordnet und angebracht wird, daß sie sich beim Aufprall nach vorne bewegt,
um die Möglichkeit zu verringern, daß der Insasse in die Tauchstellung steigt.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann bei einem Motorfahrzeug
zumindest ein Teil des Sitzes des Insassen auf Gleiteinrichtungen montiert sein,
so daß der Sitz für den Fall starker Fahrzeugverzögerung nach vorne bewegt wird
und der Insasse in einer gesteuerten bzw. vorgesehenen Lage gegen die Polsterungen
gedrückt wird.
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Die Gleiteinrichtungen für die Fußraste und den Sitzteil können in
einem Winkel zur Horizontalen so angeordnet sein, daß bei einem Aufprall der befestigte
Teil ansteigt und die Schenkel des Insassen gegen den unteren Teil einer oder der
Schoßbank stoßen läßt. Der Insasse wird, wie es gewünscht ist, für eine vorher festgelegte
Zeitdauer zurückgehalten bzw. festgehalten und für den Fall des Überrollens geschützt,
falls eine zweite oder spätere Kollision stattfinden sollte.
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Die Steuerung des Fahrzeugs wird durch ein System von Rolleneinrichtungen
geschaffen, die durch ein kontinuierliches Antriebsglied untereinander verbunden
sind, wobei eine der Rolleneinrichtungen auf einer Steuersäule so befestigt ist,
daß durch ihre Verdrehung die Säule zwecks Steuerung des Fahrzeugs verdreht wird.
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Ein mittleres Polster zur Verhinderung des Aufpralls der Brust
ist
an der Achse der Steuersäule befestigt, und ein Steuerradrand ist in Bezug auf das
mittlere Kissen flexibel angeordnet, so daß im Fall eines Aufpralls der Rand gegen
den Federdruck auf eine niedrigere Höhe als die Polsterung gedrückt wird.
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Das Motorfahrzeug kann mit einer Rumpfkapsel zur Aufnahme der Fahrzeuginsassen
versehen sein, die auf Rampen des Fahrzeugchassis befestigt ist, und zwar so, daß
es im Fall einer starken Fahrzeugverzögerung auf den Rampen bewegt werden kann und
auf diesen reitet.
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Das Motorfahrzeug kann zusätzlich mit einer Zusatzeinheit ausgerüstet
werden, die aus einem Sitz besteht, dessen Rückenteil nach oben über die Höhe des
Kopfes eines Kindes erstreckt ist, während vor dem Kind ein kissenartiger Puffer
oder eine gepolsterte Bank vorgesehen ist.
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Außerdem sind Einrichtungen zum Schutz der hinten sitzenden Insassen
eines Motorfahrzeugs vorgesehen, die aus einem Kissen oder Puffer bestehen, der
geeignet an die hintere Seite der Vordersitze angepaßt werden kann, um deren gesamte
Rückseite zu umgeben, und der einen nach hinten gerichteten gepolsterten Teil aufweist,
der für den Fall eines Unfalls den Körper eines hinteren Insassen empfangen und
abpolstern soll.
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Das Motorfahrzeug kann mit einer einheitlichen Anordnung aus Formteilen
mit gepolsterten Überzügen versehen werden, die geeignet am Armaturenbrett oder
ähnlichen Teilen vor den vorn sitzenden
Insassen des Motorfahrzeugs
angebracht werden, jedoch andererseits so aufgebaut sind, daß sie den Effekt Kissen-Puffer
erfüllen.
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Das Motorfahrzeug kann erfindungsgemäß weiterhin so ausgebildet werden,
daß seinem Steuerrad eine Kissen- oder Puffereinheit zugeordnet wird.
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Die Erfindung wird Jetzt zwecks näherer Erläuterung anhand einiger
in der anliegenden Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher beschrieben.
Es zeigen: Fig. 1 ein erläuterndes Schaltbild zur Darstellung der mechanischen Impedanzanpassung,
Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Umhüllung für das Steuerrad, Fig. 3 eine
perspektivische Ansicht der Umhüllung nach Fig. 2, Fig. 4 einen Querschnitt durch
Schutzeinrichtungen, die beim Aufprall in eine schützende Lage bewegbar sind, Fig.
5 und 6 schematische Seitenansichten eines Sitzes, Fig. 7 bis 9 Ansichten einer
Steuereinrichtung als Ersatz für ein herkömmliches Steuerrad, Fig. 10 bis 12 Ansichten
einer Polsterkonstruktion für ein herkömmliches Steuerrad, Fig. 13 bis 21 Ansichten
eines Fahrzeugs mit einer auf Rampen gelagerten Rumpfkapsel und Fig. 22 bis 25 Ansichten
verschiedener Zusatzeinheiten für eine schützende Polsterung.
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Um in weniger allgemeinen Ausdrücken die Schaffung der mechanischen
Impedanzanpassung unter Verwendung tiefer Mehrfunkt ionenpol 5 teruni zu erläutern,
wird Jetzt Bezug auf Fig. 1 genommen, die eine
elektrische Analogeschaltung
darstellt, wobei angenommen wird, daß die Lagenflächenlastverteilung bzw. Lastausbreitung
vierfach pro Lage ist, wie oben erwähnt wurde.
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In der Zeichnung stellen die drei Transformatoren Tl, T2 und T3 die
drei Phasen der Flächenbelastungsverteilung bzw. FlEchenlastausbreitung dar, wobei
die Impedanz des Systems von T1 nach T3 ansteigt. Die drei Widerstände R1, R2 und
R3 stellen eine gewisse Energievernichtung bzw. Energieverbraucher oder den gesamten
Verletzungsübergang bzw. Schadenübergang bei der Phase scharfer Aufprall" dar.
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R4 stellt die Endimpedanz des Fahrzeugs dar, gegen die die Polsterungen
schlagen und die die Hauptabbremsarbeit und höchstwahrscheinlich den größten Anteil
(bei starken Stoßen) des Schadenübergangs aufnehmen muß.
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Mit tiefen Polsterungen findet eine Umwandlung einer Biegung zu einer
Kompression wegen der Impedanz des menschlichen Körpers statt, und dies bewirkt
ein weiterer Impedanzanpassungstransformator T4 mit einem Impedanzanstieg von etwa
25 : 1.
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Die Impedanz des menschlichen Körpers ist mit R5 angedeutet.
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Bei dem gegebenen System würde die Impedanztransformation etwa sein:
25 x 4 x 4 x 4 = 1600.
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Es wird weitere wissenschaftliche Arbeit erforderlich sein, um den
optimalen Wert für die Transformationsverhältnisse zu ermitteln,
Jedoch
bedeutet das obige Beispiel, daß der Körper auf Objekte gestoßen bzw. geschlagen
werden kann, die 1600 mal so steif und stark wie der menschliche Körper ist, wobei
ein vollständiger Schadenübergang bzw. ein Übergang der Verletzungsenergie ohne
eine Verletzung des Menschen stattfindet.
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Es wird jetzt Bezug auf die Fig. 2 und 3 genommen. Experimentelle
Arbeit hat gezeigt, und es wird auch noch später beschrieben, daß ein stoßabsorbierendes
Kissen 1 oder eine Pufferumhüllung um das Steuerrad 2 in einer Dicke von 7,5 cm,
die auf einem starren oder halbstarren geformten Rahmen 3 befestigt ist, ausreicht,
um den Aufprall des menschlichen Körpers einschließlich des Schadens aufzunehmen,
ohne daß eine Fraktur hervorgerufen wird. Während das Polster 1 eine einzelne Lage
mit mehr Funktionen sein kann, deren Steifheitsmerkmale progressiv von der Außenseite
nach innen ansteigen, kann das Polster andererseits auch aus drei unterschiedlichen
Lagen la, lb und lc bestehen, welche die gleichen Steifheitseigenschaften wie eine
Polsterung aus einer einzelnen Lage bilden. Andererseits kann die Polsterung l wiederum
auch aus einem zweilagigen Aufbau bestehen, wenn man eine Möglichkeit findet, die
drei Grundfunktionen in nur zwei Lagen zu verwirklichen. Der Rahmen 3 ist nur zur
Verdeutlichung gezeigt und kann durch jeden beliebigen Teil des Fahrzeugs gebildet
werden, das die vierte Funktion erfüllt. Eine solche Anordnung gibt die Möglichkeit,
daß der Puffer hohl ausgebildet und mit Eintrittsöffnungen oder Armlöcher 4 versehen
werden kann, die den Einbau und die Einpassung eines herkömmlich angeordneten Steuerrads
zulassen, wodurch der Fahrer das Rad auf übliche Weise für Steuerzwecke halten kann,
während er vollständig durch den Puffer
geschützt ist, und zwar
insbesondere durch das Vorhandensein der Polsterung 5, die beim Zusammenstoß den
Aufprall des Bauches und der Brust auffängt, während die Fläche 6 den Aufprall der
Schultern des Insassen abfängt.
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Bei einem Zusammenstoß ändert sich die normale Lage bzw. Haltung des
Fahrers 7 in die gestrichelt dargestellte Haltung 8, bei der die Arme nach vorn
in den Pufferhohlraum 9 geworfen sind.
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Die Bezugsziffer 10 zeigt ein Paneel für die Kontroll- und Schalteinrichtungen
des Fahrzeugs, wie z. B. Zündschalter und Lichtschalter, und diese Einrichtungen
werden durch eine gepolsterte Wandung 1 geschützt, um Verletzungen der Hände zu
verhindern, weil die Instrumentensteuereinrichtungen somit hinter der Polsterung
bzw. ausgenommen in der Polsterung liegen.
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Wegen dieser Einrichtungen kann ein relativ herkömmliches Steuerrad
und eine herkömmliche Instrumentensteuereinrichtung beibehalten werden, während
der Fahrer bei einem Zusammenstoß gegen Berührung mit diesen Teilen geschützt ist.
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Es ist verständlich, daß die Formgebung verschiedene Abwandlungen
zuläßt, um dem Puffer eine optimale Kontur in Bezug auf seine Polsterfunktionen
zu geben, und somit kann beispielsweise die Fläche 5 in eine konkave Form gebracht
werden, um mit der im wesentlichen faßförmigen Brust des Fahrers übereinzustimmen.
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Bei Verfolgung einer Reihe von experimentellen Tests wurde jetzt das
nachfolgend erläuterte vorteilhafte System aus Polstermaterialien
entwickelt,
wie es beispielsweise beim Puffer angewendet werden kann. Beim Studium der Verletzungen
des menschlichen Körpers durch Fahrzeuge hat sich herausgestellt, daß der Schädel
des Menschen der im höchsten Maß zerbrechliche Teil des Körpers ist, und wenn somit
eine zufriedenstellende Polstertechnik zur Verhinderung der Verletzung des Schädels
geschaffen werden kann, so wird-die allgemeine Anwendung dieser Technik höchstwahrscheinlich
ausreichen, auch andere Teile des Körpers zu schützen.
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Man hat ein simuliertes Modell des menschlichen Schädels hergestellt,
indem man Glaskugeln bzw. Glasgloben von etwa 20 cm Durchmesser und einer Wandstärke
von 1 mm genommen hat und diese mit einer Mischung aus Wasser, Gelatine und Sand
gefüllt hat, um das Gewicht des Kopfes von etwa 9 Pfund nachzuahmen. Diese Kopfform
wurde beschrieben unter "Abschnitt S 3.1 auf Seite 19 721 des U.S. Federal Register
VolVme 33, No. 250." Ein solcher simulierter Schäden wird zerspringen, wenn er um
1,5 cm auf eine harte Oberfläche fallengelassen wird, wie z. B.
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auf Zement, und es scheint so, als wenn dieser künstliche Schädel
viel zerbrechlicher als der menschliche Schäden ist, wie bereits erwähnt wurde.
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Der simulierte bzw. nachgeahmte Schäden wurde aus ansteigenden Höhen
auf unterschiedliche Anordnungen aus Polstermaterialien fallengelassen, und es hat
sich eine bevorzugte Anordnung herausgestellt, die einen Fall aus 2 m auf 7,5 cm
dicke Materialien widerstehen kann, wobei eine schätzungsweise bei 4 cm liegende
Polsterverformung auftritt, was insgesamt einer Verzögerung von
etwa
54G entspricht, wobei G die normale Gravitationakonstante von 9,78 m/sek2 ist. Dieses
Ergebnis ist besser als andere Beschränkungen bzw. Schranken des menschlichen Körpers
in Bezug auf den Stoßwiderstand zulassen, und somit wird eine Polsterung von 7,5
cm Dicke vorgeschlagen, da diese dann Jeden Bruch des Schadens verhindern würde.
-
Eine bevorzugte Anordnung besteht aus den drei 2,5 cm starken Lagen
aus geschäumtem Isocyanatmaterial von ansteigender Steifheit wobei die weicheste
Lage la auf der Außenseite oderBAurprallseite liegt und diese Anordnung die ungewöhnlichen
Eigenscharten aufweist, durch die ein Zurückspringen eines schweren Objekts beim
Aufprall verhindert wird. Das Experiment hat gezeigt, daß ein Zurückspringen um
2,5 cm bei einem Fall aus 2 m eine typische Erscheinung ist. Dies wird so betrachtet
bzw. gedeutet, daß dieser Mangel an Zurückspringen darauf zurückzuführen ist, daß
die drei Lagen unterschiedliche Steifheiten oder natürliche Federmaße haben, und
somit interferieren bzw. beeinflussen sich diese unterschiedlichen Maße bzw. Federgrade
gegenseitig, wodurch verhindert wird, daß sie wie ein einzelner federnder Körper
wirken, der Energie absorbieren und dann diese Energie in einem einzelnen definierten
Moment wieder abgeben kann, wodurch das Zurückspringen hervorgerufen wird.
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Xquivalente Ergebnisse hat man sowohl mit einzelnen als auch mit zusammengesetzten
Materiallagen erreicht, wenn eins oder mehreredieser Materialien widerstandsverbrauchende
Merkmale aufweisen bzw. beinhalten die in der Kunststoffverarbeitung allgemein
bekannt
sind, wobei ein typisches derartiges Material geschäumtes Polyurethan ist.
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Die Form läßt zu, daß die Hände auf dem Steuerrad während des Aufpralis
als Stoßsystem verbleiben können, und dieses kann durch eine getrennte bzw. gesonderte
Greifstange in der Nähe des Steuerrads ergänzt werden, falls dies erforderlich oder
wünschenswert erscheint.
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Die Grenze der Polsterungen für den Schutz gegen Verletzung und insbesondere
gegen Erschütterungsschäden wird durch die sogenannte Patrick-Kurve gegeben, wie
es hervorgeht aus einem Aufsatz von Lawrence Patrick "Human tolerance to impact-basis
for safety design", erschienen in Society of Automotive Engineers Paper No. 1003
B. Diese Kurve zeigt die höchst zulässigen Aufprallwerte G mit zugehörigen Zeitdauern
auf, und einige typische Punkte sind folgende: G Zeit in ms 150 3 125 4 100 5 75
10 50 30 45 unbegrenzt Das beschriebene System setzt voraus, daß die Insassen der
Motor-Fahrzeuge bei einem Zusammenstoß gegen die Polsterungen geworfen werden und
daß der menschliche Körper eine starke Verzögerung hierbei erleidet, und es geht
aus der Patrick-Kurve klar hervor, daß es wesentlich ist, daß die Aufprallwerte
und Aufprallzeitdauern gewisse Werte nicht überschreiten, die in der obigen Tabelle
als typisch wiedergegeben sind.
-
Außerdem ist es wesentlich, daß der menschliche Körper kein Wippen
oder Zurückspringen erleidet, d. h., die Effekte der sogenannten "zweiten Kollision"
beim Aufschlagen auf die Polster, wodurch sonst die Verzögerungskräfte und Verzögerungszeitdauern
erhöht würden.
-
Die meisten Polstermaterialien haben eine für diesen Zweck entgegengesetzte
Charakteristik dadurch, daß ihre Widerstandscharakteristik sich der einer Feder
annähert, da der Wide-rstand dazu neigt, zur Eindringtiefe proportional zu sein,
und dies bedeutet wiederum, daß der Widerstand bei einem Maximum an Eindringtiefe
am größten ist. Die Gleichung für die Bewegung und den Kraftausgleich für die Verzögerung
ist R = M x r, in der R der Widerstand des Polsters, M die Masse des das Polster
berührenden menschlichen Körpers und r die Verzögerung der Masse ist. Hieraus geht
klar hervor, daß solche Polstersysteme eine ansteigende Verzögerung erzeugen, die
ihre Spitze bzw. ihren Höchstwert bei vollem Eindringen erreicht, und somit sind
die Verzögerungsspitzenwerte höher als sie gewesen sein mußten, wenn die Verzögerung
einen konstanten oder nahezu konstanten Wert hätte. Eine derartige konstante oder
etwa konstante Verzögerung kann durch Verwendung von Polsterungen sichergestellt
werden, die eine Charakteristik bezüglich der Widerstandsvernichtung bzw.
-
Dissipation haben, die unabhängig von der Eindringtiefe ist, und mit
Hilfe dieser Einrichtungen können Spitzenverzögerungen nahezu halbiert werden im
Vergleich zu einem Polstersystem, dessen Widerstands charakteristik proportional
zum Eindringen bzw. zur Eindringtiefe ist.
-
Gemäß der ECrinpung werden zu diesem Zweck Polstermaterialien verwendet,
die eine konstante Widerstandscharakteristik oder eine Charakteristik haben, die
konstanter ist als die linear ansteigende Widerstandscharakteristik, die vorher
erwähnt wurde und potentiell Kehr Verletzungen hervorruft.
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Ein solches typisches Material ist stark geschäumtes Isocyanat, auf
das oben hingewiesen wurde, und die folgende Tabelle gibt einige kennzeichnende
Angaben für einen Widerstand gegen einen ylindrischen Gegenstand von 2,5 cm Durchmesser,
wenn ein solches Material durchdrungen wird: Eindringtiefe in mm Widerstandskraft
in kp 6,35 10,4 12,7 11,35 2t5,4 14,5 38,1 14,95 50,8 15,4 Aus dieser Tabelle geht
hervor, daß zwischen den Eindringtiefewerten von 6,35 und 50,8 mm ein iCrartanstieg
im Verhältnis von nur 1,48 vorliegt, während bei einem Material mit linear ansteigender
Charakteristik ein im Verhältnis achtfaches Ansteigen der Kraft vorliegen würde.
-
Für die Gleichwertigkeit der gesamten vernichtenden Abbremsarbeit
bei den beiden unterschiedlichen Systemen kann gezeigt werden, daß die Spitzenverzogerung
bei Verwendung eines nahezu konstanten Widerstandssystems nach obiger Beschreibung
nur ungefähr 55 % von der beträgt, die bei Verwendung einer herkömmlichen Polsteranordnung
vorliegt,
die eine linear mit der Eindringtiefe ansteigende Widerstandscharakteristik hat.
-
Diese sehr erwünschte relativ konstante Widerstandscharakteristik
zur Erzielung entsprechender relativ konstanter Verzögerungen wird dargestellt durch
die Eigenschaften von starren Isocyanatschäumen, die mehr einen Widerstand gegen
Abscherung als gegen zusammendrückende Kräfte entwickeln, und somit erfolgt der
Widerstandszusammenbruch solcher Materialien mehr in rechten Winkeln zur Richtung
der angewendeten Kräfte als entlang der:chse solcher Kräfte. Da außerdem der Widerstand
in Richtung des axialen Zusammenbruchs durch progressives Zusammenbrechen von starren
Zellen erfolgt, steigen diese axialen Kräfte nicht an bis die Polsterung nahezu
völlig durch die Eindringkraft auf den Boden gedrückt bzw. zusammengedrückt ist,
und dies kann dann auftreten, wenn nur 10 % des Materials zurückbleibt und dieses
fest gegen eine starre Rückenplatte zusammengedrückt ist, die in den Fig.
-
2 und 3 mit der Bezugsziffer 3 versehen ist.
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Indem man eine starre Rückenplatte 3 aus einem stark perforierten
oder gerippten Material, wie z. B. aus expandiertem oder geschlitztem Metall, herstellt,
kann außerdem sogar das zusammengedrückte Material in den freien Raum ausweichen,
der durch die Löcher der Perforationen oder zwischen den Rippen der Druckplatte
gebildet wird.
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Die Fig. 4 zeigt ein System, bei dem Schutzvorrichtungen in eine Schutzlage
beim Aufprall bewegt werden.
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Bei diesem System kann eine Schoßbank 11 aus drei Polsterlagen lla,
lib und llc bei einem Aufprall frei nach vorn bewegt werden um einen Abstand von
beispielsweise 7,5 cm, wobei die hintere Fläche 12, also der der Windschutzscheibe
am nächsten liegende Teil, somit Luft aus dem unteren Teil eines mit Luft aufgeblasenen
Beutels bzw. einer Tasche 13 aufgrund eines Drucks gegen eine starre Querwand 14
drückt. Die Tasche 13 hat einen vorzugsweise nicht elastischen Aufbau und wird wie
ein Reifenschlauch auf einen niedrigen Druck von etwa 0,14 kg/cm2 über ein herkömmliches
Reifenschlauchventil aufgeblasen.
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Die komprimierte Luft entweicht aufgrund eines Kollisionsdrucks durch
ein Einwegeventil 15 in einen elastischen Beutel bzw. eine Taschenkonstruktion 16,
die mit der Tasche 13 dicht verbunden ist und aufgrund ihrer elastischen Eigenschaften
ihren Innenraum aufbläst und sich expandiert, wie durch die gestrichelte Linie bei
1? angedeutet ist, wodurch der Insasse gegen ein Aufschlagen auf die Windschutzscheibe
18 geschützt wird. Somit erzeugt insgesamt der Effekt des Aufpralls des Menschen
auf die Bank 11 eine ballähnliche Schutzvorrichtung 17.
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Andererseits kann die Versetzung bzw. Verschiebung der Schoßbank 11
bei einem Zusammenstoß ein mechanisches Hebelsystem betätigen, welches so angeordnet
und aufgebaut sein kann, daß es Schutzpolster aus der Stellung 13 in die Stellung
17 bringt, und ein solches Hebelsystem erfordert mechanisch wirkende Einrichtungen
zur Übersetzung bzw. Vergrößerung der Verschiebung.
-
Das Grundprinzip besteht also darin, daß die Aufprallenergie -des
Insassen verwendet wird, um die Verschiebung von Schutzeinrichtungen in günstigere
Lagen zu bewirken, und es ist verständlich, daß ein derartiges System auch bei anderen
Fahrzeugteilen zur Anwendung gelangen kann.
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Die Systeme, die in den Zeichnungen dargestellt sind, haben einen
doppelten Vorteil in Bezug auf den Aufprallschutz, weil sie nicht nur Schutzvorrichtungen
in günstigere Lagen bringen, sondern da auch der gesonderte Kompressionsweg der
Schoßbankbewegung ebenfalls die Aufprallkräfte auf den menschlichen Körper im Bereich
der Schoßbankfläche reduziert.
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Wenn die gesamte Schoßbank auf einem flexiblen aufgeblasenen Beutel
basiert bzw. gelagert wird, so ergibt sich klar, daß dieser Aufbau direkt ausgenutzt
werden kann, um die Funktion des Teils 13 in den Zeichnungen zu ersetzen.
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Das Einwegeventil 15 soll sicherstellen, daß das elastische Aufblasen
von Stellung 16 zu 17 für eine gewisse Zeitdauer nach dem Aufhören der Aufprallkräfte
aufrechterhalten bleibt, wodurch beträchtlich die Reaktionssteifheit des Systems
reduziert wird, die andernfalls Wippeffekte hervorrufen würde. Das System baut sich
selbst wieder auf bzw. stellt sich selbst wieder her durch einen langsamen Rückstrom
durch das Ventil 15 oder durch eine zugeordnete ständige kleine öffnung, die parallel
zum Ventil 15 wirkt.
-
Die beschriebenen Systeme haben ihre volle Berechtigung aufgrund der
Kollisionsträgheitskräfte des Insassen eines Fahrzeugs, jedoch können bei einem
abgewandelten System solche Krafte verwendet werden, um nur angetriebene Systeme
zu triggern, die den gleichen Effekt hervorrufen, wobei eine solche Systemkraft
beispielsweise durch Itomprimierte Luft oder vorgespannte Federn bereitgestellt
werden kann, so daß der Aufprall einen Triggerschalter diese Kraft freigeben läßt
und die Verschiebung eines gegepolsterten oder weichen Aufbaus in günstige Lagen
zum Schutz des Menschen bewirkt.
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Um den verhältnismäßig hohen Abbremsdruck bzw. Anhaltedruck auf die
Brust und den oberen Bauch bei einem Unfall zu verringern, ist es sehr erwünscht,
eine größere Hemmwirkung bzw. bzw'Haltewirkung in Bezug auf den Beckengürtel und
die Beine, insbesondere auf die Schenkel, auszuüben. Dies erzeugt eine größere aesamthemmwirkung
auf den Körper vom Beckengürtel abwärts und behindert weiterhin jede Tendenz, den
Fahrzeuginsassen nach oben und durch die Windscheibe zu werfen oder ihn mit diesen
Teilen in Berührung tu bringen.
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Die Fig. 5 stellt dieses Problem zeichnerisch dar. Die oberen Teile
der Schenkel 19 des Insassen müssen nahezu horizontal wie eine Verlängerung der
horizontalen Lage des Sitzes 20 verlaufen, und die Polsterung 21 mit ihren drei
Lagen 21a, 21b und 21c oberhalb der Schenkel muß ebenfalls im wesentlichten horizontal
bei 22 verlaufen, um den Schenkeln genügend freien Raum zu lassen.
-
Die Polsterung muß tatsächlich parallel zu d cnen liegen, und
dies
bedeutet, daß bei einem-nach vorn verlaufenden Aufprall der menschliche Körper im
Beinbereich um eine beträchtliche Entfernung nach vorn bewegt werden muß bis die
Tangente des leicht nach unten abgewinkelten Beins-, die Berührung der Polsterung
mit der oberen FlEche der Schenkel- verursacht.
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Fig. 6 zeigt schematisch einen Vorschlag zur Lösung dieses Problemes.
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Der Fahrzeugsitz 20 liegt auf Gleiteinrichtungen oder Läufern 23,
die am Boden befestigt sind, und, ist gemäß der DarateXling an der Zwischenfläche
24-so geneigt, daß bei einer VorwärMskollision die Trägheit des Sitzes im Einklang
mit der Trägheit der nach vorne gerichteten Bewegung des menschlichen Körpers das
Anheben des Sitzes um die Tangente des Winkels zur Folge hat, so daß die Scherikel
stark in-Berührung mit der unteren Fläche der Polhsterung gelangen, wie gestrichelt
durch die Linien 19a und 20å gezeigt ist, durch welche die Aufprallage der Schenkel
und des Sitzes jeweils dargestellt sind.
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Auf diese Weise kann der menschliche Körper quasi fest verkeilt und
zurückgehalten bzw. gehemmt werden, und zwar aufgrund des Drucks zwischen dem Sitz
und dem unteren Teil des Polstersystems.
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Man wünscht, daß der Fahrzeuginsasse so in der in Fig. 6 gezeigten
Lage -bei zweiten späteren Kollisionen oder bei Überrollvorgängen bzw. beim Uberschlagen
gehalten wird, und somit ist der Keilsitz 20 vorzugsweise mit Einrichtungen zum
Sperren und Halten des Sitzes in seiner höchsten beim Zusammenstoß erreichten Lage
versehen. Dies wird schematisch und beispielsweise durch eine
Ratschenstange
25 und eine Klinke 26 erreicht, die durch eine Spannfeder 27 gehalten wird. Es ist
offensichtlich, daß hier auch jede gleichwirkende Anordnung verwendet werden kann,
die zur Erzielung der gleichen Wirkung geeignet ist. Solche geeigneten Vorrichtungen
sind sehr zahlreich und dem Fachmann im einzelnen bekannt. Es müssen auch Einrichtungen
vorgesehen werden, um den Insassen nach Beendigung des Zusammenstoßes wieder frei/zu/lassen,
Das vorher beschriebene System kann ebenfalls als Einrichtung zur Einstellung der
Bewegungsfreiheit der Schenkel verwendet werden, wenn die normale Situation vor
einem Unfall vorliegt, so daß eine Einstellung derart vorgenommen werden kann, daß
die Schenkel verschiedener Personen einen relativ konstanten Abstand zur Unterfläche
der Polsterungen hat. Dies wird so durchgeführt, daß der Sitz auf seiner Keilbasis
in eine vorbestimmte Anfangsstellung geschoben bzw. gehoben wird.
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Bei einem geeigneten Ausführungsbeispiel ist die Rückenlehne 28 des
Sitzes in Form eines aufblasbaren Beutels ausgebildet, der ein Aufblasventil 29
beliebiger Art und eine Öffnung 30 zum langsamen Luftaustritt hat, die normalerweise
durch einen Stopfen 31 auf einem hinteren Träger 32 verschlossen ist. Wenn sich
der Insasse bei einem Zusammenstoß nach vorn bewegt, wie in Fig. 6 gezeigt ist,
so wird der Stopfen 31 aus der Öffnung 30 entrernt, wobei die Luft langsam aus dem
Beutel 28 ausströmt, um die Möglichkeit zu geben, den Insassen aus seiner Haltestellung
berreien zu können. Die Tasche bzw. der Beutel selbst wird mit Hilfe von Gurten
33 in Bezug auf die StUtze 24 festgehalten.
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Der Stopfen 31 kann auch von der Rücklehne getrennt vorgesehen werden
und mit dieser durch ein nicht -gezeigtes Band verbunden sein.
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Es sollten ebenfalls Einrichtungen für die Füße des Insassen vorgesehen
werden, und hierfür werden ähnliche Gleiteinrichtungen mit Keilwirkung geschaffen,
wie es entsprechend beim Sitz vorgesehen wird, und diese Einrichtungen bestehen
aus einer Fußstütze 34, die auf Gleitmitteln ode.r.Lau£.rltchen bzw. Laurern 35
befestigt ist, welche wiederum am Boden festgelegt sind. Wenn es erwünscht ist,
können Klinken- und Ratscheneinrichtungen 36,37 und 38 vorgesehen werden, um die
Fußstütze in der vorderen Stellung fest zusetzen, wie es ähnlich bei der Sperrvorrichtung
für den Sitz der Fall ist.
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Es ist zweckdienlich, folgende Ausführungen bezüglich des Ablaufs
des Aufpralls des Körpers auf eine gepolsterte Stoßbank hinzuzufügen.
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Der menschliche Körper ist so gebaut und entwickelt, daß er primär
Stöße in seiner natürlichen Umgebung in einem Schwerefeld und insbesondere Stöße
ertragen kann, die aufgrund eines Fall unter dem Einfluß der Schwerkraft hervorgerufen
werden. Dies kann beispielhaft durch einen Sprung aus geringerer Höhe erläutert
werden, den man unter der Voraussetzung ohne Verletzung durchführen kann, wenn der
Springer mit den Füßen zuerst auftrifft und die nachfolgenden Glieder des Körpers
den Füßen ausweichen, und zwar..durch Biegung der Fußgelenke, der Knie- und Hürtgelenke
und der Muskeln, die diesen Gelenken zugeordnet sind, wobei
z schen
)L'rf.'inanderfolgenden Gelenken der Aufprall teilweise durch ausgeübten Widerstand
und teilweise durch eine Anpassung an die aurtretenden Kräfte abgefedert bzw. aufgenommen
wird.
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Somit nutzt die schematische Anordnung nach Fig. 6 dieses Prinzip
der Stoßabsorbierung bei einem mit den Füßen zuerst erfolgenden Aufprall auf, der
dem menschlichen Körper von Natur aus eigen und gewohnt ist, und zwar im Verhältnis
zu Schwerefeldern im Fall des in einem Kraftfahrzeug sitzenden Insassen.
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Das erste wesentliche Merkmal besteht darin, die Fußraste so anzuordnen,
daß bei einem Aufprall aufgrund eines Zusammenstoßes diese Fuiraste die erste Einrichtung
ist, die mit dem Abbremsen des menschlichen Körpers beginnt, während hiernach zusätzlich
die Geometrie und die Abmessungen der Schoßbankpolsterung so zu wählen sind, daß
der menschliche Körper sie in folgender Reihenfolge der Glieder berührt: Knie, Schenkel,
Harten, Bauch, Brust und Kopf. Mit Hilfe dieses progressiven Abstoppens durch die
Polsterungen, wobei man zuerst von den Füßen ausgeht, ahmt man einen Aufprallahlauf
ab, der auf die natürliche Fähigkeit des Menschen abgestellt ist, einem Stoß zu
widerstehen, wenn er in einem Schwerefeld fällt oder "springtn. Diese Anordnung
benutzt also die naturgegebene sichere Sprungstellung des menschlichen Körpers.
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Aufgrund dieser Tatsache ist die Stellung des Körpers genau die gleiche
vor dem Zusarmenprall als auch dann, wenn der Körper die Polsterungen nach dem Zusammenstoß
berührt. Die besondere Wichtigkeit dieses Systems liegt darin, daß das Gesamtsystem
in einer völlig gesteuerten und kontrollierbaren Geometrie
arbeitet,
so daß der Formgeber rür-ein solches System genau weiß, wo der menschliche Körper
mit dem Polstersystem in Berührung gelangt, und hierdurch kann die Form im Detail
bezüglich der Polstereigenschaften geeignet an die verschiedenen Teile des Körpers
angepaßt werden.
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Der Gesamteffekt dieses natürlichen Aufprallablaufs und der Abbremsung
des Körpers liegt darin begründet, daß die Abbremskräfte progressiv während des
Aufprallablaufs verringert werden, so daß die nach vorn gerichtete Aufprallgeschwindigkeit
der oberen Körperteile, insbesondere der Brust und des Kopfes, viel geringer ist,
als es sonst der Fall wäre, und weil der Kopf des Menschen der am ehesten verletzbare
Körperteil ist, wird das Risiko der Kopfverletzung entsprechend verringert.
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Was die Verletzung des Kopfes anbelangt, so ist das Polstersystem
für die Schoßbank mit dem dreilagigen vorher beschriebenen System so ausgebildet,
daß bei einem Aufprall eines künstlichen Kopfes mit einer Topfform, die im Abschnitt
S 3.1, Seite 19 721 des wU.S. Federal Register Volume 33", Nummer 250, beschrieben
ist, die Polsterung keine größere Aufprallverzögerung als 40G noch einen Abbremsweg
von weniger als 5,5 cm zuläßt.
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Die Erfindung hat ebenfalls zum Ziel, das herkönliche Steuerrad eines
Motorfahrzeugs durch ein System aus Rollen oder dgl. zu ersetzen, die durch ein
kontinuierliches Antriebsglied miteinander verbunden sind, wie z. B. durch einen
Gurt, eine Kette, ein Seil oder dgl., wobei eine der Rollen an der LlnkAsaule oder
einem
anderen Glied zur Übertragung des Steuermoments befestigt ist, so daß bei ihrer
Verdrehung die Säule oder das andere Glied zur Steuerung des Fahrzeugs verdreht
wird.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird ein System aus drei Rollen
verwendet, um die herum ein kontinuierlicher Gurt aus flexiblem Material anliegt
derart, daß das Fahrzeug gesteuert werden kann, indem der Verlauf des Gurts zwischen
zwei Rollen erfaßt wird und von einer Seite zur anderen bewegt wird, um so die Steuersäule
bzw. Lintesffiule oder das andere Lenkglied in Umdrehung zu versetzen. Um das Antriebsverhältnis
zwischen den Rollen und dem Gurt zu verbessern, kann die gegen die Rollen anliegende
Fläche des Gurts verzahnt oder auf andere Weise mit ähnlichen Vorsprüngen versehen
sein, während andererseits die Rollen ebenfalls verzahnt oder mit Ausnehmungen versehen
sind, die mit den Zahnen oder Vorsprüngen des Gurts zusammenarbeiten.
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Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal besteht darin, daß zumindest eine
der Rollen in der Nähe des Fahrers auf einem federbelasteten Reiterarm so angeordnet
wird, daß bei einem Aufprall aufgrund eines Unfalls diese Rolle durch den Autprall
wegbewegt wird, z. B.
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durch den Aufprall des Körpers des Fahrers, dadurch die Möglichkeit
einer Verletzung des Fahrers verringert wird.
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Die Schoßbank, in der die Steuervorrichtung untergebracht ist, ist
entlang einer vorderen Kante ausgenommen, um den Gurtlaufaufzunehmen, den der Fahrer
erfassen soll.
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In Fig. 7 ist eine Steuervorrichtung mit einer Hauptantriebsrolle
39 gezeigt, die mit einer Steuersäule bzw. L@nksäule 40 verbunden ist, und die vorderen
Rollen in Front des Fahrers sind bei 41 und 42 gezeigt. Ein kontinuierlich auf der
Innenseite verzahntes Band bzw. ein verzahnter Gurt 43 läuft uns die drei Rollen
herum, die ebenfalls für einen Eingriff mit den Zähnen des Gurts gezahnt sind.
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Die Rolle 41 ist in Fig. 8 zusammen mit einer schematischen Darstellung
einer Spannfederreiteranordnung 44 zum Spannen des Gurts 43 gezeigt, die außerdem
die Vorrichtung sicherer macht und Einrichtungen schafft, durch die die Anordnung
beil Aufprall nachgeben kann.
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Fig. 9 zeigt die Anbringung der Anordnung in Bezug auf die Schoßbank
45, die bei 46 eine Ausnehmung hat. Die Darstellung ist von der linken Seite gesehen,
und die Bank 45 ist hier f,gn Schnite dargestellt. Wenn man es wünscht, kann die
Rolle 3,3 eine, ebene Spiralrolle sein, und der Gurt kann einen ebenmäßigen oder
trapezförmigen Querschnitt haben.
-
Der Gurt 43 kanq aus gummierten Gewebe oder aus Kunststoff bestehen
und durch einen Kern aus Stahl oder anderenoder anderen kabelartigen Einlagen verstärkt
sein. Andererseits könnte der Gurt auch,gFundsitzlich als flexibles Stahlkabel oder
als Kette ausgebildet sein, um die geformte Handgriffe aus Kunststoff für den Fahrer
geformt sind.
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Wenn Jedoch die Verwendung eines herkömmlicheren Steuerrads gewünscht..wird,,
80 wlrdvnach der Erfindung vorgeschlagen, daß ein
mittleres Polster
ftlr den Fall des Aufpralls eines Menschen zum Schutz der Brust auf der Achse der
LsLnxnäule befestigt wird, während ein Radrand in Bezug auf @@@ dieses mittlere
Kissen in flexibler Art so befestigt wird, daß bei einem Aufprall der Steuerrand
gegen einen Federdruck auf eine niedrigere Höhe als die Polsterung gedrückt wird
und somit im wesentlichen keine Verletzungen hervorruft.
-
Gemäß den Fig. 10 und 11, die Jeweils eine Aufsicht und Seitenansicht
der Vorrichtung zeigen, wird ein mittleres Polster 47 an einer starren Metailplatte
48 befestigt Ein Steuerrand 49 ist durch drei oder mehr Stützen 50 mit einer Speichennabe
bzw.
-
einem Armkreuz 51 aus Federstahl verbunden, die bzw. das am bitteren
Flächenbereich 52 mit dem mittleren Polster 47 und der Platte 48 an die Längssäule
53 angeschlossen ist. Somit bewirkt Jeder axiale Druck auf den Steuerrand 49 eine
Auslenkung der Speichennabe 51 nach unten, während das mittlere Polster 47 unbeeinflußt
bleibt.
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Eine gleichwertige Darstellung aller der durch die Elemente 49, 50
und 51 hervorgerufenen Funktionen kann auch hervorgerufen werden durch ein einzelnes
verformbares Kunststofformteil mit oder ohne Metallverstärkung, die beispielsweise
den Rand im VerhäItnu tu den äußeren Funktionen von federartiger Natur verstellt.
-
Dieselben Gesamtprinzipien können bei einer starren Steuerradanordnung
verwirklicht werden, deren mittlere Nabe unterhalb des mittleren Kissens auf Federn
bzw. Keilnuten der Steuersäule
gegen einen zur,ückführenden Federdruck
so reitet, daß beim Aufprall der Steuerrand sich axial nach unten gegen diesen Federdruck
bewegen kann, wobei die Rückführfeder geeignet als Schraubenfeder ausgebildet wird,
deren Achse mit der Achse der L§ngosäule zusammenfällt.
-
Andererseits kann das System auch eine federbelastete Kugel oder dgl.
verwenden, die normalerweise den Steuerradrand in der normalen Fahrbetriebsstellung
hält, die jedoch oberhalb eines gewissen axialen Drucks der Nabe des Rands ermöglicht,
frei nach unten in Axialrichtung zu gleiten.
-
Wenn die in den Fig. 10 und 11 gezeigte Form verwendet wird, ist es
erwünscht, daß entweder die Stützen 50 oder die Speichennabe 51 bzw. das Armkreuz
einen gewissen Grad an radialer Federeigenschaft haben, um ohne wesentlichen Widerstand
die axiale Versetzung aufzufangen, die andernfalls Widerstandsbelastungen im Bereich
52 hervorrufen würde.
-
Diese Forderung kann dadurch erfüllt werden, daß die Arme der Speichennabe
bzw. des Armkreuzes 51 in einem Winkel zur radialen verlaufen, und zwar beispielsweise
dadurch, daß man sie flexibel spiralförmig herstellt.
-
An dieser Stelle sei erwähnt, daß die.gegebenen Beispiele nur zur
Veranschaulichung des Grundprinzips gelten sollen.
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Ein herkömmlicher Knopf zur Betätigung der Hupe kann an der Mitte
des Steuerpolsters untergebracht werden, und zwar unter der -
Voraussetzung,
daß Mittel vorgesehen werden, um diesen Knopf leicht gegen einen Federdruck in Richtung
auf die Achse der Steuersäule bei Druckanwendung durch den Aufprall eines menschlichen
Körpers bewegen kann.
-
Bei einer Ausführungsform kann die Speichennabe 51 starr sein, während
die Stützen 50 teleskopartige Federn oder Schraubenfedern sein können mit mittleren
Führungsstangen, die zu bzw. in Vorsprünge passen, die an den Enden der Speichennabe
angebracht sind.
-
Die Fig. 12 der anliegenden Zeichnung zeigt einen Querschnitt durch
eine typische Anordnung eines Steuerrads in Verbindung mit einer gepolsterten Schoßbankanordnung
54, die vorher erläutert wurde. Die drei Lagen sind bei 54a, 54b und 54c gezeigt.
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Durch die Erfindung wird ebenfalls ein Sicherheitsfahrzeug mit einer
sogenannten Rumpfkapsel für die Insassen vorgeschlagen, die in und auf einem Fahrzeugchassis
mit einem geneigten Rampensystem gelagert ist, um die Rumpfkapsel für den Fall eines
Zusammenstoßes bis über die Fahrzeugräder ansteigen zu lassen.
-
Dieser Vorschlag wird im einzelnen anhand der Fig. 13-bis 20 erläutert.
Die Fig. 13 und 14 zeigen eine Rumpfkapsel 55 in ihrer normalen Stellung, bei der
sie innerhalb eines Chassis 56 so ruht, daß der Kapselboden etwa auf der Höhe der
Unterseite des Chassisglieds liegt.
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Das Chassis 56 ist bei 57 und 58 mit Verlängerungen versehen,~die
zur horizontalen Ebene geneigt sind, und es hat weiterhin zwei Rampen auf jeder
Seite bei 59 und 60 derart, daß bei einem Frontalzusammenstoß die Kapsel 55 auf
den Rampen ansteigt und somit auch auf die oberen Flächen des Chassis, was durch
die geneigten Oberflächen des unteren Teils der Kapsel bei 61 und 62 unterstützt
wird.
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Hydraulische Stoßabsorber bzw. Stoßdämpfer, wie z. B. gesonderte hydraulische
Stoßdämpfer, sind vorzugsweise zwischen der Kapsel und dem Chassis vorgesehen, um
die Bewegung der Kapsel 55 bei einem Zusammenstoß im Chassis 26 zu steuern, so daß
die Oberfläche 61 in Zusammenarbeit mit der Rampe 59 für den Fall eines Frontalzusammenstoßes
wirksam wird, während die.Oberfläche 61 mit der Rampe 58 für den Fall eines Aufpralls
von hinten wirksam wird. Typische zulässige Bewegungen der Rumpfkapsel 55 relativ
zum Chassis wären etwa 1,2 zum in Vorwärtsrichtung und etwa 0,6 m in RUckwãrtsrichtung.
Da diese Stoßdämpfereinrichtungen als solche UbLich,sind.und, an der am besten geeigneten
Stelle sehen werden, deren Lage von der Fahrzeugform abhängt, wie jedem Fachmann
bekannt it,brauchensie im einzelnen in den Zeichnungen nicht dargestellt zu werden.
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Das in Aufsicht gezeigte Chassis ist so geformt, daß es eine Schutzvorrichtung
63 gegen von der Seite her auf die Kapsel 55 einwirkende Zusammenstöße bildet und
mit einem stoßabsorbierenden Material abgedeckt ist, wie beispielsweise mit einer
Gummiplatte, die ein Dämpfungsmaterial enthält, wie etwa starre, Isocyanat.
-
An der vorderen und hinteren Seite de-s Fahrzeugs ist das Chassis
so
geformt, daß es in beziehungsweise zwischen den Rädern W liegt, wobei es Einrichtungen
zum Abstützen des Aufhängesystems schafft und in den Gliedern 64 und 66 an der Frontseite
und in Gliedern 65 und 67 an der Rückseite endet, wobei die Teile 66 und 67 ihrer
Art nach aus starken Metallplatten bestehen, die jeweils vorn und hinten Puffer
bzw. StoßdZaprerrunktionen erfüllen, während die Teile 68 und 69 Stöße absorbierende
Abdeckungen sind, wie etwa Gummiverkleidungen, die ein Dämpfungsmaterial enthalten,
das aus starrem geschäumten Isocyanat gemäß obiger Beschreibung bestehen kann. Somit
wird durch diese Anordnung ein susammenhEngender Gürtelpuffer bzw. Stoßfänger geschaffen,
der um das Fahrzeug herum verläuft und im wesentlichen vielseitige Pufferfunktionen
erfüllt, wobei insbesondere die Verwendung von herkömmlichen Fahrzeugradmechaniken
bei Anwendung von vier Rädern zugelassen werden kann.
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Die Fig. 15, 16 und 17 zeigen gewisse Merkmale und Eigenschaften der
Ruwprkapsel. Die Fig. 15 stellt einen Längsschnitt durch die Kapsel mit aei Fahrer
in Fahrstellung dar, wobei mit der Bezugsziffer 70 ein Schnitt durch den vorderen
Schoßbankpuffer angedeutet ist, während die Ziffer 71 den Fahrersitz und die Ziffer
72 den Puffer für die hinten sitzenden Insassen bezeichnet. Der hintere Sitz ist
bei 73 gezeigt.
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Fig. 16 zeigt einen Schnitt durch die Kapsel in Höhe des Steuerrads,
wobei insbesondere Türschnitte gezeigt sind.
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Bauteile aus schwerem Metall bilden die vorderen, mittleren und hinteren
Pfostenfunktionen bei 74, 75 und 76, und diese Pftten
sind mit
starken Flanschen 77 versehen, die ohne zusammenzubreched beträchtliche Kräfte aufnehmen
können. Die Türkonstruktion besteht aus einer Federplatte 78, die aus gewelltem
schweren Kaliberstahl hergestellt sein kann und starke Aufprallkräfte auf die Flansche
77 der Türpfosten übertragen kann. Eine relativ leichte metallische oder ähnliche
Außentürplatte bzw. ein Türpaneel 79 erzeugt einen Hohlraum mit der Innenplatte
78, der mit Dämpfungsmaterial, wie z. B. geschäumten starren Isocyanatmaterial 80,
gefüllt ist, welches zwei Funktionen ausübt, nämlich die Belastungsverteilung bzw.
Lastausbreitung bei einem Aufprall über die Innenpiatte 68 und die Stoßabsorbierung
aufgrund der Dämpfungseigenschaften.
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Die Innenseite der Tür ist mit Materialien ausgefüttert, die oben
besebrleben wurden und etwa 7,5 cm dick sind, um den Fahrer oder die Mitfahrer über
deren gesamtes Seitenprofil des Körpers zu schützen.
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Die Fig. 17 zeigt einen Vorschlag, durch den die Kapsel relativ zum
Chassis bei einem Aufprall bewegbar gemacht werden kann dadurch, daß Muttern und
Bolzen bei 81 vorgesehen werden, die einen niedrigen Abscherwert, wie z. B. 2G bei
Kapselgewicht, haben und über Qummisolatoren 82 arbeiten sowie bei geringen Aufprall
energien abscheren, um die Kapsel nach vorn oder hinten unter stoßabsorbierender
Hemmungdurch die hydraulischen Stoßdämpfer bei einem Zusammenstoß von vorn oder
hinten sich bewegen zu lassen.
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Das metallische Formstück 83 arbeitet mit einer Platte oder einem
äquivalenten Vorsprung vom Chassis bei 84 zusammen, um so
sicherzustellen,
daß die vertikale Bewegung von Kapsel zum Chassis insbesondere dann begrenzt wird,
wenn Zusammenstöße einschließlich eines Überrollvorgangs bzw. Überschlagens des
Fahrzeugs stattfinden.
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Es ist offensichtlich, daß dieses System aus Rampen vorn und hinten,
das mit einer entsprechenden Form der Unterseite der Rumpfkapsel zusammenarbeitet,
um das Anheben bzw. Ansteigen der Kapsel bei Zusammenstößen von vorn oder hinten
sicherzustellen, so erweitert und ergänzt werden kann, daß die Rampe praktisch einen
kontinuierlichen Bogen darstellt und so mit diesem Körper bzw. Rumpf zusammenarbeitet,
daß dieser bei einem Zusammenstoß um einen beträchtlichen Winkel durchschwingt,
wie schematisch in Fig. 18 angedeutet ist.
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Dieses Prinzip kann ebenfalls für eine Wirkung in Querrichtung so
angewendet werden, daß bei einem Zusammenstoß von der Seite her der Körper in Querebene
durchschwingt, und-wenn die unteren Seiten des Körpers- sehr stark ausgebildet werden,
beispielsweise durch den Einbau- von trägerartigen Bauteilen, dann kann dieses System
dazu benutzt werden, den Anprall beim Zusammenstoß aufzunehmen, wie schematisch
in Fig. 19 gezeigt ist.
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Eine besonders vorteilhafte Form wird nachfolgend beschrieben, durch
die einmal der Zusammenhang bzw. die Einheit des Prinzips des Gürtelpuffers bewahrt
wird, die andererseits aber auch die Verwendung von vier Rädern in herkömmlichen
Lagen und die Anwendung des Prinzips des ansteigenden Rumpfes bzw. Körpers bei einem
Zusammenstoß zuläßt.
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Gemäß Fig. 20 ist ein umlaufender Gürtelpuffer 85 von stabiler Konstruktion
mit im wesentlichen parallelen Seiten vorgesehen, wobei jedoch gemäß der Seitenansicht
(Fig. 21) dieser Gürtel über die vorderen und hinteren Räder bei 86 und 87 geführt
ist und, in Aufsicht gesehen, vorzugsweise etwas außerhalb von diesen verläuft.
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Die beiden gekrümmten bzw. bogenförmigen Läufer 88 und 89 bilden eine
Basis, auf der die Rumpfkapsel 55 bis über die Räder aufreiten kann, und zwar bei
einer Kollision von vorn oder hinten und unter Steuerung und Einwirkung durch ein
stoßabsorbierendes System zwischen dem Rumpf und dem Gürtel.
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Die Läufer bzw. Läuferteile 88 und 89 haben zweckmäßigerweise eine
kreisförmige oder bogenförmige Form, um das Ansteige-n-des Rumpfes bzw. der Kapsel
bei einem Zusammenstoß weich und pro;-gressiv erfolgen zu lassen. - Der niedrigere
Verlauf der Seitenteile des Gürtels bei 90 gestattet'-den Zugang zum Fahrzeug durch
eine Tür.
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Der von'der Seite gezeigte Verlauf des Gürtels braucht sich nicht
unbedingt an den dargestellten Verlauf zu halten, da der Gürtel jede geeignete Form
erhalten kann, durch die ausreichend Freiheit bzw. Spiel über den Rädern erzielt
wird und ein Türzugang im mittleren Seitenbereich zugelassen wird.
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Es werden ebenfalls Einheiten als Zusatz zu bestehenden Fahrzeugpolsterungen
vorgeschlagen, um so die Sicherheitsfaktoren i-nnerhalb der oben genannten Grenzen
zu erhöhen. Insbesondere sind
einige dieser Einheiten für den Schutz
von Kindern gedacht.
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Die Fig. 22 zeigt einen Querschnitt durch eine Einheit zum Schutz
eines Kindes auf dem Rücksitz eines Fahrzeugs. Die Fig. 23 zeigt einen Querschnitt
durch ein Pufferkissen bzw. Pufferpolster, das geeignet an der Rückenlehne des vorderen
Sitzes eines Fahrzeugs zum Schutz der hinteren Insassen angebracht werden kann.
Die Fig. 24 zeigt eine Puffereinheit, die am Armaturenbrett oder an einem ähnlichen
Teil im vorderen Abschnitt eines Fahrzeugs auf der Mltrahrerseite angeordnet werden
kann. Schließlich zeigt die Fig. 25 eine Ansicht einer Puffereinheit, die um das
Steuerrad einen Fahrzeugs gepaßt werden kann.
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Die in Fig. 22 gezeigte Einheit stellt einen Rücksitz für ein Motorfahrzeug
dar, dessen Rückenlehne 91 auf eine Höhe verlängert ist, die oberhalb der Höhe des
Kopfes eines Kindes liegt (das Bild des Kindes ist-ln gestrichelten Linien dsrgestellt>,wobei
diese Einheit so geformt und angeordnet ist, daß sie das vorher erwähnte Wippen
bzw. Hin- und Herschlagen des Körpers des Kindes für den Fall eines Zusas enstoBes
an der Rückseite des Fahrzeugs aufnehmen bzw. verringern kann. Vor dem Kind ist
eine Bank 92 vorgesehen, die in Fori eines gepolsterten Puffers oder einer Bank
hergestellt ist, und hinter dem Vordersitz des Fahrzeugs eingepaßt werden kann sowie
den vorher erwähnten mehrlagigen Aufbau hat. Auf diese Weise wird das Kind bei einem
Aufprall von vorn praktisch um die Bank 92 gewickelt, die allerdings im höchsten
Maß die Eigenschaft hat, die Belastungen der Aufprallkräfte zu streuen bzw. zu verbreiten.
Vorzugsweise werden der gepolsterte Puffer und der Sitzteil als Einheit ausgeformt,
deren
Seitenglieder schematisch bei 93 angedeutet und in einem gewünschten Maß angehoben
sind, und zwar vorzugsweise bis zur Höhe des Kopfes des Kindes. Die gesamte Einheit
ist mit geschäumtem Kunststoffmaterial gemäß vorheriger Beschreibung ausgefüttert
und kann~rest mit dem Fahrzeug durch geeignete Mittel, wie Bolzen oder Gurte, befestigt
werden. Diese können Jede beliebige und bekannte Form haben und werden deshalb nicht
im einteilen dargestellt.
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Vorzugsweise wird die vordere Bank 92 so dimensioniert und auf gebaut,
daß sie gegen die rückseite der Vordersitze verkeilt werden kann, wodurch sowohl
eine ausreichende Stabilität als auch Extrapolsterung erreicht wird, da sich ergeben
hat, daß eine gesonderte in dieser Stellung verkeilte Polsterung eine sehr gute
Lösung für das Problem des Schutzes eines kleinen Kindes ist.
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Wie Experimente und eine statistische Analyse von 50 000 Straßenunfällen
gezeigt haben, sind junge Kinder bei einem Zusammenstoß sicherer, wenn sie auf den
Rücksitze ohne Verwendung von Sicherheitsgurten sitzen, weil diese Gurte Verletzungen
des Brustraüms verursachen können, und zwar wegen des verhältnismäßig leichten Brechens
des Brustkorbs eines Kindes, und weil Kopfverletzungen auftreten können, da der
Kopf eines Kindes verhältnismäßig schwer und stark im Vergleich zur Stärke seines
Halses ist. Eine solche Schutzeinheit ist eine gute Lösung für das vorliegende Problem,
weil das Kind bei einem Zusammenstoß gegen die Polsterung fallen wird. Ein loser
Gurt um den Schoß herum kann zusätzlich getragenwerden, um das Herausschleudern
nach dem Zusammenstoß zu verhindern. Wenn es erwünscht ist, kann die Rückseite der
Einheit, die gemäß vorheriger Beschreibung am Rücksitz befestigt ist, weggelassen
werden, wenn die normale Rücklehne des Sitzes eine aus reichende Höhe hat, um gemäß
den vorher gemachten Erläuterungen zu wirken.
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Die Fig. 23 zeigt eine Einheit, die als Vordersitzpolsterung dient
und einen Querschnitt hat, der nahezu die Form eines Fragezeichens aufweist, daß
eine Polsterstärke von etwa 7,5 cm über
einem Formteil 94 hat,
und diese Einheit kann mit dem Vordersitz auf beliebige Weise befestigt werden,
wie zum Beispiel durch Klammern, Gurte, Bänder oder durch eine Hülle, welche die
gesamte Rückseite des Vordersitzes umfaßt. Diese Befestigungsmittel sind im einzelnen
nicht weiter dargestellt. Durch diese Schutzeinheit wird ebenfalls ein Schutz gegen
ein Wippen bzw. Hin- und Herschlagen für die vorne sitzenden Insassen in Kopfhöhe
wie auch ein vorderer Schutz für die hinten sitzenden Insassen geschaffen, und zwar
aufgrund der Anordnung des vorderen Teils des Kissens bzw. der Polsterung oberhalb
der Rückseite des Vordersitzes.
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Somit kann ein bestehendes Fahrzeug einfach abgewandelt werden, derart,
daß es mit den oben erwähnten Sicherheitsvorkehrungen ausgerüstet wird.
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Die Fig. 24 zeigt eine Anordnung zum Schutz des Beifahrers auf dem
Vordersitz eines herkömmlichen Fahrzeugs, die aus einem Polsterpuffer 95 besteht
und so aufgebaut ist, wie vorher erläutert wurde und diese Schutzeinheit kann zeitweilig
oder ständig am Armaturenbrett oder an einem anderen geeigneten Teil des Fahrzeugs
durch starre Befestigungsmittel, wie z.B. Schrauben,oder durch zeitweilige Befestigungseinrichtungen,
wie z.B. Gurte, od.
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(nicht dargestellt) befestigt werden.
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Der Fahrer kann durch eine Pufferanordnung geschützt werden, die der
in Fig. 24 gezeigten ähnlich ist, jedoch mit einer geeigneten öffnung darin versehen
ist, um ein Steuerrad von ähnlicher-Ausführungsform aufzunehmen, wie sie in den
Fig. 10,11 und; 522-gezeigt ist.
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Wie die Fig. 25 zeigt, kann andererseits ein herkömmliches Steuerrad
96, das vorzugsweise ausweichen oder zusammenklappen kann, also ein Steuerrad, das
immer mehr bei Motorfahrzeugen verwendet wird, in herkömmlicher Art eingebaut werden,
es muß jedoch mit einem stark gepolsterten Teil 97 versehen sein, um oberhalb des
Randes des Steuerrads einen Schutz zu gewähren, wobei eine öffnung 99 aus einem
gepolsterten Puffer 98 herausgeschnitten ist, um so einen von allen Seiten möglichen
Zugang zum Steuerrad zu schaffen. Auf diese Weise arbeiten das Polster 97 auf dem
Steuerrad und der Puffer 98 zusammen, um dem Fahrer einen wesentlichen Schutz für
den Fall eines Zusammenstoßes zu geben.
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Die hier beschriebenen Polstermaterialien bestehen vorteilhafter Weise
aus dem bekannten geschäumten Isocyanatmaterial. Solche Materialien werden von vielen
Firmen geliefert, und es ist bekannt, daß die von der Firma Imperial Chemical Industries
in London gelieferten Materialien zur Durchführung der Merkmale der Erfindung besonders
geeignet sind. Es wurde auf die Notwendigkeit hingewiesen, daß die Polsterung unterschiedliche
Widerstandsmerkanale über ihre gesamte Dicke haben muß, sei es, daß die Polsterung
ausalner einzelnen Lage mit mehreren Funktionen besteht, deren Eigenschaften sich
von der vorderen Fläche zur hinteren Fläche ändern, oder sei es, daß zwei oder drei
unterschiedliche Lagen jeweils verschiedene Widerstandscharakteristiken haben.Wenn
auf geeignete Weise drei unterschiedliche Lagen verwendet werden, so wird die Möglichkeit
gegeben, nachfolgend die verschiedenen Charakeristiken bzw. Merkmale kurz darzulegen.
Weiter unten wird
auf drei geschäumte Isocyanatmaterialien eingegangen,
die von der Firma Imperial Chemical Industries geliefert werden und die bei dem
beschriebenen Polster aus drei Lagen zur Anwendung gelangen können. Die Typennummern
dieser Materialien und ihre physikalischen Eigenschaften sind in der Tabelle unter
den Überschriften aufgeführt, welche die drei Lagen oder Funktionen bezeichnen.
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Es ist klar, daß diese speziellen Angaben nur als Beispiele für Materialien
aufzufassen sind, die zur Zeit anwendbar sind, und daß beliebige andere Materialien
verwendet werden können, welche die beschriebenen Funktionen erfüllen können.
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Tabelle Innere Lage, Mittlere Lage, Xußere Lage z.B. lc in z.B. 1b
in z.B. la in Fig. 2 u. 3 Fig. 2 u.3 Fig. 2 u. 3 ICI Typennummer 373/1 373/11. 430/54
Dichte (kg/m3) 32,8 27,6 25,0 (Kompressions-) 25 S 53,5 43>2 34,4 (Härte in )
50 S 84,1 56,9 26,4 ( g/cm2 4. ) 65 S 161,0 92,1 35,0 (Zyklus ) Wenn die drei notwendigen
Funktionen nicht durch drei verschiedene Materiallagen geschaffen werden, können
diese Funktionen über die Dicke einer einzelnen Lage oder von zwei Lagen verteilt
werden. Es-scheint auch kein Grund dafür vorzuliegen, warum die drei Funktionen
nicht in bzw. über mehr als drei Lagen verteilt werden sollten, wenn ein Hersteller
es vorteilhafter findet,
das.Materialvauf diese Weise zu verwenden.
Das wesentliche Merkmal besteht darin, daß die drei Funktionscharakteristiken in
einem Polster von einer Stärke vorgesehen sein sollten, die geeignet ist, das Konzept
nach der Erfindung in der Praxis zu verwirklichen: Die physikalische Anzahl der
Lagen ist verhältnismäßig unwichtig.
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Alle vorher beschriebenen Sicherheitsvorkehrungen können, wenn es
gewünscht oder geeignet erscheint, in Motorfahrzeugen eingebaut werden, die beispielsweise
beschrieben sind in der britischen Patentanmeldung Nr. 8022/67, in der deutschen
Patentanmeldung P 16 80 055.8 oder in der USA-Patentanmeldung No. 706 335.