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Die
Erfindung betrifft einen Sicherheitssitz, insbesondere für Fahrzeuge,
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Sicherheitssitze
in Kraftfahrzeugen weisen in bekannter Weise ein Sitzkissen, eine
Rückenlehne und
eine Kopfstütze
auf. Die auf dem Sicherheitssitz Platz nehmende Person kann sich über einen
Sicherheitsgurt am Sitz anschnallen, wobei der Sicherheitsgurt im
Falle eines Aufpralls als Rückhaltesystem dient,
welches die Person entgegen der hohen Fahrzeugverzögerung in
ihrer Sitzposition auf dem Sicherheitssitz hält. Um zu verhindern, dass
insbesondere kleine Personen trotz angelegtem Sicherheitsgurt aufgrund
ihres verhältnismäßig tief
sitzenden Schwerpunktes unter dem Gurt hindurchrutschen, was zu
einer erheblich gesteigerten Verletzungsgefahr führen würde, ist das Sitzkissen in
der Regel keilförmig
mit nach vorne ansteigendem Keilwinkel ausgeführt, wodurch eine schräg nach hinten
abfallende Sitzoberfläche
gebildet ist, die einem unerwünschten Vorrutschen
der Person entgegenwirkt.
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Eine
zusätzliche
Maßnahme
zur Verbesserung der Insassensicherheit wird in der
DE 195 04 975 A1 beschrieben.
Um das Risiko des Durchtauchens unter dem Sicherheitsgurt und Vorrutschen über die
Vorderkante des Sitzkissens hinaus weiter zu reduzieren, ist in
den vorderen Abschnitt des Sitzkissens ein Airbag-Modul integriert,
welches bei einem Aufprall des Kraftfahrzeugs auf ein Hindernis
mit Hilfe geeigneter Sensoren und Zündsätze ausgelöst wird, wodurch ein Gassack
des Airbag-Moduls aufgeblasen wird, der den vorderen Abschnitt des
Sitzkissens zusätzlich
höckerartig
erhöht.
Hierdurch wird ein zusätzliches
Hindernis im vorderen Abschnitt des Sitzkissens gebildet, das dem
Vorrutschen der Person entgegenwirkt.
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Gemäß einer
alternativen, in der
DE
195 04 975 A1 beschriebenen Ausführung ist in den vorderen Abschnitt
eine Baueinheit mit aktiven Federelementen integriert, welche im
Falle eines Aufpralls des Kraftfahrzeugs aktiviert werden, so dass
sich die Federelemente ausdehnen und wie im vorbeschriebenen Beispiel
einen Höcker
im vorderen Bereich des Sitzkissens bilden.
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Die
bekannten Ausführungen
erlauben zwar im normalen Betriebszustand des Kraftfahrzeugs ein bequemes
Sitzen, da der vordere Bereich des Sitzkissens im Normalzustand
unter ergonomischen Gesichtspunkten ausgeformt sein kann und der
zusätzliche
Höcker
nur im Bedarfsfall -im Falle eines Aufpralls- ausgebildet wird.
Nachteilig bei diesen Ausführungen
ist aber der hohe konstruktive Aufwand für die Integration des aktiven
Bauelements in das Sitzkissen. Außerdem muss das aktive Element
mit einer Energieversorgung zur Aktivierung ausgestattet sein, wobei
die Energieversorgung eine lange Lebensdauer aufweisen muss. Schließlich ist
eine aufwändige Steuerung
der aktiven Baueinheit erforderlich.
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Der
Erfindung liegt das Problem zugrunde, mit einfachen Maßnahmen
einen Sicherheitssitz auszuführen,
bei dem die Personensicherheit des darauf Platz nehmenden Fahrzeuginsassens
bei einem Unfall erhöht
ist.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß mit den
Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Die Unteransprüche
geben zweckmäßige Weiterbildungen
an.
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Der
erfindungsgemäße Sicherheitssitz
umfasst ein passiv ausgeführtes
Sicherheits-Bauteil mit einem visko-elastischen Schaumstoff. Dieser
visko-elastische Schaumstoff weist Materialeigenschaften auf, die
ihn in besonderer Weise für
den Einsatz im Sicherheitssitz qualifizieren. Der viskoelastische Schaumstoff
ist bei mit niedrigen Relativgeschwindigkeiten und/oder Relativbeschleunigungen
erfolgenden Relativbewegungen zwischen einer auf dem Sicherheitssitz
befindlichen Person und dem Sitzkissen weich und nachgiebig, wohingegen
der Schaumstoff bei mit größeren Relativgeschwindigkeiten
und/oder Relativbeschleunigungen erfolgenden Relativbewegungen verhärtet. Dadurch
ist es möglich,
ein ausschließlich
passives Sicherheits-Bauteil auszubilden, das ohne den Einsatz aktiver,
elektrische Energie zur Betätigung
oder Funktion benötigender
Bauteile funktioniert. Die kleinen Relativbewegungen, die im Normalbetrieb
auftreten, erfolgen mit kleinen Relativgeschwindigkeiten und/oder
Relativbeschleunigungen, wenn die Person eine für sie günstige und angenehme Position
einnimmt. Im Rahmen der üblichen Bewegungen
der sitzenden Person einschließlich
der Bewegungen beim Einnehmen des Platzes oder beim Aufstehen vom
Platz erfolgen die Relativbewegungen zwischen sitzender Person und
dem Sitzkissen mit so kleinen Relativgeschwindigkeiten und/oder
Relativbeschleunigungen, dass der visko-elastische Schaumstoff seine
weiche und nachgiebige Struktur beibehält, so dass das Sicherheits-Bauteil
kein den Komfort einschränkendes
Hindernis darstellt. Der Sitzkomfort wird dadurch gegenüber bekannten
Sicherheitssitzen entscheidend verbessert.
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Dagegen
verhärtet
sich der visko-elastische Schaumstoff schlagartig, sobald Relativbewegungen mit
höheren
Relativgeschwindigkeiten und/oder Relativbeschleunigungen stattfinden,
sowie dies im Falle eines Frontal- oder Schrägaufpralls des Fahrzeugs passieren
kann. Aufgrund der enorm hohen, auf das Fahrzeug wirkenden Verzögerung wird
die auf dem Sitz befindliche Person nach vorne beschleunigt, wodurch
erheblich größere Relativbewegungen
mit größeren Relativgeschwindigkeiten
und/oder Relativbeschleunigungen zwischen Person und Sitzkissen
als im Normalfall auftreten. Diese mit hoher Geschwindigkeit und/oder
Beschleunigung erfolgenden, "größeren" Relativbewegungen
führen
zu der schlagartigen, sofortigen Verhärtung des visko-elastischen Schaumstoffes
und damit einhergehend zu einem wirkungsvollen, verhärteten Keil
im vorderen Bereich des Sicherheitssitzes, wodurch ein zusätzliches
Hindernis gegen ein unbeabsichtigtes Vorrutschen der Person über die
Vorderkante des Sitzes hinaus gegeben ist.
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Der
visko-elastische Schaumstoff wird insbesondere unter dem Aspekt
ausgewählt,
dass eine Verhärtung
erst oberhalb eines verhältnismäßig hohen
Grenzwertes für
die Relativbewegung (Relativgeschwindigkeit und/oder Relativbeschleunigung) stattfindet.
Erst oberhalb des Grenzwertes ist ein von dem verhärteten Schaumstoff
gebildeter Sitzkeil erwünscht,
der den Fahrzeuginsassen zurückhält. Unterhalb
des Grenzwertes soll dagegen der Schaumstoff zur Gewährleistung
eines optimalen Sitzkomforts weich sein.
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Der
visko-elastische Schaumstoff bietet den Vorteil, dass aufwändige Steuerungen
sowie eine Energieversorgung, wie sie bei den bekannten Sicherheitssitzen
eingesetzt sind, nicht erforderlich sind. Dies vereinfacht den konstruktiven
Aufbau des Sicherheitssitzes und verringert den Steuerungsaufwand.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass der visko-elastische Schaumstoff
als vorgefertigtes Bauteil in eine hierfür vorgesehene Ausnehmung im
Sicherheitssitz eingesetzt werden kann, wofür lediglich ein geringer Montageaufwand
erforderlich ist. Der visko-elastische Schaumstoff kann auf eine
geeignete Trägerstruktur
aufgeschäumt
werden und nach dem Aushärten
in den Sicherheitssitz integriert werden.
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Als
Material für
den Schaumstoff kommt beispielsweise ein visko-elastisches Polyurethan
(PU) oder ein viskoelastisches, expandiertes Polypropylen (EPP)
in Betracht. Derartige Schaumstoffe weisen die gewünschten
Materialeigenschaften auf, also ein weiches und nachgiebiges Verhalten
bei verhältnismäßig geringen,
mit niedrigen Relativgeschwindigkeiten und/oder Relativbeschleunigungen
erfolgenden Relativbewegungen und eine Verhärtung bei höheren Relativgeschwindigkeiten
und/oder Relativbeschleunigungen erfolgenden Relativbewegungen.
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Weitere
Vorteile und zweckmäßige Ausführungen
sind den Unteransprüchen,
der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Seitenansicht auf einen Sicherheitssitz und einer darauf befindlichen
Person in schematischer Darstellung, wobei in das Sitzkissen des
Sicherheitssitzes ein Sicherheits-Bauteil integriert ist, das einen
visko-elastischen Schaumstoff umfasst,
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2 der
Sicherheitssitz gemäß 1 in Draufsicht,
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3 das
Sitzkissen eines Sicherheitssitzes mit einer Ausnehmung, in die
das Sicherheits-Bauteil mit dem visko-elastischen Schaumstoff einsetzbar ist.
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Bei
dem in 1 dargestellten Sicherheitssitz 1 handelt
es sich um einen Sitz in einem Kraftfahrzeug, gegebenenfalls aber
auch in einem Flugzeug oder in einem sonstigen Fahrzeug. Der Sicherheitssitz 1,
auf dem schematisch dargestellt eine Person 2 sitzt, umfasst
ein näherungsweise
horizontales Sitzkissen 3 und eine aufrecht stehende beziehungsweise
gestellte Rückenlehne 4.
Des Weiteren ist ein Sicherheitsgurt 5 vorgesehen, über den
die Person 2 auf dem Sitz 1 angeschnallt ist.
Der Sicherheitsgurt 5 kann Teil des Sitzes 1 sein
beziehungsweise mit diesem verbunden sein, gegebenenfalls kommt
aber auch eine separate Ausführung
in Betracht.
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Im
vorderen Abschnitt des Sitzkissens 3, also nahe einer Sitzkissenvorderkante 7,
ist ein Sicherheits-Bauteil 6 integriert, welches insbesondere im
Falle eines Aufpralls des Fahrzeugs auf ein Hindernis die Sicherheit
für die
Person 2 gegen ein unbeabsichtigtes Vorrutschen entlang
der Sitzfläche des
Sitzkissens 3 verhindern oder zumindest reduzieren helfen
soll. Das Sicherheits-Bauteil 6 umfasst einen viskoelastischen
Schaumstoff, welcher bei geringen, das heißt mit kleinen Relativgeschwindigkeiten
und/oder -beschleunigungen erfolgende Relativbewegungen zwischen
der Person 2 und dem Sitzkissen 3 weich und nachgiebig
ist und bei größeren, das
heißt
mit hohen Relativgeschwindigkeiten und/oder -beschleunigungen erfolgende
Relativbewegungen verhärtet
und hierdurch einen Sperrkeil im Sitzkissen 3 bildet, der
ein unbeabsichtigtes Vorrutschen der Person 2 weitgehend
verhindert. Als Material für
das Sicherheits-Bauteil 6 kommt beispielsweise visko-elastisches
Polyurethan oder visko-elastisches, expandiertes Polypropylen in
Betracht.
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Das
Sicherheits-Bauteil 6 ist in seiner Grundform keilförmig ausgeführt, wobei
die höhere
Seite des Keils der Vorderkante 7 des Sitzkissens 3 zugewandt
ist. Die Keilform des Sicherheits-Bauteiles 6 entspricht
im Wesentlichen auch der Keilform des Sitzkissens 3, welches
ebenfalls zu seiner Vorderkante 7 hin eine größere vertikale
Erstreckung aufweist. Das Sicherheits-Bauteil 6 ist im
Querschnitt viereckig ausgeführt,
es besitzt näherungsweise
Trapezform. Aufgrund der aufeinander angepassten Proportionen von
Sicherheits-Bauteil 6 und Sitzkissen 3 liegen
die jeweiligen Unterkanten und Oberkanten etwa parallel zueinander,
ebenso die Vorderkanten, gegebenenfalls auch die Hinterkanten.
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Das
in den Figuren nicht maßstäblich dargestellte
Sicherheits-Bauteil 6 wird hinsichtlich seiner Abmessungen
und Grundgeometrie an den jeweiligen Einbauort hin angepasst. Dies
geschieht beispielsweise durch Versuche und anschließenden Optimierungsmaßnahmen.
Das Sicherheits-Bauteil 6 kann daher grundsätzlich auch
andere Formen aufweisen, zum Beispiel eine Dreieckskontur oder eine angenäherte Trapezform.
Es bleibt daher festzuhalten, dass die Form des Sicherheits-Bauteils 6 nicht auf
die in den Figuren dargestellte Ausführungsform beschränkt ist.
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Im
Normalbetrieb ist der visko-elastische Schaumstoff des Sicherheits-Bauteiles 6 weich
und nachgiebig, was den Sitzkomfort für die Person 2 erheblich
verbessert. Im Falle eines Crashes wird die Person 2 relativ
zum Sicherheitssitz 1 beschleunigt, beispielsweise nach
vorne beschleunigt, was mit dem im Schwerpunkt S der Person 2 angreifenden Pfeil 8 angedeutet
ist. Aufgrund dieser Relativbewegung besteht die Gefahr, dass die
Person 2 unter dem Sicherheitsgurt 5 in Richtung
Vorderkante 7 nach vorne rutscht. Die Relativbewegung der
Person 2 relativ zum Sitzkissen 3 wird auch auf
das Sicherheits-Bauteil 6 beziehungsweise den Schaumstoff
im Sicherheits-Bauteil 6 übertragen, wodurch der Schaumstoff
verhärtet
und einen wirksamen Sperrkeil im vorderen Abschnitt des Sitzkissens 3 bildet, der
die Vorwärtsbewegung
der Person 2 vorzugsweise verhindert, zumindest aber auf
ein unschädliches Maß reduziert.
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In 2 ist
der Sicherheitssitz 1 in Draufsicht dargestellt. Zu erkennen
ist, dass das Sicherheits-Bauteil 6 im vorderen Bereich
des Sitzkissens 3 angeordnet ist, benachbart zur Vorderkante 7 des Sitzkissens.
Zwischen Vorderkante 7 und dem Sicherheits-Bauteil 6 befindet
sich ein schmaler Streifen, wobei gegebenenfalls das Sicherheits-Bauteil 6 auch
unmittelbar an die Vorderkante 7 angrenzen kann. Das Sicherheits-Bauteil 6 erstreckt
sich im Wesentlichen über
die gesamte Breite des Sitzkissens 3, weist jedoch nur
etwa ein Drittel der Länge
des Sitzkissens 3 auf, so dass im gezeigten Ausführungsbeispiel
das Sicherheits-Bauteil 6 vollständig in der vorderen Hälfte des
Sitzkissens 3 liegt.
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In 3 ist
das Sitzkissen 3 in einer modifizierten Ausführung im
Schnitt dargestellt. Auf der Unterseite 9 ist eine Ausnehmung 10 in
das Sitzkissen 3 eingebracht, welche im Querschnitt Dreiecksform aufweist.
Das Sicherheits-Bauteil 6 aus visko-elastischem Schaumstoff
besitzt eine komplementäre Form
zur Ausnehmung 10 und ist gemäß Pfeilrichtung 11 von
unten in die Ausnehmung 10 einzuführen. Im Querschnitt besitzt
das Sicherheits-Bauteil 6 Dreiecksform, so dass das Sicherheits-Bauteil 6 bereits
im weichen Zustand insgesamt einen Keil bildet. Die hohe Seite des
Keils liegt benachbart zur Vorderkante 7.
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In
bevorzugter Ausführungsform
des Sicherheitssitzes ist vorgesehen, dass das Sicherheits-Bauteil 6 so
ausgebildet ist beziehungsweise aus einem entsprechend Material
besteht, bei dem seine vorstehend beschriebene Wirkungsweise über die
gesamte Temperaturbreite, welche in einem Fahrzeuginnenraum wirken
kann, möglichst
immer gleich ist und darüber
hinaus ein gleichbleibender Sitzkomfort gewährleistet werden kann.
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Um
das Sicherheits-Bauteil 6 bezüglich Insassensicherheit und
Komfort optimal gestalten zu können,
kann der Sitzkeil auch aus mehreren Schaumbereichen mit unterschiedlichen
Steifigkeiten und/oder Härten
bestehen. Dies beeinflusst maßgeblich
die quasistatische und dynamische Kennlinie des Sicherheits-Bauteils 6.
Die Anordnungen dieser Schaumbereiche können durch Versuche entsprechend
bestimmt und optimiert werden.