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Dokumentenidentifikation DE102006028484A1 27.12.2007
Titel Aktive Windschutzscheibe zum Schutz von Fußgängern bei Scheibenaufprall
Anmelder Kuraray Europe GmbH, 65929 Frankfurt, DE
Erfinder Keller, Uwe, Dr., 53177 Bonn, DE
DE-Anmeldedatum 21.06.2006
DE-Aktenzeichen 102006028484
Offenlegungstag 27.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.12.2007
IPC-Hauptklasse B60R 21/34(2006.01)A, F, I, 20060621, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen Personenaufprallschutz für ein Kfz, wobei die Windschutzscheibe des Kfz vor Aufprall einer Person vorgeschädigt wird.

Beschreibung[de]

In den letzten Jahren wurde die Sicherheit von Fahrzeuginsassen stetig verbessert. Mittlerweile sind sogar Insassen von Kleinwagen sehr gut geschützt. Die Verletzungsgefahr für den Fußgänger beim Zusammenstoß mit einem Fahrzeug wurde bisher aber nur unzureichend in die Fahrzeugkonstruktion mit einbezogen. Aus diesem Grund ist in der EU mit der Richtlinie 2003/102/EG seit dem 01.10.2005 vorgeschrieben, dass der Fußgängerschutz bei Neufahrzeugen angemessen zu berücksichtigen ist, wobei für 2010 nochmals verschärfte Anforderungen vorgesehen sind.

Als kritisch sind solche Aufprallpunkte an der Fahrzeugfront zu betrachten, für welche die an einer Kopfattrappe gemessenen Verzögerungswerte bei Anprallgeschwindigkeiten um die 35-40 km/h so groß sind, dass im realen Unfallgeschehen eine irreversible Schädigung der Hirnstruktur zu erwarten ist. Als mit der Hirnschädigung korrelierende Messgröße ist der sogenannte HIC-Wert (Head Injury Criterion) eingeführt worden, wobei als Schwelle für irreversible Schädigung der Wert 1000 betrachtet wird. Besonders kritische Aufprallpunkte sind wenig nachgiebige Strukturen des Fahrzeuges wie z.B. A-Säulen, Scheibenwischergelenke oder Bereiche der Motorhaube mit nah darunter befindlichen Motorteilen aber auch Bereiche der Windschutzscheibe in Nähe der Verbindung mit der Karosserie, da für diese ohne weitere Vorkehrungen HIC-Werte weit oberhalb 1000 ermittelt werden.

Anders als bei einem Aufprall des Kopfes in Scheibenmitte, bei dem HIC-Werte unterhalb 1000 resultieren, trägt also der Rand der Windschutzscheibe aufgrund seiner starren Verbindung mit der Karosserie zu einer Verschlechterung der Fußgängersicherheit bei. Andererseits ist die fest mit der Karosserie verbundene Windschutzscheibe eine wichtiges Versteifungselement, welches im normalen Fahrbetrieb die Verwindungssteifigkeit des Gesamtfahrzeuges entscheidend beeinflusst. Eine elastische bzw. gefederte Anbindung der Windschutzscheibe zur Verbesserung der Fußgängersicherheit wäre demnach konstruktiv aufwendig. Außenairbags, die sich an der Unterkante der Windschutzscheibe entfalten sind zwar effektiv aber auch teuer, da hierzu ebenfalls die Konstruktion des Fahrzeugvorderteils abgeändert werden muss.

Aufgabe

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, den Personenschutz bei Aufprall auf die Windschutzscheibe eines Kfz durch Reduktion der HIC-Werte zu verbessern.

Es wurde gefunden, dass bei einer Vorschädigung der Windschutzscheibe deren Starrheit und Härte erheblich reduziert werden kann, ohne die Gefahr des Durchdringens der Windschutzscheibe zu erhöhen.

Darstellung der Erfindung

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Personenaufprallschutz für ein Kraftfahrzeug (Kfz), bestehend aus einer Windschutzscheibe aus Verbundglas, einem Aufpralldetektionssystem und einer Zerstörungseinrichtung, wobei die Zerstörungseinrichtung mittels des Aufpralldetektionssystems die Windschutzscheibe vor Aufprall der Person vorschädigt.

Ebenfalls ist ein Verfahren zur Verbesserung des Personenaufprallschutzes eines Kfz Gegenstand der Erfindung, wobei eine Zerstörungseinrichtung mittels eines Aufpralldetektionssystems die Windschutzscheibe eines Kfz vor dem Aufprall einer Person auf die Windschutzscheibe vorschädigt und so die Härte der Windschutzscheibe herab setzt.

Die erfindungsgemäße Vorschädigung der Windschutzscheibe senkt die HIC-Werte bei einem Aufprall einer Person erheblich und erhöht so die passive Sicherheit eines Kfz bzw. den Personenschutz.

Üblicherweise bestehen Kfz-Windschutzscheiben aus Verbundglas mit zwei Glasscheiben, die über eine Zwischenschichtfolie z.B. aus weichgemachtem Polyvinylbutyral miteinander verklebt sind. Als Kfz werden für die vorliegende Erfindung alle Kraftfahrzeuge des Straßenverkehrs d.h. Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Omnibusse, Lieferfahrzeuge oder Kleinbusse verstanden.

Die vorliegende Erfindung verringert die Härte einer Windschutzscheibe aus Verbundsicherheitsglas beim Aufprall in der Weise, dass eine oder mehrere Glasschichten der Windschutzscheibe beim Zusammenstoß mit einem Fußgänger oder einem anderen schwächeren Verkehrsteilnehmer so vorgeschädigt werden, dass mindestens im Randbereich Risse in einer der beiden Glasschichten erzeugt werden. Diese Risse machen die Struktur der Windschutzscheibe biegeweicher, so dass ein auftreffender Kopf einer geringeren Verzögerung ausgesetzt ist, als dies bei einer nicht vorgeschädigten Windschutzscheibe identischer Zusammensetzung der Fall wäre. Die erfindungsgemäße Vorschädigung kann nach dem Ansprechen geeigneter Druck- oder Beschleunigungssensoren, vergleichbar mit dem Auslösen verschiedener Airbaggruppen im Fahrzeug z.B. durch das zeitgleiche oder zeitlich gestaffelte Auslösen von am Rand der Windschutzscheibe befindlichen mechanischen Elementen oder einer oder mehrerer Zündladungen, erfolgen.

Um bei einem Zusammenprall mit einen Fußgänger oder einem anderen schwächeren Verkehrsteilnehmer einen verbesserten Schutz zu gewährleisten, muss sowohl eine ausreichende Federwirkung der vorgeschädigten Windschutzscheibe als auch deren Penetrationsfestigkeit gewährleistet sein. Andernfalls würde der Kopf bzw. andere Körperteile des Unfallbeteiligten die Windschutzscheibe ganz oder teilweise durchdringen, was sowohl für diesen als auch für die Fahrzeuginsassen mit einem stark erhöhtem Verletzungsrisiko einherginge. Hierzu kann es nötig sein, die Dicke der Zwischenschicht über die üblicherweise verwendeten 0.76 mm hinaus auf beispielsweise 0.90, 1.14 oder 1,52 mm zu erhöhen.

Gleichermaßen kann es nützlich sein, die Elastizität der Zwischenschicht zu erhöhen. Zur Messung der Elastizität der Zwischenschicht unter dynamischer Belastung wird der Schlagzugversuch nach DIN EN ISO 8256 (2004) verwendet. Herkömmliche für die Verwendung in Windschutzscheiben hergestellte PVB-Folien weisen dabei Schlagzugzähigkeit von 1700-2000 kJ/m2 auf.

Ebenfalls kann der Vorspannungsgrad einer oder mehrerer Glasschichten des Verbundsicherheitsglases so gewählt werden, dass die automatisch ausgelöste Vorschädigung mindestens im Randbereich, besser aber über die gesamte Scheibenfläche zu einer für den Fußgängerschutz weiter verbesserten Bruchstruktur führt. Wie dem Fachmann bekannt, kann der Vorspannungsgrad der Glasschichten durch eine Kombination aus Hitze- und Kältebehandlung gezielt eingestellt werden. Der Vorspannungsgrad einer oder mehrerer Scheiben der erfindungsgemäß verwendeten Windschutzscheibe kann nicht nur von einer Schicht zur nächsten sondern auch innerhalb einer der einzelnen Glasschichten variieren. Zum Beispiel können die Glasschichten am Rand einen höheren Vorspannungsgrad aufweisen, als in der Scheibenmitte. Der Vorspannungsgrad lässt sich an der Größe der nach Schädigung resultierenden Bruchstücke ablesen. Große Bruchstücke weisen dabei auf einen niedrigen Vorspannungsgrad, kleine Bruchstücke auf einen hohen Vorspannungsgrad hin. Auch kann weiterhin durch Variation der Dicke der Glasschichten das Bruchbild und die Elastizität der vorgeschädigten Windschutzscheibe beeinflusst werden.

Bevorzugt wird mit der erfindungsgemäßen Vorschädigung der Windschutzscheibe ein im Vergleich zum gleichen Aufprallpunkt der nicht vorgeschädigten Windschutzscheibe um mindestens 15 geringerer HIC-Wert erreicht. Besonders bevorzugt weist die vorgeschädigte Windschutzscheibe an jeder Stelle einen HIC-Wert unter 1000, bevorzugt unter 800, ganz bevorzugt unter 500 auf.

Die Ermittlung der HIC-Werte erfolgt an der Windschutzscheibe im eingebauten Zustand gemäß ECE R 43 (Revision 1, Amendment 1 vom 25. Februar 2000) mithilfe eines auf die Glasfläche projizierten, mit Beschleunigungssensoren instrumentierten Phantomkopfes.

Windschutzscheiben werden im Allgemeinen mit dem Kfz-Rahmen verklebt. Durch die Vorschädigung darf diese Klebung nicht oder nicht wesentlich mit geschädigt werden. Erfindungsgemäß verwendete Windschutzscheiben sind bzw. bleiben daher vor und nach der Vorschädigung mit dem Kfz-Rahmen verklebt.

Bevorzugt wird die Vorschädigung der Windschutzscheibe lediglich durch Risse in den Glasscheiben der Windschutzscheibe erreicht. Die Risse treten bevorzugt im Randbereich der Windschutzscheibe auf, besonders bevorzugt treten die Risse über die gesamte Windschutzscheibe verteilt auf. Die Glasbruchstücke der Windschutzscheibe sollen im Idealfall an der Zwischenschichtfolie haften bleiben. Bevorzugt bleibt die Zwischenschichtfolie der vorgeschädigten Windschutzscheibe strukturell intakt, und weist bevorzugt keine Risse auf.

Als Aufpralldetektionssystem in der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt ein im Stoßfänger befindlicher Drucksensor, optional in Verbindung mit Verzögerungssensoren die auch den Fahrer- oder Beifahrerairbag des Fahrzeugs auslösen, eingesetzt. Die Zerstörung der Windschutzscheibe an sich kann durch mechanische oder ballistische Mittel erreicht werden. Mittel dieser Art sind bekannt und z.B. in EP 0 950 576 B1 oder US 5, 318, 145 beschrieben.

Beispiele

Die Bezugszeichen beziehen sich auf die 1.

Erfindungsgemäßes Beispiel 1:

Eine Windschutzscheibe aus Verbundsicherheitsglas, bestehend aus 2 × 2.1 mm Floatglas [1] und einer dazwischen angeordneten, 0.76 mm dicken Polyvinylbutyralfolie mit einer Schlagzugzähigkeit von 1850 kJ/m2 [2], ist mit dem Fahrzeugrahmen [3] durch Klebung [4] verbunden. Am unteren Rand und an den seitlichen Rändern befinden sich Zündladungen [5], deren gerichteter Explosionsdruck [6] auf den Scheibenrand einwirken kann. Sobald im Stoßfänger befindliche Drucksensoren ansprechen, werden die Ladungen gezündet, so dass sich vom Rand der Windschutzscheibe ausgehend in beiden Glasschichten ein Rissmuster ausbildet. Dabei bleibt jedoch die die Glasschichten miteinander verklebende Zwischenschicht aus Polyvinylbutyralfolie intakt, so dass die strukturelle Integrität der Windschutzscheibe erhalten bleibt und diese weiterhin durch Klebung mit dem Fahrzeugrahmen verbunden ist. Der Aufprall auf die erfindungsgemäße, vorgeschädigte Windschutzscheibe führt zu geringeren HIC-Werten, insbesondere im Randbereich (ca. 30 cm vom Scheibenrand) als dies bei einer nicht vorgeschädigten Scheibe identischen Aufbaus der Fall ist.

Erfindungsgemäßes Beispiel 2:

Eine Windschutzscheibe aus Verbundsicherheitsglas, bestehend aus 2 × 2.1 mm Floatglas und einer dazwischen angeordneten, 1.14 mm dicken Polyvinylbutyralfolie mit einer erhöhten Schlagzugzähigkeit von 2050 kJ/m2, ist mit dem Fahrzeugrahmen durch Klebung verbunden. Am unteren Rand und an den seitlichen Rändern befinden sich Zündladungen, deren gerichteter Explosionsdruck auf den Scheibenrand einwirken kann. Sobald im Stoßfänger befindliche Drucksensoren ansprechen, werden die Ladungen gezündet, so dass sich vom Rand der Windschutzscheibe ausgehend in beiden Glasschichten ein Rissmuster ausbildet. Dabei bleibt jedoch die die Glasschichten miteinander verklebende Zwischenschicht aus Polyvinylbutyralfolie intakt, so dass die strukturelle Integrität der Windschutzscheibe erhalten bleibt und diese weiterhin durch Klebung mit dem Fahrzeugrahmen verbunden ist. Der Aufprall auf die erfindungsgemäß vorgeschädigte Windschutzscheibe führt zu geringeren HIC-Werten, insbesondere im Randbereich (ca. 30 cm vom Scheibenrand) als dies bei einer nicht vorgeschädigten Scheibe identischen Aufbaus der Fall ist.


Anspruch[de]
Personenaufprallschutz für ein Kfz, bestehend aus einer Windschutzscheibe aus Verbundglas, einem Aufpralldetektionssystem und einer Zerstörungseinrichtung, dadurch ge kennzeichnet, dass die Zerstörungseinrichtung mittels des Aufpralldetektionssystems die Windschutzscheibe vor dem Aufprall der Person vorschädigt. Personenaufprallschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschädigung der Windschutzscheibe durch Risse in mindestens einer der beiden Glasscheiben des Verbundglases erfolgt. Personenaufprallschutz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschädigung der Windschutzscheibe zu um mindestens 15 % geringeren HIC-Werten führt, verglichen mit den gleichen Aufprallpunkten der nicht geschädigten Windschutzscheibe. Personenaufprallschutz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgeschädigte Windschutzscheibe an jeder Stelle einen HIC-Wert unter 1000 aufweist. Personenaufprallschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Aufpralldetektionssystem im Stoßfänger befindliche Drucksensoren, optional in Verbindung mit Sensoren des Fahrer- oder Beifahrerairbags eingesetzt, werden. Personenaufprallschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Windschutzscheibe vor und nach der Vorschädigung mit dem Kfz-Rahmen verklebt ist bzw. bleibt. Personenaufprallschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschichtfolie der vorgeschädigten Windschutzscheibe intakt bleibt.






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