DE10062528C1 - Anordnung zum Nachweis unzulässig hoher Krafteinwirkung auf die tragende Struktur eines Fahrzeugs - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Nachweis unzulässig hoher Krafteinwirkung auf die tragende Struktur eines Fahrzeugs. DOLLAR A Die Aufgabe, eine neue Möglichkeit zum Nachweis unzulässig hoher Krafteinwirkung auf die tragende Struktur eines Fahrzeugs zu finden, die in einem prädestinierten Stoß- oder Knautschbereich nur bei unzulässig hoher Krafteinwirkung eine mögliche Schädigung der tragenden Struktur signalisiert, wird bei einer Anordnung zum Nachweis unzulässig hoher Krafteinwirkung auf die tragende Struktur eines Fahrzeugs erfindungsgemäß gelöst, indem ein definiert verformbares Gehäuse (1) im Wesentlichen die Form eines Kegelstumpfes (11) aufweist, wobei die Mittelachse des Kegelstumpfes (11) in Richtung der nachzuweisenden Krafteinwirkung ausgerichtet ist, ein Dorn (3) mit keilförmigem Ende (31) im Innern des Gehäuses (1) vorhanden ist, der parallel zur Mittelachse des Kegelstumpfes (11) an der Grund- oder Deckfläche (13; 14) starr befestigt ist, elektrische Kontakte innerhalb einer Glasröhre (2) mit einer Kontaktbrücke (21) einen Stromkreis geschlossen halten, wobei die Glasröhre (2) orthogonal zur Richtung des Dornes (3) und quer zu dessen keilförmigem Ende (31) ausgerichtet ist und bei einer Höhenverkürzung des Kegelstumpfes (11) infolge einer unzulässig hohen Krafteinwirkung Dorn (3) und Glasröhre (2) soweit gegeneinander verschoben werden, dass die Glasröhre (2) zerbrochen und die Kontaktbrücke (21) getrennt werden.

Description

Anordnung zum Nachweis unzulässig hoher Krafteinwirkung auf die tragende Struktur eines Fahrzeugs

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Nachweis unzulässig hoher Krafteinwirkung auf die tragende Struktur eines Fahrzeugs, insbesondere einen Stoßsensor für den Nachweis eines Bodenkontaktes des Hecks eines Flugzeugs.

Das Problem der unzulässig hohen Krafteinwirkung auf eine tragenden Struktur und damit eine plastische Verformung, die zu einer Gefährdung der Stabilität der Struktur führen kann, ist auf vielen technischen Gebieten, vornehmlich in der Fahrzeugtechnik, ganz besonders aber in der Luftfahrt relevant.

Die kritischen, ständig wiederkehrenden Momente bei einem Flugzeug sind das Abheben von der Rollbahn, bei dem Länge der Rollbahn, Rollgeschwindigkeit und Wind sowie das Können des Flugzeugpiloten eine Rolle spielen sowie das Aufsetzen auf der Rollbahn, bei dem noch weitere Faktoren (wie Sinkgeschwindigkeit, Anfluggeschwindigkeit und -richtung in Verbindung mit Wind und anderen Witterungserscheinungen im Zusammenspiel mit der Flugerfahrung des Piloten) hinzukommen. Bei diesen Vorgängen kommt es relativ häufig zu einem Aufsetzen des Flugzeughecks. Hierbei ist weniger der Kontakt mit der Rollbahn als solcher von Interesse, sondern - um eine Gefährdung der Stabilität der tragenden Flugzeugstruktur zuverlässig erkennen oder ausschließen zu können - vielmehr, dass eine bestimmte Größe der Kraft, die dabei auf die tragende Struktur des Flugzeugrumpfes wirkt, nicht überschritten wird. Zusätzlich sollte ein solcher Heckaufschlagsensor (engl.: Tail Strike Indicator) wegen der Vielzahl von auftretenden Belastungen am Flugzeugs ständig auf seine Funktionsfähigkeit überprüfbar sein, damit zuverlässig ausgeschlossen werden kann, dass aufgrund des Ausfalls des Sensors ein unzulässig starker Bodenkontakt nicht angezeigt wird.

Eine herkömmliche Lösung für einen Heckaufschlagsensor eines Flugzeugs sieht eine geschlossene Hülse an der Heckunterseite des Flugzeugs vor, in der zwei eng benachbarte Kontaktfahnen beim Verbiegen der Hülse den Kontakt eines Signalstromkreises schließen, so dass eine Warnleuchte die Bodenberührung anzeigt. Bei diesem Heckaufschlagsensor sind jedoch die Größe der Aufschlagkraft und die ständige Funktionsfähigkeit des Sensors nicht (bzw. nicht trivial, d. h. ohne Demontage des Sensors) nachweisbar.

Für Kraftfahrzeuge ist aus der DE 36 22 708 C2 eine völlig andere Art der Materialprüfung tragender Teile bekannt. Hier wird die Tragfähigkeit des Materials durch eine Federbeanspruchung elastisch geprüft und die Sensorvorrichtung unter Unterdruck-Ansaugung nur für die Dauer der Prüfung an den zu prüfenden Karosserieteilen zeitweilig ortsfest angebracht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Möglichkeit zum Nachweis unzulässig hoher Krafteinwirkung auf die tragende Struktur eines Fahrzeugs zu finden, die in einem prädestinierten Stoss- oder Knautschbereich nur bei unzulässig hoher Krafteinwirkung eine mögliche Schädigung der tragenden Struktur signalisiert. Als eine weitere spezielle Aufgabe soll ein neuartiger Heckaufschlagsensor für Flugzeuge realisiert werden, der eine sichere Detektion eines Bodenkontakts des Hecks eines Luftfahrzeugs gestattet. Weiterhin soll der Sensor in seiner Funktionsfähigkeit einfach überprüfbar sein.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Anordnung zum Nachweis unzulässig hoher Krafteinwirkung auf eine tragende Struktur von Fahrzeugen mit einem im wesentlichen kegelförmigen Gehäuse und zwei elektrischen Kontakten, die innerhalb des Gehäuses angeordnet sind und bei Verformung des Gehäuses einen Signalstromkreis, der die Verformung signalisiert, schalten, dadurch gelöst, dass das Gehäuse definiert verformbar ist und im wesentlichen die Form eines Kegelstumpfes aufweist, wobei eine Mittelachse, die die Mittelpunkte von Grund- und Deckfläche des Kegelstumpfes verbindet, in Richtung der nachzuweisenden Krafteinwirkung ausgerichtet ist, dass ein Dorn mit keilförmigem Ende im Innern des Gehäuses vorhanden ist, wobei der Dorn parallel zur Mittelachse des Kegelstumpfes an einer der Grund- und Deckflächen starr befestigt ist, die elektrischen Kontakte innerhalb einer Glasröhre miteinander verbunden sind und einen Stromkreis geschlossen halten, wobei die Glasröhre orthogonal zur Richtung des Dornes und quer zu dessen keilförmigem Ende ausgerichtet ist, und dass beim Überschreiten eines bestimmten Betrages einer Höhenverkürzung des Kegelstumpfes infolge einer unzulässig hohen Krafteinwirkung das keilförmige Ende des Dornes und die Glasröhre soweit gegeneinander verschiebbar sind, dass die Glasröhre zerbrochen und die Kontakte getrennt werden.

Besonders für Stoßsensoren mit verschiedenen möglichen Richtungen der Krafteinwirkung ist die Deckfläche des Gehäuses aufgewölbt. Vorteilhaft ist das Gehäuse ein Kegelstumpf mit im wesentlichen elliptischer Grundfläche und Deckfläche, um in einer bevorzugten Bewegungsrichtung des Fahrzeugs eine höhere Stabilität zu erreichen.

Für Luft- und Wasserfahrzeuge wird das Gehäuse zweckmäßig als schiefer Kegelstumpf mit aufgewölbter Deckfläche ausgeformt, der in Hauptbewegungs­ richtung des Fahrzeugs geneigt ist, so dass sich eine Art Flossenform ergibt, die strömungstechnisch günstig und gleichzeitig sehr stabil ist.

Die definierte Verformbarkeit des Gehäuses in Form des Kegelstumpfes wird erreicht, indem die zulässige Krafteinwirkung ohne Verformung des Gehäuses durch Stabilitätsberechnung mittels der Methode der finiten Elemente berechnet wird. Damit bei beliebiger Gehäuseverformung (z. B. mit anteiliger Scherungsverformung) die Kontaktbrücke in der Glasröhre sicher getrennt wird, ist vorzugsweise eine rohrförmige Hülse vorgesehen, in die der Dorn mit seinem keilförmigen Ende in einer Ausgangsstellung (ohne Verformung des Gehäuses) eingetaucht ist, wobei die Hülse an der der Dornbefestigung entgegengesetzten Grund- oder Deckfläche starr befestigt ist und eine Halterung für die Glasröhre derart aufweist, dass die Mittelachsen der Glasröhre und der Hülse einander orthogonal schneiden. In einer vorteilhaften Variante sind der Dorn an der Grundfläche und die Hülse an der Deckfläche des kegelstumpfförmigen Gehäuses starr befestigt.

Um innerhalb des Gehäuses jegliche Funktionsstörungen durch Kondenswasser oder durch äußere Stöße/Erschütterungen ohne Gehäuseverformung zu minimieren wird das Gehäuse zweckmäßig mit festem Material vollständig ausgefüllt. Dabei erweist es sich von Vorteil, dass der Großteil des Gehäuses, der der nachzuweisenden Krafteinwirkung zugewandt ist, mit einer gummiartigen Masse, vorzugsweise Silikongummi, gefüllt ist und der übrige Teil mit einem geeigneten quellenden Material vollständig ausgeschäumt wird.

Als Glasröhre, die den Träger für die Kontaktbrücke des Kontrollstromkreises darstellt, ist vorteilhaft eine Glasschmelzsicherung geeignet. Eine andere Möglichkeit für die kontaktführende Glasröhre ist eine Soffittenglühlampe. Als besonders vorteilhaft erweist es sich, für die kontaktführende Glasröhre einen Reed-Kontakt vom Typ eines Ausschalters zu verwenden. Dies kann zweckmäßig durch einen Reed- Kontakt, der durch Beistellung eines Permanentmagneten geschlossen gehalten wird, erreicht werden.

Um die Funktionsfähigkeit des Stoßsensor ständig überprüfen zu können, ist der Reed-Kontakt mittels eines nebengeordneten Elektromagneten zur Prüfung der Funktionsfähigkeit ausschaltbar. Eine andere einfache Kontrollmöglichkeit sieht im Bedarfsfall zweckmäßig vor, den Reed-Kontakt mittels eines Permanentmagneten, der zur Prüfung der Funktionsfähigkeit von außen am Gehäuse positioniert wird, auszuschalten.

Für Problemfälle, bei denen der Stoßsensor neben der Stoßwirkung auch noch einer Abriebgefahr unterliegt (wie bei Flugzeugen durch Streifen der Rollbahn mit großer Geschwindigkeit) ist es zweckmäßig, an der für den Dorn vorgesehenen Führungskonstruktion (Hülse) entlang ihrer Längsausdehnung eine Drahtschleife zur Detektion eines Abschleifens der Gehäusedeckfläche anzubringen, wobei in einem vorbestimmten Abstand entfernt von der Befestigungsstelle der Hülse an der Deckfläche die Drahtschleife, als Wendebogen geformt, sicher befestigt und in entgegengesetzter Richtung zurückgeführt ist. Wird bei einem Abschleifen der Gehäuse-Deckfläche die darin befestigte Hülse bis über den Wendebogen abgerieben, so ist damit die Kontaktschleife unterbrochen und sichergestellt, dass auch ohne Verformung des Gehäuses der Bodenkontakt durch Trennung eines Kontrollschaltkreises angezeigt wird.

Eine solche Drahtschleife zur Detektion eines Abschleifens kann vorzugsweise auch eine Verbindungsleitung zu einer Anschlussklemme der kontaktführenden Glasröhre sein, die in gleicher Weise dann jedoch denselben Kontrollstromkreis wie die Glasröhre unterbricht. Zur sicheren Befestigung des von der Drahtschleife geformten Wendebogens wird dieser vorteilhaft durch die Mantelfläche der Hülse hindurch geführt und vergossen. Dabei kann die Kontaktschleife wahlweise außerhalb der Hülse zum Wendebogen hin und innerhalb der Hülse zurückgeführt werden oder es ist eine Durchführung des Wendebogens bis auf die andere Außenseite der Hülse vorgesehen.

Der Grundgedanke der Erfindung basiert auf der Überlegung, dass bei den bisher an Flugzeugen verwendeten Stoßsensoren, die einen Bodenkontakt des Hecks (einmalig) genau dann anzeigen, wenn zwei elektrische Kontakte durch Zerstören eines umhüllenden Dorns geschlossen oder geöffnet werden, nach einem solchen Ereignis nicht (ohne zusätzliche aufwändige Maßnahmen) erkannt werden kann, ob die tragende Struktur des Flugzeughecks unbeschädigt geblieben ist oder nicht. Des weiteren kann ein herkömmlicher Heckaufschlagsensor bei regelmäßigen (z. B. den vor jedem Start vorgeschriebenen) Routinekontrollen nicht auf seine Funktionsfähigkeit überprüft werden. Diese Probleme werden gemäß der Erfindung mit einem definiert verformbaren Gehäuse und einer bei Kraftüberschreitung sicher zerstörbaren Kontaktbrücke gelöst. Dabei wird erst bei einem unzulässig starken Stoß (z. B. Bodenkontakt des Flugzeughecks) das besagte Gehäuse verformt und durch Verkürzung seiner Höhe (sei es durch Knautsch- oder Scherverformung) die Kontaktbrücke durch einen Dorn zerstört und ein Kontrollstromkreis unterbrochen. Das Gehäuse besteht zu diesem Zweck aus einem weicheren Material als die eigentliche Fahrzeugstruktur und ist mittels der Methode der finiten Elemente so dimensioniert, dass es sich erst ab einer bestimmten Kraft verformt. Ein solches Schwellwertverhalten eines Stoßsensors bei einer Kollision ist für beliebige Fahrzeuge auch außerhalb der Flugzeugindustrie von Interesse.

Durch den Einsatz eines Reed-Kontaktes als in einer Glasröhre geschützten Kontaktbrücke, wird der Stoßsensor jederzeit bezüglich seiner Funktionsfähigkeit kontrollfähig (Ausschaltfunktion), indem dieser durch Anlegen eines äußeren Magnetfeldes überprüft (geöffnet) werden kann. Damit ist - auch wenn ein leichter (ggf. schon sichtbarer) Stoßkontakt stattgefunden hat, der nicht zu einer (ausreichenden) Verformung des Gehäuses geführt hat - erkennbar, ob der Stoßsensor noch intakt ist.

Mit einer solchen erfindungsgemäßen Anordnung ist es möglich, die Überschreitung einer vorgegebenen (Stoß-)Krafteinwirkung auf eine tragende Struktur eines Fahrzeugs zuverlässig anzuzeigen und gleichzeitig die Funktionsfähigkeit der Anordnung bei Nichtüberschreiten der zulässigen Kraft zu gewährleisten. Ausgerüstet mit einem Reed-Kontakt ist eine solche Anordnung insbesondere am Heck von Flugzeugen (als sogenannter Tail Strike Indicator - TSI) einsetzbar, weil er neben einer ständigen Prüffähigkeit (z. B. bei Routinekontrollen vor jedem Start) auch nach einem aufgetretenen Bodenkontakt des Flugzeughecks eine Entscheidung darüber erlaubt, ob der Bodenkontakt ohne Schädigung der Flugzeugstruktur abgelaufen ist.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung in einer Schnittdarstellung und Draufsicht,

Fig. 2: eine Schnittdarstellung eines Heckaufschlagsensors für Flugzeuge (Tail Strike Indicator - TSI),

Fig. 3: einen vergrößerten Ausschnitt der gehäuseinneren Sensorkomponenten mit zusätzlicher Drahtschleife für streifende Berührung,

Fig. 4: eine Gesamtansicht eines Heckaufschlagsensors (TSI),

Obwohl die erfindungsgemäße Anordnung im folgenden stets als Heckaufschlagsensor (TSI) in bezug auf Flugzeuge beschrieben wird, ist die Anordnung aufgrund ihres speziellen Auslösesystems für eine definierte (im wesentlichen eindimensional gerichtete) Krafteinwirkung und ihrer einfachen Prüfbarkeit nach einem leichten "Crash" auch für Anwendungen im allgemeinen Fahrzeugbau geeignet und soll deshalb ausdrücklich nicht auf Luftfahrzeuge beschränkt sein.

Die erfindungsgemäße Anordnung besteht in ihrem Grundaufbau - wie in Fig. 1 dargestellt - aus einem Gehäuse 1, das neben der äußeren Schutzfunktion vor allem eine Widerstandsfunktion gegen zulässige Aufschlagkräfte aufbietet, einer kontaktführenden Glasröhre 2, über die ein Kontrollstromkreis des Sensors geschlossen gehalten wird, einem Dorn 3 sowie einer Hülse 4, die ein Führungselement für den Dorn 3 darstellt und eine Halterung für die Glasröhre 2 beinhaltet.

Das Gehäuse 1 besteht aus einem gut plastisch verformbaren Material, z. B. einem weichen Metall wie Aluminium, so dass es sich leichter verformt als die tragende Struktur eines Fahrzeugs, die gesichert bzw. ständig auf unzulässige Belastung überwacht werden soll. Es könnte aber auch einfach aus demselben Material wie die Konstruktionsstruktur, jedoch entsprechend dünnwandiger gefertigt sein. Wesentlich ist für die Funktion eines erfindungsgemäßen Stoßsensors, dass das Gehäuse 1 eine kegelstumpfförmige Grundform aufweist, um eine definierte Stabilität gegen nicht genau senkrechten Aufschlag auf die zu sichernde Oberfläche der tragenden Struktur zu erhalten.

Die Form des Gehäuses 1 wird, z. B. mittels der Methode der finiten Elemente (FEM), so berechnet, dass sich das Gehäuse 1 erst bei Überschreiten einer bestimmten Kraft plastisch verformt. Diese Kraft ist immer so zu wählen, dass sie noch kleiner als die zulässige (gefahrlose) Höchstbelastung der tragenden Struktur des Flugzeugs ist. Da die Krafteinwirkung im wesentlichen eindimensional aus einer vorbestimmten Richtung erwartet wird, ist das Gehäuse als Kegelstumpf 11 - wie in Fig. 1 - ausgeführt. Der Kegelstumpf wird dabei mit seiner Grundfläche 13 an der zu sichernden Struktur (nicht gezeichnet) befestigt. Die Krafteinwirkung erfolgt im Wesentlichen orthogonal zur Deckfläche 14 des Kegelstumpfes 11, d. h. bei Betrachtung der oberen Schnittzeichnung in Fig. 1 von oben. Im Innern des kegelstumpfförmigen Gehäuses 1 sind entlang der Symmetrieachse des Kegelstumpfes 11 ein Dorn 3, der starr an der Grundfläche 13 befestigt ist, sowie eine Hülse 4, die an der entgegengesetzten Deckfläche 14 angebracht ist, vorhanden. Die Hülse 4 hat zum einen die Aufgabe, das eigentliche Sensorelement, den Bruchsensor in Form einer kontaktführenden Glasröhre 2 orthogonal zum Dorn 3 zu halten. Zum anderen sichert die Hülse 4, dass der Dorn 3 die Glasröhre 2 unfehlbar trifft, falls infolge einer unzulässig großen Kraft auf die Deckfläche 14 sich diese in Richtung der Grundfläche 13 verschiebt. Zu diesem Zweck weist die Hülse 4 eine Halterung 41 auf, in der die Glasröhre 2 orthogonal zur Symmetrieachse des Kegelstumpfes 11 so positioniert, dass die Enden 23 der Glasröhre 2 - vor allem zu sicheren Kontaktierung - fest sind und der mittlere Bereich 24 der Glasröhre 2 im Innern der Hülse 4 frei liegt. Der Dorn 3 taucht (bereits in der normalen Ausgangsstellung) in das offene Ende der Hülse 4 ein, so dass ihm die Hülse 4 als Führung in Richtung des mittleren Bereichs der Glasröhre 2 dient. Bewegen sich nun Grundfläche 13 und Deckfläche 14 aufeinander zu, trifft der Dorn 3 auf die Glasröhre 2 und zerstört diese.

Das eigentliche Sensorelement besteht - wie in Fig. 1 erkennbar - aus einer kontaktführenden Glasröhre 2, die mittels einer innen liegenden Kontaktbrücke 21 über Verbindungsleitungen 22 in einen Kontrollstromkreis eingebunden ist und diesen geschlossen hält, und hat die Funktion eines Bruchschalters. Diese Glasröhre 2 ist in dem Kegelstumpf 11 (als Basisform des Gehäuses 1) so angeordnet, dass, wenn sich der Abstand von Grund- und Deckfläche 13 und 14 des Kegelstumpfes 11 (d. h. die Höhe des Kegelstumpfes 11) über ein vorgegebenes Maß verringert, die Glasröhre 2 zerstört und die innen liegende Kontaktbrücke 21 unterbrochen wird. Das geschieht am effektivsten, indem die Glasröhre 2 parallel zwischen Grund- und Deckfläche 13 und 14 starr gegenüber einer der beiden Flächen (in diesem Beispiel gegenüber der Deckfläche 14) gehaltert ist, während an der anderen Fläche (hier an der Grundfläche 13) ein Dorn 3 so befestigt ist, dass er die Glasröhre 2 zerstört, wenn sich Grund- und Deckfläche 13 und 14 aufeinander zubewegen.

Die Funktionssicherheit dieses Prinzips wird durch die Ausstattung des Dorns 3 mit einem keilförmigen Ende 31, das orthogonal zur Längsrichtung der Glasröhre 2 ausgerichtet ist, sowie durch das Eintauchen des keilförmigen Endes 31 in eine Hülse 4, in der die Glasröhre 2 gegenüber der Deckfläche 14 starr gehaltert wird, erreicht. Damit der Dorn 3 seine Zielfunktion, die Unterbrechung der Kontaktbrücke 21, sicher erfüllt, ist an seinem keilförmigen Ende 31 - zumindest oberflächlich - mit einem elektrisch isolierenden Material versehen.

Der vorstehend beschriebene Wirkmechanismus der Trennung eines Kontrollstromkreises durch Zerstörung einer kontaktführenden Glasröhre 2 ist realisierbar mit beliebigen (dünnen) Kontaktbrücken 21, wie z. B. Glasschmelzsicherungen, Soffittenglühlampen, Reed-Kontakten oder anderen isoliert geführten leitenden Verbindungen mit glasbrechenden Eigenschaften.

Das Gehäuse 1 eines Heckaufschlagsensors für ein Flugzeug (engl.: Tail Strike Indicator - TSI) hat aufgrund der speziellen Art seiner Belastung eine etwas komplexere Ausprägung. Damit das Gehäuses 1 auch gegen schrägen Aufschlag oder streifende Berührung (z. B. der Flugplatzrollbahn) gewappnet ist, wird die Widerstandsfähigkeit gegen eine Kraft, bis zu der sich das Gehäuse 1 nicht verformen soll, dadurch besser eingestellt, dass der Kegelstumpf 11 in der Hauptbewegungs­ richtung des Flugzeugs elliptisch gestreckt ist. Weitere Stabilitätsverbesserung erreicht man, indem die Kegelstumpfform zu einem schiefen Kegelstumpf 11 oder einem schiefen elliptischen Kegelstumpf 11 oder - durch Aufwölben bzw. Abrunden der Deckfläche 14 - bis zu einer abgerundeten Flossenform 12 (wie in Fig. 4 gezeigt) abgewandelt wird. Die "auskragenden" Anteile gegenüber einem rotationssymmetrischen Kegelstumpf 11 sind dabei jeweils in Bewegungsrichtung ausgerichtet, um einer Scherungsverformung mehr Widerstand entgegen zu setzen.

Das Gehäuse 1 eines TSI wird aus einem weichen Blech gefertigt, das in einem speziellen Umformverfahren zunächst zu einem geraden Kreiskegelstumpf 11 gedrückt wird und nachfolgend über ein entsprechendes Formgebungsverfahren, ähnlich dem Tiefziehen, in mehreren Arbeitsschritten in eine dünnwandige Flossenform 12 gebracht wird. Die Flossenform 12 stellt dabei näherungsweise einen schiefen elliptischen Kegelstumpf 11 dar, dessen geometrische Gegebenheiten für die weiteren Erläuterungen zweckmäßiger sind und dem obigen allgemeinen Grundsatz des kegelstumpfförmigen Gehäuses 1 nicht entgegenstehen.

Die durch die Umformung entstandene dünne Gehäusewand erreicht die mittels der FEM-Berechnungen bestimmte Verformbarkeit (Stabilitätsgrenze) des Gehäuses 1 für eine im wesentlichen parallel zur Mittelachse des schiefen elliptischen Kegelstumpfes 11 gerichteten Krafteinwirkung (inklusive einer Stabilisierung entgegen der Hauptbewegungsrichtung des Flugzeugs).

Liegen die Druckkräfte beim Aufschlagen des Flugzeugrumpfes auf die Rollbahn zwischen ca. 1000 N und 2000 N, wird das Gehäuse 1 mehr oder minder gestaucht, so dass sich die Höhe des Kegelstumpfes 11, d. h. der (senkrechte) Abstand zwischen Grundfläche 13 und Deckfläche 14, verringert. Verkürzt sich die Kegelstumpfhöhe über ein vorgewähltes Maß hinaus, wird die Glasröhre 2 als Bruchschalter irreversibel zerstört, die innen liegende Kontaktbrücke 21 getrennt und der harte Bodenkontakt im Cockpit angezeigt. Im Ergebnis ist zu erkennen, dass der Bodenkontakt für die tragende Flugzeugkonstruktion kritisch war und weitere Untersuchungen folgen müssen. Mit dem relativ weichen, verformbaren Gehäuse 1 wird aber insbesondere auch bei Aufschlagkräften über 2000 N sichergestellt, dass an der Rumpfstruktur des Flugzeugs keine zusätzlichen Schäden durch den Formwiderstand des Gehäuses 1 gegen seine Eigenverformung verursacht werden können, da die vom Gehäuse 1 maximal aufgenommene Kraft (von ca. 2000 N) noch deutlich unter der kritischen Grenzbeaufschlagung der Flugzeugkonstruktion (die in diesem Fall mit ca. 3600 N vorgegeben war) liegt.

Zur Realisierung eines voll funktionstüchtigen Bruchschalters kommt bei einem TSI, wie in Fig. 2 dargestellt, für die kontaktführende Glasröhre 2 ein Reed-Kontakt 25 zum Einsatz. Der Reed-Kontakt 25, befestigt in einer Halterung 41, durchquert orthogonal die Hülse 4, in die der Dorn 3 mit seinem keilförmigen Ende 31 bereits in der Ausgangsstellung geringfügig eingetaucht ist.

Bei Stoßverformung des Gehäuses 1 (hier in der üblichen Gebrauchslage eines TSI mit Krafteinwirkung von unten) wird die auf der Deckfläche 14 im Innern des Kegelstumpfes 11 verklebte Hülse 4 gegen den Dorn 3 geschoben und führt den Reed-Kontakt 25 starr mit sich gegen den Dorn 3. Bei einer ausreichend großen Verformung (Höhenverkürzung des Kegelstumpfes 11) tritt ein Bruch und eine Durchtrennung des Reed-Kontaktes 25 ein. Bei diesem stoßinitiierten Verschiebungsvorgang durchstößt das keilförmige Ende 31 zunächst die Glasröhre 2 und trennt beim weiteren Vordringen die Kontaktzungen 26 des Reed-Kontakts 25. Der Einsatz eines Reed-Kontaktes 25 als Bruchschalter hat für die Flugsicherheit den entscheidenden Zusatzvorteil, dass seine Einsatzbereitschaft (z. B. auch nach leichten Bodenkontakten) stets geprüft werden kann.

Im Gegensatz zur üblichen Funktion von Reed-Kontakten, bei denen mittels beigeordneter Magnete ein Stromkreis geschaltet wird, ist bei dem in Fig. 2 dargestellten Reed-Kontakt 25 die Schaltfunktion (Ausschalten) allein für Prüfzwecke von Bedeutung. Geeignet für die Prüffunktion ist ein Reed-Kontakt 25 in Form eines Ausschalters, bei dem ein angelegtes Magnetfeld die permanent geschlossenen Kontaktzungen 26 öffnet.

Der TSI für ein Flugzeug soll zusätzlich zum Nachweis der Aufschlagkräfte auch bei nur leichtem Bodenkontakt, d. h. bei einem Schleifen auf der Rollbahn (mit Druckkräften kleiner 650 N) und damit einhergehenden Abrieb des Gehäuses 1, ein Signal an das Cockpit abgeben. Dazu wird eine Drahtschleife 5 im Gehäuse 1 parallel zur Kegelstumpfachse derart gehäusefest angebracht, dass zwischen der Deckfläche 14 des Gehäuses 1 und dem Wendebogen 51 der Drahtschleife 5 ein Abstand von ca. 10 mm vorhanden ist. Fig. 2 zeigt dazu die einfachste und zugleich zuverlässigste Möglichkeit, indem die Drahtschleife 5 entlang der (deckflächenfesten) Hülse 4 befestigt und an einer für den Wendebogen 51 bestimmten Stelle (z. B. 10 mm unter der Deckfläche 14) durch die Wandung der Hülse 4 hindurchgeführt wird. Damit ist der Wendebogen 51 unverrückbar als Schleifpunkt bezüglich eines Gehäuseabriebs definiert. Zusätzlich wird die Drahtschleife 5 durch Verkleben an den Durchbrüchen 42 sowie an der Wandung der Hülse 4 gesichert, indem sie mit Kunstharztupfen 52, z. B. mit Epoxidharz, stellenweise vergossen wird. Die Drahtschleife 5 ist eine durchgezogene Verbindungsleitung, die - gemäß der Ausführung von Fig. 2 - als eine der Verbindungsleitungen 22 für den Reed-Kontakt 25 fungiert und zu dessen Bruchkontaktfunktion eine Oder -Schaltfunktion hat. Dazu ist ein Ende 52 der Drahtschleife 5 direkt mit dem Anschluss-Stecker 6 verbunden und das zweite Ende 52, aus der Hülse 4 kommend, mit einer Kontaktzunge des Reed-Kontaktes 25 in Verbindung. In diesem Fall könnte bei Unterbrechung eines am Anschluss-Stecker 6 angekoppelten Kontrollstromkreises erst die genauere Untersuchung des TSI eine Aussage liefern, ob der Reed-Kontakt 25 unversehrt und damit die Flugzeugstruktur unverletzt geblieben ist.

Fig. 3 zeigt das Innere eines TSI mit einem Reed-Kontakt 25, bei dem die Kontaktzungen 26 mit einem Permanentmagneten 27 in der normalen Betriebsstellung stets geschlossen gehalten werden. Zur Prüfung dieses Bruchschalters sowie der daran angeschlossenen Signalverarbeitung kann man mittels eines ca. 1000 Tesla starken Magneten, der von außen an das Gehäuse 1 des TSI gehalten wird, den Reed-Kontakt 25 vorübergehend öffnen. Gleiches wäre durch einen bei Bedarf einschaltbaren, dem Permanentmagneten 27 im Gehäuse 1 gegenüber liegenden Elektromagneten (nicht gezeichnet) erreichbar.

Im Unterschied zu Fig. 2 ist die zusätzliche Drahtschleife 5 in einen separaten Kontrollstromkreis unabhängig von dem des Reed-Kontaktes 25 eingebunden, indem die Enden 52 der Drahtschleife 5 separat zu dem für die elektrische Ankopplung des TSI vorgesehenen Anschluss-Stecker 6 geführt werden. Derselbe Anschluss-Stecker 6 nimmt auch die Verbindungsleitungen 22 vom Reed-Kontakt 25 auf und sichert so die Unabhängigkeit der zwei Sensorkomponenten (Aufschlag- und Schleifkontakt). Gezeichnet sind die Verbindungsleitungen hier jeweils als Doppelleitungen. Wird nun das Gehäuse 1 mehr als 10 mm abgeschliffen, ohne dass das Gehäuse 1 ansonsten eine Höhenverkürzung durch Stauchung erfährt, so wird die Drahtschleife 5 an ihrem Wendebogen 51 durchtrennt und ein Signal im Cockpit erzeugt. Der eigentliche Bruchschalter in Form des Reed-Kontaktes 25 bleibt dabei unversehrt und zeugt somit von einem Bodenkontakt, der keinerlei weitere Prüfung der Flugzeugkonstruktion nach sich ziehen muss. Es genügt den TSI auszutauschen.

Der TSI für Flugzeuge hat - wie Fig. 4 zeigt - eine in Fahrt- bzw. Flugrichtung geneigten Flossenform 12, die im wesentlichen durch einen schiefen elliptischen Kegelstumpf 11 mit gerundeter Deckfläche 14 beschreibbar ist. Zum Zwecke seiner Befestigung am Flugzeugrumpf ist das Gehäuse 1 mit einem Flansch 17, der die Grundfläche des kegelstumpfförmigen Gehäuses 1 als elliptische Ringfläche umgibt und mit dieser starr (z. B. durch Schweißen) verbunden ist, versehen. Die Befestigung am Flugzeugheck erfolgt durch die Bohrungen 18 des Flansches 17 mittels Verschrauben mit der tragenden Struktur (Außenhaut des Flugzeugrumpfes). Dadurch ist der TSI im Falle eines Defekts (z. B. durch Bodenkontakt) einfach austauschbar.

Das Gehäuse 1 des TSI ist vollständig geschlossen und - wie in Fig. 1 eingezeichnet - vollständig ausgefüllt. Im Bereich der Bruchkontaktführung (Hülse 4 mit Halterung 41 des Reed-Kontaktes 25) ist es mit einem Silikongummi 15 gefüllt. Der Rest wird mit beliebiger Kunststoffmasse 16 ausgeschäumt, um zum einen im Stoßfall ein Verschieben des Silikongummis 15 im Gehäuse 1 und zum anderen die Möglichkeit von Kondenswasser-Niederschlägen an der Innenwand des Gehäuses 1 zu verhindern. Damit wird vor allem die Funktionssicherheit unter Extrembedingungen gewährleistet.

Bezugszeichenliste

1

Gehäuse

11

Kegelstumpf

12

Flossenform

13

Grundfläche

14

Deckfläche

15

Silikongummi

16

Kunststoffmasse

17

Flansch

18

Bohrungen

2

Glasröhre

21

Kontaktbrücke

22

Verbindungsleitungen

23

Enden (der Glasröhre)

24

mittlerer Bereich

25

Reed-Kontakt

26

Kontaktzungen

27

Permanentmagnet

3

Dorn

31

keilförmiges Ende

4

Hülse

41

Halterung

42

Durchbrüche

5

Drahtschleife

51

Wendebogen

52

Enden

53

Kunstharztupfen

6

Anschluss-Stecker

Claims (19)

1. Anordnung zum Nachweis unzulässig hoher Krafteinwirkung auf eine tragende Struktur von Fahrzeugen mit einem kegelförmigen Gehäuse und zwei elektrischen Kontakten, die innerhalb des Gehäuses angeordnet sind und bei Verformung des Gehäuses einen Signalstromkreis, der die Verformung signalisiert, schalten, dadurch gekennzeichnet, dass
das Gehäuse (1) definiert verformbar ist und die Form eines Kegelstumpfes (11) aufweist wobei eine Mittelachse, die die Mittelpunkte von Grundfläche (13) und Deckfläche (14) des Kegelstumpfes (11) verbindet, in Richtung der nachzuweisenden Krafteinwirkung ausgerichtet ist,
ein Dorn (3) mit keilförmigem Ende (31) im Innern des Gehäuses (1) vorhanden ist, wobei der Dorn (3) parallel zur Mittelachse des Kegelstumpfes (11) an einer der Grund- und Deckflächen (13; 14) starr befestigt ist,
die elektrischen Kontakte innerhalb einer Glasröhre (2) mit einer Kontaktbrücke (21) verbunden sind und einen Stromkreis geschlossen halten, wobei die Glasröhre (2) orthogonal zur Richtung des Dornes (3) und quer zu dessen keilförmigem Ende (31) ausgerichtet und ist, und
beim Überschreiten eines bestimmten Betrages einer Höhenverkürzung des Kegelstumpfes (11) infolge einer unzulässig hohen Krafteinwirkung das keilförmige Ende (31) des Dornes (3) und die Glasröhre (2) soweit gegeneinander verschiebbar sind, dass die Glasröhre (2) zerbrochen und die Kontaktbrücke (21) getrennt werden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) ein Kegelstumpf (11) mit aufgewölbter Deckfläche (14) ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) ein Kegelstumpf (11) mit elliptischer Grundfläche (13) und Deckfläche (14) ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) ein schiefer Kegelstumpf (11) mit aufgewölbter Deckfläche (14) ist, so dass sich eine Flossenform (12) ergibt, die in Hauptbewegungsrichtung des Fahrzeugs geneigt ist.

5. Anordnung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) ein Kegelstumpf (11) ist, wobei die zulässige Krafteinwirkung ohne Verformung des Gehäuses (1) durch Stabilitätsberechnung mittels der Methode der finiten Elemente eingestellt ist.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine röhrförmige Hülse (4) vorgesehen ist, in die der Dorn (3) mit seinem keilförmigen Ende (31) in einer Ausgangsstellung eingetaucht ist, wobei die Hülse (4) an der der Dornbefestigung entgegengesetzten Grund- oder Deckfläche (13; 14) starr befestigt ist und eine Halterung (41) für die Glasröhre (2) derart aufweist, dass die Symmetrieachsen der Glasröhre (2) und der Hülse (4) einander orthogonal schneiden.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn (3) an der Grundfläche (13) und die Hülse (4) an der Deckfläche (14) des Kegelstumpfes (11) starr befestigt sind.

8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) vollständig mit festem Material (15; 16) ausgefüllt ist.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Großteil des Gehäuses (1), der der nachzuweisenden Krafteinwirkung zugewandt ist, mit einer gummiartigen Masse, insbesondere Silikongummi (15), gefüllt ist und der übrige Teil mit einem geeigneten Material (16) vollständig ausgeschäumt ist.

10. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasröhre (2) eine Glasschmelzsicherung ist.

11. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kontaktführende Glasröhre (2) eine Soffittenglühlampe ist.

12. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasröhre (2) ein Reed-Kontakt (25) vom Typ eines Ausschalters ist.

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasröhre (2) ein Reed-Kontakt (25) ist, der durch Beistellung eines Permanentmagneten (27) geschlossen gehalten wird.

14. Anordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Reed-Kontakt (25) mittels eines nebengeordneten Elektromagneten zur Prüfung der Funktionsfähigkeit ausschaltbar ist.

15. Anordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Reed-Kontakt (25) mittels eines externen Permanentmagneten, der zur Prüfung der Funktionsfähigkeit von außen am Gehäuse (1) positioniert wird, ausschaltbar ist.

16. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der Hülse (4) entlang ihrer Längsausdehnung eine Drahtschleife (5) zur Detektion eines Abschleifens der Deckfläche (14) des Gehäuses (1) angebracht ist, wobei in einem vorbestimmten Abstand entfernt von der Befestigungsstelle der Hülse (4) an der Deckfläche (14) die Drahtschleife (5) als Wendebogen (51) sicher befestigt und in entgegengesetzter Richtung zurückgeführt ist.

17. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der Hülse (4) entlang ihrer Längsausdehnung eine Drahtschleife (5) zur Detektion eines Abschleifens der Deckfläche (14) des Gehäuses (1) angebracht ist, wobei die Drahtschleife (5) eine Verbindungsleitung zu einem Anschluss der kontaktführenden Glasröhre (2) ist, in einem vorbestimmten Abstand entfernt von der Befestigungsstelle der Hülse (4) an der Deckfläche (14) in Form eines Wendebogens (51) starr befestigt und in entgegengesetzter Richtung zurückgeführt ist.

18. Anordnung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtschleife (5) zur sicheren Befestigung des Wendebogens (51) durch die Wandung der Hülse (4) hingeführt und vergossen ist.

19. Anordnung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtschleife (S) außerhalb der Hülse (4) zum Wendebogen (51) und innerhalb der Hülse (4) zurück geführt wird.