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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine crashsicherheiterhöhende Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung
eines Luftfahrzeugs sowie eine Luftfahrzeugzelle mit einer solchen
Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung.
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Es
ist bekannt, moderne Luftfahrzeuge mit crashsicherheiterhöhenden Konstruktionen
zu versehen, welche in einem Crashfall bzw. bei einem Absturz das
Verletzungsrisiko von Passagieren, Besatzungsmitgliedern und Piloten
reduzieren und deren Überlebenswahrscheinlichkeit
erhöhen.
Zu diesem Zweck werden derartige Konstruktionen so ausgelegt, dass
sie sich im Crashfall kontrolliert verformen und hierbei eine möglichst
hohe Stoßenergie
aufnehmen bzw. Stoßlasten
hinreichend absorbieren und begrenzen. Dies wiederum dient dazu,
im Crashfall auftretende negative Beschleunigungen bzw. Lastvielfache
und damit auch die auf die besagten Luftfahrzeuginsassen einwirkenden
Belastungen zu reduzieren.
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Insbesondere
Drehflügelflugzeuge,
wie z.B. Hubschrauber, besitzen im Crashfall typische Aufprallwinkel
und Aufprallgeschwindigkeiten, die sich in einem statistischen Rahmen
recht genau vorausbestimmen lassen. Darüber hinaus sind die Aufprallgeschwindigkeiten
in der Regel relativ gering; so sind sie oftmals kleiner als bei
den meisten Kraftfahrzeugunfällen.
Aus diesem Grund sind Crashsicherheitskonzepte bei Drehflügelflugzeugen
besonders erfolgversprechend einsetzbar. Bekannte crashsicherheiterhöhende Zellenkonstruktionen
von Hubschraubern verwenden stoßabsorbierende
Bodenstrukturen, die sich bei einem harten Aufprall kontrolliert
verformen und so die auftretende Stoßenergie durch Materialverformung
in einem hohem Maße
absorbieren.
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Eine
Luftfahrzeugzelle, wie z.B. die Zelle eines Drehflügelflugzeugs
bzw. Hubschraubers, muss nicht nur hochfest, sondern gleichzeitig
auch sehr leichtgewichtig gebaut sein. Diese allgemeinen Leichtbauanforderungen
führen
dazu, dass die Zelle und ihre Tragstruktur nur für bestimmte Lastvielfache bzw.
Grenzlasten dimensioniert werden kann. Auch die Crashsicherheit
der Zelle wird auf diese Grenzlasten hin ausgelegt. Bei der Gestaltung
der Zelle ist ergänzend
zu berücksichtigen,
dass der sich oberhalb der Bodenstruktur erstreckende Zellenbereich, der
in der Regel eine rahmenartige Tragstruktur mit z.B. spantförmigen Elementen
aufweist, einen Cockpit- oder Kabinenbereich umschließt, der
für den
Aufenthalt von Luftfahrzeuginsassen vorgesehen ist. Diese rahmenartige
Tragstruktur muss deshalb besonders stabil und steif ausgebildet
sein, um den Luftfahrzeuginsassen im Crashfall einen Überlebensraum
zu sichern und um zu verhindern, dass z.B. oberhalb der Zelle angeordnete
schwere Komponenten, wie z.B. Getriebe und/oder Rotoren, diesen Überlebensraum
zerstören.
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Werden
nun an der Tragstruktur der Luftfahrzeugzelle nachträglich Zusatzlasten
in Form von mobilen Ausrüstungsgegenständen (z.B.
Marschgepäck von
Luftlandetruppen) oder fest installierten Ausrüstungsgegenständen (wie
z.B. medizinischen Geräten,
Messgeräten,
usw.) angebracht, so gehen von diesen Ausrüstungen im Crashfall große Zusatzbelastungen
aus, die als hohe Lastspitzen in die Tragstruktur eingeleitet werden.
Dies kann jedoch dazu führen,
dass die Tragstruktur, die im Falle eines Crashs auch die von den
luftfahrzeugeigenen Massen ausgehenden impulsartigen Belastungen
aufnehmen muss, überlastet
wird und versagt. Die Crashsicherheit der Zelle wäre also
nicht mehr gewährleistet.
Und die Insassen des Luftfahrzeugs wären stark gefährdet.
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Um
dies zu vermeiden, müsste
gesamte Zelle von vornherein so fest und stabil ausgebildet werden,
dass sie alle auftretenden Zusatzbelastungen bzw. jede Lastspitze
sicher aufnehmen kann. Dies würde
jedoch zu einer extrem schweren Konstruktion führen, was den an ein Luftfahrzeug
gestellten Leichtbauanforderungen grundsätzlich widerspricht. Insbesondere
bei bereits bestehenden Zellenkonstruktionen wäre es auch möglich, die
Zellenstruktur nachträglich
mit zusätzlichen
Verstärkungen
zu versehen. Auch diese Maßnahme
würde jedoch
das Gesamtgewicht der Zelle erheblich erhöhen. Zudem ist eine solche
nachträgliche
Verstärkungen
nur mit einem extrem hohen technischen und handwerklichen Aufwand
zu realisieren.
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DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe beziehungsweise das technische
Problem zugrunde, eine einfache und effektive, die crashsicherheiterhöhende Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung
eines Luftfahrzeugs zu schaffen, welche eine sichere Anbringung von
zusätzlichen
Lasten in Form von Ausrüstungen an
der Tragstruktur einer Luftfahrzeugzelle ermöglicht, ohne dass die Tragstruktur
hierfür
extra verstärkt
werden muss und ohne dass die Tragstruktur im Falle eines Crashs übermäßig belastet
wird, und welche folglich die Gefahr einer übermäßigen Verformung oder Zerstörung der
Tragstruktur im Crashfall reduziert; die Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung soll hierbei
auch für
die Nachrüstung
von bereits bestehenden Zellenkonstruktionen geeignet sein. Ferner
soll eine Luftfahrzeug-Zelle
mit einer solchen Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung
bereit gestellt werden.
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Diese
Aufgabe wird gemäß einem
ersten Aspekt gelöst
durch eine crashsicherheiterhöhende Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung
eines Luftfahrzeugs, insbesondere eines Drehflügelflugzeugs, mit den Merkmalen
des Anspruchs 1.
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Diese
crashsicherheiterhöhende
Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung
eines Luftfahrzeugs, insbesondere eines Drehflügelflugzeugs, umfasst:
einen
ersten Befestigungsabschnitt, an dem die Vorrichtung an einer Tragstruktur
zu befestigen ist;
einen zweiten Befestigungsabschnitt, an
dem eine Ausrüstung
an der Vorrichtung zu befestigen ist;
eine lastbegrenzende
Auslöse-Einrichtung,
die einen ersten Lastpfad zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt
definiert, und
welche den ersten und den zweiten Befestigungsabschnitt
unterhalb einer vorbestimmten Auslösekraft fest miteinander verbindet
und eine von der befestigten Ausrüstung im Normalzustand (kein
Crash) ausgehende Nominallast, die kleiner als die Auslösekraft ist,
zwischen den beiden Befestigungsabschnitten überträgt,
und welche bei einem
crashbedingten Erreichen der Auslösekraft auslöst und die
lastabtragende Verbindung und den ersten Lastpfad zwischen dem ersten und
dem zweiten Befestigungsabschnitt trennt; und
eine Lastspitzen-Transformationseinrichtung
mit mindestens einem mit dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt
und der Auslöse-Einrichtung verbundenen,
lastbegrenzenden, stoßenergieabsorbierenden
Verformungselement,
das nach dem Auslösen der Auslöse-Einrichtung
einen zweiten Lastpfad zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt
bildet
und von der befestigten Ausrüstung ausgehende crashbedingte
Lastspitzen, die größer als
die Auslösekraft
sind, bis zum Erreichen einer maximal möglichen nominalen Verformung
absorbiert und nur einen Teil der Lastspitzen lastbegrenzend zwischen
dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt überträgt, und
das
bei Erreichen der maximal möglichen
nominalen Verformung einen infolge der Lastspitzenabsorption verbleibenden
Lastspitzenrest zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt überträgt, wobei
der Lastspitzenrest bezogen auf den Zeitpunkt des Auslösens der
Auslöse-Einrichtung
zeitverzögert in
den ersten Befestigungsabschnitt eingeleitet wird.
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Die
erfindungsgemäße Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung
funktioniert im Crashfall zweistufig, wobei jede „Stufe" auch lastbegrenzende
Eigenschaften besitzt bzw. lastbegrenzende Funktionen ausübt. Die
Vorrichtung verfügt
hierzu über
zwei unterschiedliche Lastpfade. Die erste Stufe wird durch die
Auslöse-Einrichtung
gebildet, über
die bis zum Erreichen der crashbedingten Auslösekraft der erste Lastpfad
verläuft
und über
die bis dahin die Kräfte zwischen
dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt abgetragen werden.
Durch das Auslösen bei
einer vorbestimmten Auslösekraft
verhindert die Auslöse-Einrichtung,
dass Lastspitzen bzw. Überlasten,
welche die Größe der Auslösekraft übersteigen, in
die Tragstruktur, an der die Vorrichtung befestigt ist, eingeleitet
werden. Die Auslöse-Einrichtung wirkt somit
lastbegrenzend. Ein Auslösen
der Auslöse-Einrichtung
kann durch unterschiedlichste Mittel herbeigeführt werden. Das Auslösen kann
durch Zerstören eines
Elementes oder aber auch durch nicht-zerstörende Maßnahmen erreicht werden. Ein
zerstörendes
Auslösen
kann z.B. mit Hilfe einer Sollbruchstelle bzw. auch durch Reißen oder
Ausreißen
eines Bauteils realisiert werden. Eine nicht-zerstörende Auslösung einer
Verbindung ist z.B. durch vorgespannte Verbindung, gegen die die
Auslösekraft
wirkt, Rastverbindungen, Haftverbindungen oder dergleichen zu verwirklichen.
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Die
zweite Stufe wird durch die Lastspitzen-Transformationseinrichtung
(nachfolgend kurz LPT, d.h. „Load
Peak Transformer" genannt)
gebildet, über
die nach dem Auslösen
der Auslöse-Einrichtung auch
der zweite Lastpfad verläuft.
Nach dem Auslösen
der Auslöse-Einrichtung
nimmt die LPT die bei einem Crash in Form von hohen Lastspitzen
auftretende Stoßenergie
auf und absorbiert diese durch Verformung bzw. wandelt diese in
Verformungsenergie um. Dies geschieht solange, bis die LPT ihre
maximal mögliche
nominale Verformung erreicht. Während
dieser Verformungsdauer überträgt die LPT über den
zweiten Lastpfad nur einen Teil der auftretenden Lastspitzen auf
die Tragstruktur. Denn durch die Verformung wird ja ein relativ
hoher Anteil der Stoßenergie
absorbiert. Die an der Tragstruktur auftretenden Kräfte sind
folglich nur vergleichsweise klein. Die LPT wirkt im Crashfall also
ebenfalls lastbegrenzend, ist jedoch kein reiner Lastbegrenzer.
Denn bei Erreichen der maximal möglichen
nominalen Verformung bzw. des maximalen Verformungsweges kann die
LPT noch eine Restlast auf die Tragstruktur übertragen. Bei dieser Restlast
handelt es sich um einen verbleibenden Lastspitzenrest, der von
der LPT während
der Lastspitzenabsorption ggf. nicht vollständig absorbiert werden konnte.
Die LPT sollte vorzugsweise so ausgelegt sein, dass sie eine relativ
geringe aber über
den gesamten Verformungsweg möglichst
konstante Verformungskraft und eine sehr hohe Reißfestigkeit
am Ende des Verformungsweges aufweist.
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Auf
diese Weise wird der verbleibende Lastspitzenrest bezogen auf das
ursprüngliche
crashbedingte Auftreten von Lastspitzen, welche die Auslöse-Einrichtung auslösten, erheblich
zeitverzögert
in die Tragstruktur und damit die Luftfahrzeugzelle eingeleitet.
Durch die LPT wird also das globale System „Zelle" von dem lokalen System „LPT mit
daran befestigter Ausrüstung" entkoppelt, und
die Addition von Lastspitzen innerhalb der Tragstruktur und der Gesamtzelle
wird verhindert. In der Zeit, in der sich die LPT verformt und Stoßenergie
absorbiert, werden die Tragstruktur und die Gesamtzelle also nur
gering von der LPT und der daran befestigten Ausrüstung belastet.
Gleichzeitig kann die Zelle oder eine ggf. vorhandene stoßabsorbierende
Bodenstruktur derselben aber Stoßenergie bzw. Lastspitze absorbieren,
die von der Zellenmasse selbst oder von systembedingt an der Zelle
angeordneten zelleneigenen Massen verursacht werden.
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Wenn
infolge des von der LPT bewirkten Lastspitzenabbaus und der Lastspitzenverzögerung dann
der verbleibende Lastspitzenrest in die Tragstruktur der Zelle eingeleitet
wird, hat die Zelle durch Verformung an anderen Zellenteilen, insbesondere
in der tieferliegenden Bodenstruktur, bereits eigene Lastspitzen
abgebaut. Die Belastung der Tragstruktur der Zelle ist damit weitaus
geringer und unkritischer, als dies ohne die erfindungsgemäße Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung
der Fall wäre.
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Die
erfindungsgemäße Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung
ermöglicht
im Crashfall somit eine gezielte Beeinflussung des zeitlichen Gesamtlast-Verlaufs
und damit eine Lastspitzenkontrolle, die zu einer erheblichen Gesamtlast-Reduzierung
der Zelle und besonders zu einer Verringerung der Belastung der
oberhalb der Bodenstruktur angeordneten Tragstrukturen infolge Lastspitzenverzögerung führt.
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Werden
mit Hilfe der erfindungsgemäßen Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung
Ausrüstungsgegenstände an der
Tragstruktur der Zelle montiert, so muss diese Tragstruktur also
nicht extra verstärkt werden,
um im Rahmen eines vorbestimmten Lastvielfachenbereichs die gleiche
Stabilität
und Crashsicherheit zu gewährleisten,
welche die Zelle ohne eine solche anmontierte Ausrüstung aufweist.
Die Stabilität
und Crashsicherheit der Zelle bleibt somit auch bei nachträglichen
Einbauten von schweren Ausrüstungsgegenständen erhalten
bzw. kann in diversen Fällen
sogar erheblich verbessert werden.
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Die
erfindungsgemäße Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung
ermöglicht
damit ein sicheres Anbringen von zusätzlichen Lasten in Form von
Ausrüstungen
an der Tragstruktur der Luftfahrzeugzelle, ohne dass die Tragstruktur
hierfür
extra verstärkt oder
gar neu konstruiert werden muss. Die erfindungsgemäße Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung lässt sich
zudem so ausbilden, dass sie im unverformten Ausgangszustand eine
sehr flache Bausweise besitzt. Diese gestattet es, die Vorrichtung
besonders platzsparend in den zur Verfügung stehenden Innenraum einer
Luftfahrzeugzelle zu integrieren. Die Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung
kann grundsätzlich
jedoch auch im Außenbereich
der Luftfahrzeugzelle angewendet werden. Darüber hinaus ist die Konstruktion
der Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung
relativ simpel, was ihre Herstellung erleichtert, und sie verfügt über ein
geringes Gewicht, was für
luftfahrzeugtechnische Anwendungen von besonderem Vorteil ist. Bestehende
Luftfahrzeugzellen lassen sich folglich leicht und ohne aufwendige
Modifikationen mit der erfindungsgemäßen Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung
nachrüsten.
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Die
erfindungsgemäße Lösung trägt durch eine
Kombination aus Lastbegrenzung, Lastspitzenabsorption und Lastspitzenverzögerung somit
zu einer Verbesserung der Crasheigenschaften eines Luftfahrzeugs,
insbesondere eines Drehflüglers,
und zur Erhöhung
der Sicherheit der Luftfahrzeuginsassen bei.
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Weitere
bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der erfindungsgemäßen Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung
sind Gegenstand der Unteransprüche
2 bis 12.
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Die
oben genante Aufgabe wird gemäß einem
zweiten Aspekt gelöst
durch eine erfindungsgemäße Luftfahrzeugzelle
mit den Merkmalen des Anspruchs 13.
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Diese
Luftfahrzeugzelle, insbesondere Drehflügelflugzeugzelle, insbesondere
Hubschrauberzelle, umfasst:
eine stoßabsorbierende Bodenstruktur,
die in einem Crashfall eine erste Stoßenergie-Absorptionseinrichtung
darstellt,
einen sich oberhalb der Bodenstruktur erstreckenden Zellenbereich,
insbesondere Kabinenbereich, der eine rahmenartige Tragstruktur
aufweist,
mindestens eine Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung
nach einem der Ansprüche
1 bis 12, die an einem im Bezug zur Bodenstruktur oberen Abschnitt der
rahmenartigen Tragstruktur fixiert ist und im Crashfall eine zweite
Stoßenergie-Absorptionseinrichtung
darstellt, welche
im Crashfall auftretende Lastspitzen, die
von einem mit der Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung
an der Tragstruktur befestigten Ausrüstungsgegenstand ausgehen,
zunächst
bis auf einen Lastspitzenrest abbaut und dadurch die Tragstruktur
entlastet, und dann
den verbleibenden Lastspitzenrest gegenüber den ursprünglich aufgetretenen
Lastspitzen zeitverzögert in
die Tragstruktur einleitet, welche den Lastspitzenrest auf die Bodenstruktur überträgt.
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Eine
Luftfahrzeugzelle umfasst im Sinne der Erfindung nicht nur ein Cockpit,
eine Passagierkabine, einen Frachtraum, und dergleichen, sondern auch
weitere Zellen- oder
Rumpfteile wie z.B. Rumpfheckausleger, hohle lastabtragende Anbauteile, u.s.w.
Die rahmenartige Tragstruktur der Zelle, die spantförmige oder
rippenartige Elemente aufweisen kann, ist vorzugsweise fest mit
der Bodenstruktur verbunden.
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Mit
der erfindungsgemäßen Luftfahrzeugzelle
sind im Wesentlichen die gleichen Vorteile zu erzielen, die bereits
weiter oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung
erläutert
wurden.
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Weitere
bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der erfindungsgemäßen Luftfahrzeugzelle
sind Gegenstand der Unteransprüche
14 bis 16.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung mit zusätzlichen
Ausgestaltungsdetails und weiteren Vorteilen sind nachfolgend unter
Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen näher
beschrieben und erläutert.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Es
zeigt:
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1 eine
schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung
in einem Normalzustand (kein Crash);
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2 eine
schematische Schnittansicht der erfindungsgemäßen Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung
von 1 entlang der Linie II-II in 1;
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3 eine
schematische Frontalansicht der Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung von 1 und 2 bei
einer crashbedingten Verformung; und
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4 eine
schematische, stark vereinfacht dargestellte Querschnittsansicht
einer erfindungsgemäßen Hubschrauberzelle,
die mit einer erfindungsgemäßen Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung
ausgestattet ist, mit der ein Ausrüstungsgegenstand an einer rahmenartigen
Tragstruktur der Hubschrauberzelle befestigt ist.
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DARSTELLUNG
VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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In
der nachfolgenden Beschreibung und in den Figuren werden zur Vermeidung
von Wiederholungen gleiche Bauteile und Komponenten auch mit gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet, sofern keine weitere Differenzierung
erforderlich oder zweckmäßig ist.
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In
der 1 ist in einer schematischen perspektivischen
Ansicht eine erfindungsgemäße crashsicherheiterhöhende Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung 2 (nachfolgend
kurz ABV genannt) in einem Normalzustand (kein Crash) dargestellt. 2 zeigt eine
schematische Schnittansicht der erfindungsgemäßen ABV 2 von 1 entlang
der Linie II-II in 1;
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Die
ABV 2 besitzt einen ersten Befestigungsabschnitt 4,
an dem die ABV 2 an einer Tragstruktur 6 (siehe 2)
einer Luftfahrzeugzelle (hier: eine Hubschrauberzelle) zu befestigen
ist. Der erste Befestigungsabschnitt 4 umfasst im vorliegenden
Fall zwei voneinander beabstandete Befestigungsbolzen 8, 10,
mit denen die ABV 2 mit der Tragstruktur 10 verschraubbar
ist. Anstelle von Befestigungsbolzen 8, 10 könnten grundsätzlich auch
andere geeignete Befestigungselemente vorgesehen werden, und auch
die Anzahl der Befestigungselemente kann variieren. Es ist sogar
möglich,
das oder die Befestigungselemente als festen Bestandteil der Tragstruktur 6 selbst
auszubilden. Die Befestigungsbolzen 8, 10 sind
an ihrem unteren Ende an einem Verstärkungselement fixiert, welches
in diesem Beispiel als Verstärkungsschiene 12 ausgestaltet
ist, die annähernd
die Querschnittsform eines umgedrehten „U" besitzt. Wie in den 1 und 2 gut
erkennbar ist, sind die Kanten bzw. Übergänge des U-förmigen Querschnitts zu den
seitlichen Schenkel des „U" abgerundet.
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Die
ABV 2 besitzt des Weiteren einen zweiten Befestigungsabschnitt 14,
an dem eine Ausrüstung
bzw. ein Ausrüstungsgegenstand
(nicht gezeigt) an der ABV 2 zu befestigen ist. Der zweite
Befestigungsabschnitt 14 umfasst eine Hülse 16, die über einen
hutförmigen
Querschnitt und einen unteren Hülsenflansch 16a verfügt. Die Hülse 16 ist
an ihrer Hülsendecke 16b mittels
mindestens eines Niets 18 mit der Verstärkungsschiene 12 verbunden. Überdies verfügt die Hülse 16 über ein
Innengewinde und bildet so eine Art Gewindeeinsatz bzw. einen sog.
Helicoil-Einsatz.
In dieses Innengewinde ist ein mit einem Außengewinde versehener Abschnitt
eines schraubenbolzenartigen Halterungselementes 20 eingeschraubt,
mit dem der Ausrüstungsgegenstand
(nicht gezeigt) verbindbar ist. Das Halterungselement 20 besitzt
zu diesem Zweck an seiner dem Außengewinde abgewandten Seite
einen Bolzenkopf 20a, auf dem zusätzlich ein Federelement 22 gelagert
ist.
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Die
Hülse 16 und
das darin eingeschraubte Halterungselement 20 sind bezogen
auf die Längserstreckung
der Verstärkungsschiene 12 und
bezogen auf den gegenseitigen Abstand der beiden Befestigungsbolzen 8, 10 in
einem Mittelabschnitt der Verstärkungsschiene 12 und
in einem Bereich zwischen den Befestigungsbolzen 8, 10 angeordnet
(siehe 1). Der zweite Befestigungsabschnitt 14 und
insbesondere das Halterungselement 20 sind jedoch nicht
auf die oben beschriebenen Ausgestaltungsformen beschränkt, sondern
können
je nach Anwendungsfall auch andere geeignete Formen besitzen. So
ist es beispielsweise möglich,
anstelle der Hülse 16 und
des schraubenbolzenartigen Halterungselementes 20 eine
einstückige
Halterungseinheit auszubilden oder das Halterungselement auch als
Haken, Öse,
Auge, Karabiner, Schnappverschluss, Steckverbindung, Kupplungselement
oder dergleichen ausgestalten. Ebenso können bei Bedarf mehrere dieser
Elemente vorgesehen werden.
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Die
ABV 2 umfasst des Weiteren eine nachfolgend noch näher beschriebene
lastbegrenzende Auslöse-Einrichtung 24,
die über
die Verstärkungsschiene 12 hinweg
einen ersten Lastpfad zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt 4 und 14,
d.h. den Befestigungsbolzen 8, 10 und der Hülse 16 und
dem Halterungselement 20 definiert. Ferner ist die ABV 2 mit
einer Lastspitzen-Transformationseinrichtung 26 (nachfolgend
kurz LPT genannt) ausgerüstet,
die über
mindestens ein lastbegrenzendes, stoßenergieabsorbierendes Verformungselement 28 verfügt, das
mit dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt 4, 14(d.h.
hier den Befestigungsbolzen 8, 10, der Hülse 16 und
dem Halterungselement 20) und der Auslöse-Einrichtung 24 verbunden
ist.
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Das
Verformungselement 28 ist in diesem Beispiel als Biegeelement
in Form eines Hohlprofils ausgestaltet, welches in dem in den 1 und 2 gezeigten
unverformten Zustand (kein Crash) einen breiten, abgeflachten Profilquerschnitt
besitzt. Die Profilquerachse Q dieses abgeflachten und in Breitenrichtung
der ABV 2 verlaufenden Querschnitts erstreckt sich im Wesentlichen
oder nahezu rechtwinkelig zu einer bei einem Crash zu erwartenden Hauptbelastungsrichtung
F. Diese Hauptbelastungsrichtung F verläuft in diesem Beispiel in Richtung
der durch eine strichpunktierte Linie angedeuteten Längsachse
der Befestigungsbolzen 8, 10 und des Halterungselementes 20.
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Wie
aus den 1 und 2 hervorgeht,
ist das abgeflachte Hohlprofil des Verformungselementes 28 aus
(mindestens) zwei übereinander
angeordneten streifen- oder plattenförmigen Teilen (28a, 28b) zusammengesetzt
ist, die an ihren Seitenrändern
mit Verbindungselementen fest miteinander verbunden sind (hier: über Nieten 30).
Zwischen einem Nietkopf und der jeweils zugeordneten Oberfläche der
Metallbleche 28a, 28b kann jeweils ein zusätzliches
Verstärkungselement
(z.B. ein Blechstreifen) angeordnet sein, welches vorzugsweise an
der den Bolzen 8, 10 zugewandten Seite abgerundete
Kanten aufweist. Für
die streifen- oder plattenförmigen
Teile werden im vorliegenden Fall zwei relativ dünne, Metallbleche, z.B. Stahlbleche,
verwendet, die an ihren Seitenrändern
mit Hilfe von Nieten miteinander verbunden sind. Die Metallbleche 28a, 28b haben
eine rechteckige Grundrissform.
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Die
Metallbleche 28a, 28b besitzen in diesem Beispiel
jeweils die gleiche Blechstärke,
die bevorzugt in einem Bereich von ca. 1 bis 3 mm liegt. Die Blechdicke
kann je nach Anwendungsfall jedoch von diesem Wertebereich abweichen
und bei Bedarf kleiner oder auch größer sein. Grundsätzlich können die Metallbleche 28a, 28b auch
unterschiedliche Blechstärken
aufweisen. Ebenso kann die Blechstärke pro Metallblech 28a, 28b lokal
variieren, und es können auch
mehrere Schichten von Metallblechen oder lokal variierende Schichtenanzahlen vorgesehen
sein. Darüber
hinaus kann die Grundrissform der Metallbleche 28a, 28b insbesondere
zum Zwecke der Erzielung bestimmter Biegeeigenschaften auch andersartig
ausgestaltet sein. Z.B. ist es möglich,
dass die sich links und rechts der Längsachse der Verstärkungsschiene 12 verlaufenden
Hälften
der Metallbleche 28a, 28b eine trapezförmige, dreieckige,
elliptische oder andere Grundrissform, einschließlich asymmetrischer Grundrissformen,
besitzen. Auch können
die Metallbleche 28a, 28b bei Bedarf freie Durchtrittsöffnungen
und/oder Einbuchtungen oder Einklinkungen aufweisen.
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Die
beiden Metallbleche 28a, 28b bilden zusammen einen
abgeflachten, im Wesentlichen sechseckigen Hohlprofil-Querschnitt
mit seitlichen, aufeinanderliegenden Randstegen 28a1, 28b1,
welche durch die Nieten 30 miteinander verbunden sind. Die
Metallbleche 28a, 28b besitzen vorzugsweise eine
hohe Duktilität
und damit eine gut plastische Verformbarkeit bei gleichzeitig hoher
Reißfestigkeit und
hoher Bruchdehnung. Das hohle Verformungselement 28 ist
nicht auf die zuvor beschriebene Ausgestaltungsweise beschränkt. Anstelle
der mindestens zwei Metallbleche 28a, 28b könnte auch
ein einstückiges
Hohlprofil verwendet werden, welches z.B. durch Strangpressen hergestellt
ist.
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Aus
den 1 und 2 geht des Weiteren hervor,
dass das obere Metallblech 28a symmetrisch zu der in 2 durch
eine senkrechte strichpunktierte Linie angedeuteten Mittelachse
der ABV 2 angeordnet ist. Das obere Metallblech 28a erstreckt
sich dabei oberhalb der Verstärkungsschiene 12 und
ist zwischen derselben und einem Kragen 8a und 10a eines
jeweiligen Befestigungsbolzens 8, 10 gehalten. Der
jeweilige Befestigungsbolzen 8, 10 erstreckt sich hierbei
durch das obere Metallblech 28a und einen mittleren Profilquerschnitt
der Verstärkungsschiene 12 hindurch.
Der Zusammenhalt dieser Anordnung wird jeweils durch einen unterhalb
der Verstärkungsschiene 12 angeordneten
Bolzenkopf 8b bzw. 10b sichergestellt. Dieser
Bolzenkopf 8b, 10b kann z.B. durch plastisches
Verformen des unteren Endes eines jeweiligen Befestigungsbolzen 8, 10 hergestellt sein.
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Das
untere Metallblech 28b wiederum ist symmetrisch zu der
in 2 angedeuteten Mittelachse der ABV 2 angeordnet
und an seiner Oberseite über
Nieten 32 oder andere geeignete Befestigungsmittel mit
dem unteren Hülsenflansch 16a verbunden.
Das Halterungselement 20 ist durch eine Bohrung im unteren
Blech 28b hindurch in die Hülse 16 einschraubbar.
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Die
Befestigungsbolzen 8, 10 des ersten Befestigungsabschnitts 4 greifen
also an einem oberen, mittleren Profilbereich des hohlen Verformungselementes 28 an,
während
die Hülse 16 mit
dem Halterungselement 20, die dem zweiten Befestigungsabschnitt 14 zugeordnet
sind, an einem unteren, mittleren Profilbereich des hohlen Verformungselementes 28 angreifen.
Und die Hülse 16 und
die Verstärkungsschiene 12 liegen
bei dieser Konstruktion innerhalb des durch die beiden Metallbleche 28a, 28b gebildeten
Hohlprofils des Verformungselementes 28.
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Die
bereits weiter oben erwähnte
Auslöse-Einrichtung 24 wird
in diesem Ausführungsbeispiel
primär
durch die Hülsendecke 16b und
den Niet 18 gebildet, der die Hülse 16 mit der Verstärkungsschiene 12 verbindet.
Im normalen Betriebszustand (kein Crash) und bei normalen Betriebslasten
(kein Crash) werden alle von der befestigten Ausrüstung ausgehenden
Kräfte über diesen
Niet 18 getragen. Im Crashfall hingegen fungiert der Niet 18 als
eine Sollbruchstelle oder „Trigger", wie nachfolgend
noch erläutert
werden wird. Eine gewünschte
Auslösekraft der
Auslöse-Einrichtung 24 kann
hierbei über
die Bruchfestigkeit bzw. Reißfestigkeit
des Niets 18 vorbestimmt werden. Der Niet 18 besitzt
eine Mehrfachfunktion, da er im Normalzustand (kein Crash) nicht nur
als lastabtragendes Element für
die befestigte Ausrüstung
und als zusätzliche
Verbindung zwischen dem oberen Metallblech 28a und der
Verstärkungsschiene 12,
sondern im Crashfall auch als Sollbruchstelle fungiert. Grundsätzlich könnte der
Niet 18 im Normalzustand auch nur die Hülse 16 und die Verstärkungsschiene 12 verbinden.
Die zuvor genannte Ausgestaltungsform ist fertigungstechnisch jedoch einfacher
herzustellen.
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Bei
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
ist die Auslöse-Einrichtung 24 ersichtlich
innerhalb des Hohlprofils des Verformungselementes 28 angeordnet.
Generell könnte
die Auslöse-Einrichtung 24 jedoch
auch außerhalb
des Verformungselementes 28 platziert werden (z.B. zwischen
mehreren seitlich nebeneinander angeordneten Einzel- Verformungselementen),
oder zumindest teilweise innerhalb des Verformungselementes 28.
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In
dem in den 1 und 2 angedeuteten
Normalzustand (kein Crash) der ABV 2, bei dem die vorbestimmte
Auslösekraft
nicht erreicht ist, verbindet die Auslöse-Einrichtung 24 mittels des
Niets 18 den ersten und den zweiten Befestigungsabschnitt 4, 14 fest
miteinander. Und ist eine Ausrüstung
(nicht gezeigt) über
das Halterungselement 20 an der ABV 2 befestigt,
so verläuft über den
Niet 18 der o.g. erste Lastpfad, über den eine von der befestigten
Ausrüstung
im Normalzustand (kein Crash) ausgehende Nominallast, die kleiner
als die Auslösekraft
ist, zwischen dem Halterungselement 20, der Hülse 16,
der Verstärkungsschiene 12,
dem oberen Metallblech 28a und den Befestigungsbolzen 8, 10 übertragen
wird.
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In
der 3 ist eine schematische Frontalansicht der ABV 2 von 1 und 2 bei
einer crashbedingten Verformung und kurz vor Erreichen einer maximal
möglichen
nominalen Verformung dargestellt. Der unverformte Ausgangszustand
der ABV 2 ist in der 3 zum Vergleich
durch gestrichelte Linien angedeutet. Wird im Crashfall infolge
der auf die befestigte Ausrüstung
(nicht gezeigt) wirkenden hohen Beschleunigungskräfte die
Auslösekraft
erreicht bzw. überschritten,
bricht oder reißt
der als „Trigger" dienende Niet 18 (vgl. 2)
und die Auslöse-Einrichtung 24 löst aus.
Durch das gewollte Versagen des Nietes 18 werden hierbei
die lastabtragende Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten
Befestigungsabschnitt 4, 14 und der erste Lastpfad
getrennt. Und die Anordnung fällt
in die LPT 26. Das Brechen bzw. Reißen des Nietes 18 bei
einer vorbestimmten Bruchkraft wirkt gleichzeitig lastbegrenzend.
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Nach
dem Auslösen
werden die zwischen dem Halteelement 20 und den Befestigungsbolzen 8, 10 auftretenden
Kräfte
nunmehr über
das Verformungselement 28 übertragen, welches zwischen
den Komponenten des ersten und des zweiten Befestigungsabschnitts 4, 14 einen
neuen, zweiten Lastpfad bildet. Der Kraftfluss verläuft hierbei
ausgehend von dem Halterungselement 20, über die
Hülse 16 in
das untere Metallblech 28b, über die Nietverbindung 30 in
das obere Metallblech 28b und von dort aus über die
Verstärkungsschiene 12 in
die Befestigungsbolzen 8, 10 und die Tragstruktur 6.
Infolge der Beschleunigungskräfte
bzw. Stoßlasten
wird das Halterungselement 20 bei einem Crash von seiner
in den 1 und 2 gezeigten Ausgangsposition,
die in unmittelbarer Nähe
der Verstärkungsschiene 12 liegt, weggezogen.
Hierbei werden die beiden Metallbleche 28a, 28b ausgehend
von der in den 1 und 2 dargestellten
Form, die ein abgeflachtes Hohlprofil bildet, in die in 3 gezeigte
Form verbogen bzw. aufgebogen.
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Bei
diesem Vorgang biegt sich das obere Metallblech 28a über die
Oberseite des Verstärkungsschiene 12 und
deren abgerundete Kanten hinweg. Auf diese Weise werden die auftretenden
Kräfte großflächig über die
Verstärkungsschiene 12 verteilt und
ein unerwünschtes
Einreißen
des Metallbleches 28a und damit ein vorzeitiges Versagen
verhindert. Die größten Biegeverformungen
treten in denjenigen Bereichen der beiden Metallbleche 28a, 28b auf,
die in der Nähe
der Nietverbindung 30 sowie der Hülse 16 und der Verstärkungsschiene 12 liegen.
Wie aus der 3 hervorgeht, wird der Hülsenflansch 16a hierbei
ebenfalls verbogen und fungiert daher neben seinen oben beschriebenen
Funktionen auch als Zusatz-Verformungselement.
Die größte Verformung des
Hülsenflansches 16a tritt
in einem relativ späten Verformungsstadium
des Verformungselementes 28 auf.
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Das
Verformungselement 28 ist in dieser Ausführungsform
als ein Zug-Verformungselement ausgebildet.
Auch bei einer während
des Verformungsprozesses ggf. auftretenden seitlichen Kraft- oder
Beschleunigungskomponente wird es daher stabilisierend wirken und
seitlichen Verformungen selbst entgegenwirken. Dies entspricht einem
stabilen Verformungsverhalten, welches die Effektivität der ABV
steigert und auch unerwünschten
Rückfederungseigenschaften
entgegen wirkt.
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Die
Restfestigkeit der LPT 26 ist so gewählt, dass sie erheblich größer als
die Verformungskraft ist, die zur Verformung des Verformungselementes 28 erforderlich
ist. Auch bei und nach Erreichen der maximal möglichen nominalen Verformung
des Verformungselementes 28 wird die ABV 2 daher
noch über
einen bestimmten Zeitraum nicht unerhebliche Kräfte zwischen der am Halterungselement 20 befestigten
Ausrüstung
(nicht gezeigt) und der Tragstruktur 10 übertragen
können,
bevor sie oder andere angrenzende Teile oder Komponenten ggf. versagen.
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Die
bei einem Crash über
einen bestimmten Zeitraum auf die mittels der ABV 2 befestigte
Ausrüstung
einwirkenden Kräfte
sind in der Praxis nun nicht gleichmäßig, sondern stellen einen
unregelmäßigen Kraftverlauf
in Form einer Abfolge von variierenden Lastspitzen dar.
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Die
erfindungsgemäße AVB 2 funktioniert aufgrund
der oben beschriebenen Bauweise im Crashfall daher wie folgt:
Nach
dem Auslösen
der Auslöse-Einrichtung 24 werden
die von der befestigten Ausrüstung
ausgehenden crashbedingten Lastspitzen, die größer als die Auslösekraft
sind, und die damit zusammenhängende
Stoßenergie
von dem lastbegrenzenden stoßenergieabsorbierenden
Verformungselement 28 der LPT 26 solange absorbiert,
bis die maximal mögliche nominale
Verformung erreicht ist. Das sich deformierende Verformungselement 28 überträgt hierbei
folglich nur einen Teil der durch die Lastspitzen verursachten Kräfte zwischen
dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt 4, 14.
Während
der Dauer des Verformungsprozesses sind die auf die Tragstruktur 6 wirkenden
begrenzten Kräfte
relativ konstant; es ergibt sich somit ein annähernd konstanter Kraft-Wegverlauf.
Grund dafür
ist die o.g. Ausgestaltung der Metallbleche 28a, 28b und
ihre sich während
des Verbiegens einstellende plastische Deformation.
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Erreicht
das Verformungselement 28 seine maximal mögliche nominale
Verformung, so überträgt es dann
einen infolge der Lastspitzenabsorption verbleibenden Lastspitzenrest
zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt 4, 14.
Dieser Lastspitzenrest wird bezogen auf den Zeitpunkt des Auslösens der
Auslöse-Einrichtung 24 zeitverzögert in
den ersten Befestigungsabschnitt 4 und die Tragstruktur 6 eingeleitet (Lastspitzenverzögerung). In
Abhängigkeit
des Crashverlaufs sowie der Größe und der
Dauer der einwirkenden Stoßlasten
kann es aufgrund der oben beschriebenen Restfestigkeit des LPT 26 vorkommen,
dass die durch die ABV 2 auf die Tragstruktur 6 übertragenen
Lasten nach dem vollständigen
Deformieren des Verformungselementes 28 wieder ansteigen,
bis die ABV 2 oder eine damit verbundene Komponente ggf.
versagt. In jedem Fall ist jedoch ein erheblicher Teil der schädlichen
Stoßenergie
durch die ABV 2 absorbiert worden.
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4 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Luftfahrzeugzelle, die
mit einer erfindungsgemäßen ABV 2 ausgestattet ist.
Bei der Luftfahrzeugzelle handelt es sich in diesem Beispiel um
eine Hubschrauberzelle 34. Die Hubschrauberzelle 34 besitzt
eine stoßabsorbierende
Bodenstruktur 36 sowie einen sich oberhalb der Bodenstruktur 36 erstreckenden
Zellenbereich, der eine Hubschrauberkabine umfasst. Der Zellenbereich
weist eine rahmenartige, spant- oder
rippenförmige
Tragstruktur 38 auf, die z.B. integral mit der Bodenstruktur 36 verbunden
ist. Die Bodenstruktur 36 bildet eine unterhalb der Hubschrauberkabine
angeordnete erste Stoßenergie-Absorptionseinrichtung A1,
die im Crashfall einen ersten Verformungsweg der Hubschrauberzelle 34 definiert.
Die Bodenstruktur 36 ist hierbei so ausgelegt, dass sie
im Crashfall und einer dabei auftretenden Verformung einen weitgehend
konstanten, gleichmäßigen Kraft-Weg-Verlauf
besitzt.
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Die
Hubschrauberzelle 34 ist mit mindestens einer erfindungsgemäßen Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung
(ABV) 2 ausgerüstet,
die an einem im Bezug zur Bodenstruktur 36 oberen Abschnitt
der rahmenartigen Tragstruktur 38 fixiert ist. Bei diesem oberen
Abschnitt handelt es sich hier um einen Deckenabschnitt der rahmenartigen
Tragstruktur 38. Jedoch auch Seitenwände oder Seitenwandbereiche der
Tragstruktur 38 können
einen solchen oberen Abschnitt darstellen. Mittels der ABV 2 ist
ein Ausrüstungsgegenstand 40 an
der Tragstruktur 38 befestigt. In der 4 ist
die ABV 2 durch eine Zickzack-Linie angedeutet.
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In
der 4 sind schematisch drei Massen M1, M2 und M3 eingezeichnet.
Diese Massen sind direkt bzw. indirekt mit der Hubschrauberzelle 34 verbunden
und werden statisch und dynamisch von der Tragstruktur 38 abgestützt. Das
Bezugszeichen M1 symbolisiert hierbei die Masse der Hubschrauberkabine
mit ihren serienmäßigen Einbauten.
Das Bezugszeichen M2 symbolisiert die Masse von oberhalb der rahmenförmigen Tragstruktur 38 angeordneten
Hubschrauberkomponenten, wie beispielsweise einen Antrieb, einen
Rotorkopf und zugehörige
Rotorblätter.
Das Bezugszeichen M3 symbolisiert die Masse einer Zusatzlast in
Form des Ausrüstungsgegenstands 40,
der mittels der ABV 2 an der Tragstruktur 38 angebracht
ist. Der Pfeil F symbolisiert die Hauptbelastungsrichtung der auf
dieses Gesamtsystem im Falle eines vertikalen Crashs wirkenden Beschleunigungskräfte.
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Im
Falle eines Vertikalabsturzes des Hubschraubers, also eines vertikalen
Crashs, wirkt die Masse M1 unmittelbar auf die erste Stoßenergie-Absorptionseinrichtung
A1, also die stoßabsorbierende Bodenstruktur 36 des
Hubschraubers.
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Die
von der Masse M2 im Falle eines vertikalen Crashs ausgehenden Kräfte und
Stoßimpulse werden über die
rahmenartige Tragstruktur 38 in die erste Stoßenergie-Absorptionseinrichtung
A1 eingeleitet. Diese rahmenartige Tragstruktur 38 als
ein wesentlicher Teil des Kabinenbereichs muss deshalb besonders
stabil und steif ausgebildet sein, um den Luftfahrzeuginsassen im
Crashfall einen Überlebensraum
zu sichern und diese vor der Einwirkung der oberhalb der Kabine
angeordneten Masse M2 zu schützen.
Die rahmenartige Tragstruktur 38 wird im Hinblick auf die
für die
Dimensionierung der Hubschrauberzelle 34 maßgeblichen
Lastvielfachen und Grenzlasten als „nicht verformbare Struktur" ausgelegt, während die
Bodenstruktur 36 gezielt als „verformbare Struktur" ausgestaltet wird.
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Die
rahmenartige Tragstruktur 38 müsste bei vorbestimmten Last-
und Sicherheitsanforderungen von ihrer Stabilität her demnach so dimensioniert werden,
dass sie alle Kräfte
bzw. Lastspitzen, die von der Masse M2 ausgehen, ohne bleibende
Schäden
in die Bodenstruktur 36 und damit die erste Stoßenergie-Absorptionseinrichtung
A1 leiten könnte.
Die Stabilität
und Festigkeit der Tragstruktur 38 ist im Rahmen eines
vorbestimmten Lastvielfachenbereichs also auf die größtmögliche noch
abzustützende
Lastspitze, die von der Masse M2 ausgehen kann, auszulegen. Gleichzeitig
besteht für
die rahmenartige Tragstruktur 38 jedoch auch eine Grundanforderung, die
für jedes
Luftfahrzeugbauteil gilt, nämlich,
dass sie möglichst
leicht sein soll. Die aus der benötigten möglichst hohen Festigkeit bei
einem gleichzeitig möglichst
niedrigen Gewicht resultierenden gegensätzlichen Anforderungen hat
der Konstrukteur bei der Ausgestaltung der Hubschrauberzelle 34 zu
berücksichtigen.
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Werden
nun an der rahmenartigen Tragstruktur 38 eines fertiggestellten
Hubschraubers nachträglich
für bestimmte
Missionen erforderliche Zusatzlasten in Form von mobilen Ausrüstungsgegenständen oder
fest installierten Ausrüstungsgegenständen (wie
z.B. medizinische Geräte,
Messinstrumente, Ein- oder
Anbauten für
militärische
Zwecke, usw.) angebracht, so gehen von diesen Ausrüstungen,
die in der 4 durch die Masse M3 symbolisiert
sind, im Crashfall große
Zusatzbelastungen aus, die als hohe Lastspitzen in die rahmenartige Tragstruktur 38 eingeleitet
werden. Dies kann dazu führen,
dass im Falle eines vertikalen Crashs die maximal zulässige Belastbarkeit
der rahmenartigen Tragstruktur 38 und zugeordneter Bereiche
der Hubschauberzelle 34 überschritten wird und insbesondere
die Tragstruktur 38 versagt bzw. zu frühzeitig versagt. Die gewünschte Crashsicherheit
der Hubschrauberzelle 34 wäre also nicht mehr gewährleistet.
-
Um
dies zu verhindern, müssten
sowohl die rahmenartige Tragstruktur 38 als auch weitere
Teile der Hubschrauberzelle 34 erheblich verstärkt werden.
Eine solche Verstärkung
wäre jedoch
nicht nur sehr aufwendig herzustellen, sondern würde auch zu einer extrem schweren
Konstruktion führen,
wie dies bereits in der Beschreibungseinleitung detailliert erläutert wurde.
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Da
bei der erfindungsgemäßen Hubschrauberzelle 34 der
Ausrüstungsgegenstand 40 mit
mindesten einer ABV 2 an der rahmenartigen Tragstruktur 38 befestigt
ist, ist eine solche zusätzliche
Verstärkung
der Tragstruktur 38 jedoch nicht erforderlich; und eine
unerwünschte
Gewichtszunahme der Gesamtkonstruktion kann vermieden werden.
-
Denn
die ABV 2 mit ihrer LPT fungiert im Falle eines starken
vertikalen Crashs als zweite Stoßenergie-Absorptionseinrichtung
A2, welche die von der Masse M3 des betreffenden Ausrüstungsgegenstands 40 ausgehende
kinetische Energie zunächst in
Verformungsenergie umwandelt, d.h. auftretende Lastspitzen durch
Verformung der Metallbleche bis auf einen Lastspitzenrest abbaut.
Dadurch wird die auf die Tragstruktur 38 wirkende Last
begrenzt und die Tragstruktur 38 erheblich entlastet. Erst
nachdem die Verformung abgeschlossen ist und die Metallbleche 28a, 28b (siehe
z.B. 1) ihre maximal mögliche nominale Verformung
erreicht haben, wird der ggf. noch verbleibende Lastspitzenrest
gegenüber den
ursprünglich
aufgetretenen Lastspitzen zeitverzögert in die Tragstruktur 38 einleitet.
Die Tragstruktur 38 überträgt den Lastspitzenrest
dann auf die Bodenstruktur 36.
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Bei
der erfindungsgemäßen Lösung werden die
verbleibende Stoßenergie
bzw. die verbleibenden Lastspitzenreste also erst zu einem Zeitpunkt
in die Tragstruktur 38 eingeleitet, in dem die zu Beginn
des Crashs von der Masse M2 verursachten und in die Tragstruktur 38 eingeleiteten
Lastspitzen bereits in einem hohen Umfang von der ersten Stoßenergie-Absorptionseinrichtung
A1 abgebaut worden sind. Daher wird durch die verzögerte Einleitung
der von der Masse M3 ausgehenden Energie in die rahmenartige Tragstruktur 38 deren
maximal zulässige Belastbarkeit
nicht überschritten.
-
Mit
anderen Worten: Bei der erfindungsgemäßen Hubschrauberzelle 34 teilt
sich der im Falle eines vertikalen Absturzes durch die Masse M3
des befestigten Ausrüstungsgegenstands 40 hervorgerufene
Verformungsweg in eine globale, erste Verformung der Bodenstruktur 36 und
eine lokale, zweite Verformung der ABV 2, an der die Masse
M3 befestigt bzw. aufgehängt
ist. Dadurch wird die als Übertragungselement
zwischen der Masse M3 und der Bodenstruktur 36 fungierende
rahmenartige Tragstruktur 38 zeitverzögert und nur abgeschwächt mit
den von der Masse M3 ausgehenden Beschleunigungskräften bzw.
Lasten beaufschlagt und damit entlastet. Daraus resultiert im Crashfall
eine Art zweistufige Stoßabsorption
und Stoßlastbegrenzung.
Eine ungünstige
Lastspitzenaddition kann somit vermieden werden.
-
Die
Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsbeispiel beschränkt. Im
Rahmen des Schutzumfangs können
die erfindungsgemäße Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung
(ABV) und die erfindungsgemäße Luftfahrzeugzelle
auch andere geeignete Ausgestaltungsformen annehmen.
-
Das
Verformungselement kann auch aus einem anderen Werkstoff als Metall
hergestellt sein. So ist es für
bestimmte Anwendungsfälle
vorgesehen, das Verformungselement aus Faserverbundwerkstoff (FVW)
zu fertigen. Auch Mischformen aus einem Metall- und einem FVW-Werkstoff
sind möglich.
Falls das Verformungselement als Hohlprofil ausgestaltet ist, kann
es auch eine andere als die o.g. Querschnittsform aufweisen. Anstelle
einer sechseckigen Querschnittsform sind auch andere polygonale
Querschnittsformen sowie kurvenförmige
Querschnittsformen mit konvexen und/oder konkaven Bereichen realisierbar.
Mischformen sind ebenfalls denkbar. Das Verformungselement muss
jedoch nicht zwangsläufig
als Hohlprofil ausgestaltet sein. So ist es beispielsweise möglich, das
Verformungselement aus einem meanderförmig oder zickzackartig zusammengefalteten
Materialstreifen oder Blech zu bilden, dessen einzelne Abschnitte
im unverformten Zustand eng und ohne Zwischenräume aneinander liegen und so den
Eindruck eines massiven Blocks vermitteln. Bei einer Verformung
wird diese Konstruktion dann auseinander gezogen. Eine Konfiguration
mit Zwischenräumen
ist ebenso denkbar. Das Verformungselement kann auch so konstruiert
sein, dass es die Energie nicht durch eine Biegeverformung, sondern
z.B. durch Stauchen bzw. Zusammendrücken, Abstrecken, Scheren,
Expandieren, usw. eines Bauteils absorbiert. Mischformen aus den
genannten Bauweisen sind ebenfalls realisierbar.
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Zudem
ist es möglich,
die Auslöse-Einrichtung
anders als oben beschrieben auszugestalten. Anstelle eines auf Zugkräfte belasteten
Bauteils, wie des o.g. Niets, könnten
auch durch Druckkräfte
oder Zug- und Druckkräfte
belastete Elemente zum Auslösen
verwendet werden. So ist es beispielsweise denkbar, dass zum Auslösen ein
stiftartiges Bauteil durch eine Buchse gezogen wird und diese durch
Expansionskräfte
aufweiet, bis es schließlich
aus der aufgeweiteten Buchse herausrutscht oder ausreißt und somit
auslöst.
Auch durch Vorspanneinrichtungen belastete Auslöseelemente oder sogar durch komplexere
Sensoreinrichtungen gesteuerte Auslöse-Einrichtungen sind realisierbar.
-
Werden
mit der erfindungsgemäßen ABV größere Gegenstände befestigt,
die mehrere Befestigungspunkte erfordern, so können hierfür mehrere ABVs verwendet werden,
die entweder gleiche oder aber auch unterschiedliche Eigenschaften
aufweisen. Es sind zudem gleichartig ausgestaltete ABVs verwendbar,
deren Auslöseeinrichtung
jeweils auf unterschiedliche Auslösekräfte eingestellt sind und/oder
deren LPTs unterschiedliche Stoßabsorptionseigenschaften
aufweisen. Auf diese Art und Weise lässt sich insbesondere bei Befestigungspunkten, die
in unterschiedlichen Abständen
von dem Schwerpunkt des zu befestigenden Ausrüstungsgegenstandes angeordnet
sind, eine gleichmäßige Belastung aller
ABVs erzielen und im Crashfall ein Verkannten oder Verdrehen des
fixierten Ausrüstungsgegenstandes
verhindern.
-
Bezugszeichen
in den Ansprüchen,
der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren
Verständnis
der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.
-
- 2
- Ausrüstungs-Befestigungsvorrichtung
- 4
- Erster
Befestigungsabschnitt von 2
- 6
- Tragstruktur
- 8
- Befestigungsbolzen
- 8a
- Kragen
von 8
- 8b
- Bolzenkopf
von 8
- 10
- Befestigungsbolzen
- 10a
- Kragen
von 10
- 10b
- Bolzenkopf
von 10
- 12
- Verstärkungsschiene/Verstärkungselement
- 14
- Zweiter
Befestigungsabschnitt von 2
- 16
- Hülse
- 16a
- Hülsenflansch
- 16b
- Hülsendecke
- 18
- Niet
- 20
- Halterungselement
(schraubenbolzenartiges -)
- 20a
- Bolzenkopf
- 22
- Federelement
- 24
- Auslöse-Einrichtung
(lastbegrenzende -)
- 26
- Lastspitzen-Transformationseinrichtung (LPT)
- 28
- Verformungselement
(lastbegrenzendes, stoßenergieabsorbierendes
-)
- 28a
- Oberes
Metallblech von 28
- 28a1
- Randstege
von 28a
- 28b
- Unteres
Metallblech von 28
- 28b1
- Randstege
von 28b
- 30
- Nieten
- 32
- Nieten
- 34
- Hubschrauberzelle
- 36
- Stoßabsorbierende
Bodenstruktur von 34
- 38
- Tragstruktur
von 34
- 40
- Ausrüstungsgegenstand
- A1
- Erste
Stoßenergie-Absorptionseinrichtung
- A2
- Zweite
Stoßenergie-Absorptionseinrichtung
- F
- Hauptbelastungsrichtung
im Crashfall
- M1
- Masse
der Hubschrauberkabine
- M2
- Masse
der oberhalb der Tragstruktur 38 angeordneten
-
- Hubschrauberkomponenten
- M3
- Masse
von 40
- Q
- Profilquerachse
von 28