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Die
Erfindung betrifft eine mechanische Absorptionseinrichtung zum Einbau
zwischen zwei Bauteilen, insbesondere zwischen der Primär- oder
Sekundärstruktur
und einer Inneneinrichtung eines Flugzeugs, unter Verwendung einer
an dem einen Bauteil abgestützten
Absorberplatte und einem an dem anderen Bauteil abgestützten Aufhängungsteil mit
einem als Stift ausgebildeten Eingriffsteil, das in eine Öffnung in
der Absorberplatte eingreift und an dieser abgestützt ist,
wobei die Absorberplatte mittels des Stiftes des Aufhängungsteils
durch eine Relativbewegung der Absorberplatte und des Aufhängungsteils
zueinander unter Energieabsorption aufschlitzbar ist, und wobei
das Aufhängungsteil
als Zugstange ausgebildet ist, die ein Befestigungselement zur Einleitung
einer die Relativbewegung einleitenden Kraft in einem von dem Stift
vorgegebenen Abstand aufweist.
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Eine
Absorptionseinrichtung der eingangs genannten Art ist in der
DE 199 26 085 A1 beschrieben,
die zur Vermeidung oder Verminderung von Personenschäden bei
Notlandungen von Flugzeugen vorgesehen ist. Insbesondere erfolgt
eine Anwendung an Pilotensitzen, bei denen neben einer ausreichenden
Energieabsorption bei Notlandungen auch eine vertikale Verstellung
des Sitzes zu berücksichtigen
ist, so dass die Absorptionsvorrichtung an die gegebenen Platzverhältnisse
anpassbar sein muss. Bei dieser bekannten Einrichtung greift das
als Zerreißstift
vorgesehene Eingriffsteil in eine in der Absorberplatte vorgesehene Öffnung ein,
die kreisförmig
und in Aufschlitzrichtung V-förmig
ausgebildet ist. Praktisch handelt es sich hierbei um eine Bohrung
mit zusätzlicher
Kerbe, die die Anfangskraft bei einem Zerreißvorgang reduzieren soll. Diese
Kerbe ist fertigungstechnisch aufwendig herzustellen, wenn enge Toleranzen
vorgegeben sind. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass nach
einem Crash ein Zurückfedern
der Bauteile infolge der in ihnen gespeicherten elastischen Energie
nicht aufgefangen werden kann.
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Aus
der
DE 10 2004
042 080 A1 ist ein Halter bzw. ein Befestigungselement
für Flugzeuge
bekannt, insbesondere für
eine Inneneinrichtung in einem Flugzeug. Der Halter, der zwischen
einer Primärstruktur
des Flugzeugs und der Inneneinrichtung angebracht wird und eine
sichere Befestigung auch unter starker mechanischer Belastung gestatten
soll, umfasst einen Energieabsorber. Dieser ist zumindest teilweise
in einem Gehäuse
angeordnet, welches eine Gehäuseinnenfläche aufweist.
Eine Absorption von kinetischer Energie erfolgt durch elastische
oder plastische Verformung des Energieabsorbers oder durch Reibung
des Energieabsorbers an der Gehäuseinnenfläche. Wie
aus
1 zu ersehen ist, kann es sich bei der Inneneinrichtung
um eine oder mehrere Überkopfgepäckablagen
1 handeln,
welche über
den Sitzen
2 einer in der Mitte des Fluggastbereiches
4 einer
Flugzeugkabine
5 – und
damit auch über
den Köpfen
von Passagieren
3 – angeordnet
sind. Diese Überkopfgepäckablagen
1 sind über Linearführungen
mit der Primärstruktur
6 des
Flugzeuges mechanisch verbunden. Die perspektivische Teildarstellung der Überkopfgepäckablage
1 aus
1 zeigt
auch ein Haltesystem
7, welches aus vier, jeweils einen beschriebenen
Energieabsorber aufweisenden Halter
8 und
9 besteht,
sowie deren Anordnung an der Überkopfgepäckablage
1.
Das Haltesystem funktioniert nach mehreren Richtungen. Beispielsweise kann
sowohl beim Auszug eines Energieabsorbers aus seinem zugehörigen Haltergehäuse als
auch bei seinem Einzug Energie absorbiert werden. Dies ist insbesondere
bei einem so genannten Rebound, bei dem es sich um ein Zurückfedern
der Überkopfgepäckablage
handelt, notwendig, wobei das bekannte Haltesystem auch für mehrfache
Crashimpulse einschließlich
Rebound ausgelegt ist.
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In
der
GB 905 836 A sind
Verbesserungen einer Schockabsorptionseinrichtung beschrieben, welche
zwei parallel zueinander, jeweils zwischen einer von zwei äußeren Gehäuseplatten
und einer gemeinsamen inneren Gehäuseplatte angeordnete Reißbleche
aufweist. Die Gehäuseplatten
besitzen Führungsschlitze,
wobei in dem Führungsschlitz
der mittleren Gehäuseplatte
ein bewegliches längliches
Aufreißelement
geführt
ist. Das Aufreißelement
weist an seinem oberen Ende zwei gegensätzliche wellenförmige Enden
auf, die in die Führungsschlitze
der äußeren Gehäuseplatten
eingreifen und die Reißbleche bei
einer Relativbewegung des Aufreißelements zu den Gehäuseblechen
unter Energieabsorption aufschlitzen.
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Aus
der
DE 43 12 343 A1 ist
ein Überlastabsorber
in Faserverbundbauweise bekannt, der einen im Lastübertragungspfad
angeordneten Grundkörper,
ein Lasteinleitungselement und ein zwischen Lasteinleitungselement
und Grundkörper
wirkenden, bei Überlast
Energie verzehrend verformten Faserverbundsteg aufweist. Um eine
kontrollierte Crashbegrenzung mit einer breitbandig variabel voreinstellbaren
Dämpfungscharakteristik
sowie eine sichere Führung
des Lasteinleitungselementes am Grundkörper ohne die Gefahr eines
Losreißen
zu erzielen, ist das Lasteinleitungselement in einer in Lastrichtung
auf Übermaß erweiterten
Aussparung des Grundkörpers und
der Faserverbundsteg im erweiterten Teil der Aussparung Last übertragend
angeordnet. Der Faserverbundsteg besitzt eine sich zumindest an
den in Lastrichtung verlaufenden Stegrändern durchgehend in die angrenzenden
Randbereiche des Grundkörpers
erstreckende, im Überlastfall
fortschreitend aufreißende
Faserverbindung. Das Lasteinleitungselement kann an den stegseitigen
Längsrändern der Aussparung
reibschlüssig
geführt
sein, wodurch sich das Kraft-Wegverhalten des Überlastabsorbers beeinflussen
lässt und
eine Energie umwandelnde Wirkung auch während der Rückfederphase ermöglicht wird.
Allerdings lässt
sich mit diesem Überlastabsorber
ein vollständiger
Rücklauf
des Lasteinleitungselementes nach Beendigung eines Überlastfalls
nicht vollständig
verhindern.
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Der
Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine mechanische Absorptionseinrichtung
der eingangs genannten Art zum Einbau zwischen zwei Bauteilen zu
schaffen, mit der am Ende eines Absorptionsvorganges ein Zurücklaufen
des Absorbers und damit Schädigungen
aufgrund eines Rebounds vollständig
und mit absoluter Sicherheit verhindert werden.
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Die
Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen, mechanischen Absorptionseinrichtung
erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Zugstange in zwei parallel angeordneten Führungsschienen,
die mit der Absorberplatte in mechanischer Verbindung stehen, und
in einem mit der Absorberplatte in mechanischer Verbindung stehenden
Linearfreilauf verschiebbar gelagert ist, und dass der Linearfreilauf zwei
Hohlräume
zwischen jeweils einer seitlichen Führungsfläche der Zugstange und den Führungsschienen
zur Aufnahme von Klemmelementen aufweist, die eine Relativbewegung
zwischen der Zugstange und der Absorberplatte zur Energieabsorption zulassen
sowie ein Zurücklaufen
der Zugstange und des Stiftes gegenüber der Absorberplatte am Ende eines
Absorptionsvorganges durch eine kraftschlüssige Klemmverbindung zwischen
der Zugstange und den Führungsschienen
verhindern.
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Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 15 beschrieben,
wobei im Anspruch 3 sowie in den Ansprüchen 4 und 5 zwei unterschiedliche
Linearfreiläufe
beansprucht werden.
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Ein
Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein Zurücklaufen
der Zugstange am Ende eines Crashs vermieden wird; vielmehr entsteht
eine kraftschlüssige
Klemmverbindung, die eine unkontrollierte Bewegung verhindert und
damit die verbundenen Strukturen vor Beschädigungen schützt. Ein
weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch eine Anbringung
der Absorptionseinrichtungen an vorgegebenen Flächen von Inneneinrichtungen
einer Flugzeugkabine oder eines Flugzeugfrachtraumes die Befestigungselemente
der Inneneinrichtungen bei Auftritt eines Crashfalls nur bis zum
Auftritt einer vorher definierten Kraft belastet werden und somit
ein Lösen
dieser Einrichtungen von ihren Befestigungspunkten vermieden wird.
Dieses gilt zum Beispiel auch für Überkopfgepäckablagen
(sog. Hatracks), bei denen durch eine gezielte Anordnung von Absorptionseinrichtungen
im Falle eines Crashs ein Lösen
der Überkopfgepäckablagen
von der Primärstruktur
des Flugzeuges verhindert wird, somit die Passagiere von Verletzungen
verschont werden bzw. ein Überlebensraum
für die
Passagiere zur Verfügung
gestellt wird.
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In
der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach
der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt:
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1 einen
Querschnitt durch eine Flugzeugkabine sowie eine perspektivische
Darstellung einer Überkopfgepäckablage
mit zugehörigen
Haltern nach dem Stand der Technik;
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2 eine
Gesamtansicht einer Absorptionseinrichtung, die an einer Inneneinrichtung
eines Flugzeuges angeordnet ist, in Vorder- und geschnittener Seitenansicht;
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3a einen
Linearfreilauf mit Abdeckgehäuse;
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3b einen
Linearfreilauf ohne Abdeckgehäuse;
sowie
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4 einen
Ausschnitt einer Absorptionsplatte mit Bohrung in Drauf- und Seitenansicht.
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Der
Vorderansicht von 2 ist eine mechanische Absorptionseinrichtung 10 zu
entnehmen, die an einer Wand 11 einer teilweise dargestellten
Inneneinrichtung einer Flugzeugkabine oder eines Flugzeugfrachtraumes
befestigt ist, beispielsweise einer Überkopfgepäckablage 1 in der
Flugzeugkabine 5. Die Absorptionseinrichtung weist eine
sich in Ruhestellung befindliche Zugstange 12 mit einem
am oberen Ende vorgesehenen Befestigungselement 13 auf,
welches in Form einer Bohrung zur Aufnahme eines beispielsweise
mit der Primär-
oder Sekundärstruktur
des Flugzeuges verbundenen Bolzens dient zwecks Einleitung einer
eine Relativbewegung zwischen der Zugstange 12 und der
Wand 11 in Richtung des dargestellten Pfeils bewirkenden
Kraft. Die Zugstange 12 von vorzugsweise rechteckigem Querschnitt
ist in einem Linearführungssystem 15 geführt, welches
zwei parallel angeordnete, mit den Führungsflächen 14 der Zugstange 12 zusammenwirkende
Führungsschienen 16 und 17 aufweist.
Darüber
hinaus ist die Zugstange 12 in einem Linearfreilauf 21 verschiebbar
gelagert, der an den Enden der dem Befestigungselement 13 benachbarten
Führungsschienen 16 und 17 positioniert
ist.
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Wie
insbesondere aus der geschnittenen Seitenansicht von 2 ersichtlich
ist, weist die Zugstange 12 an seinem unteren, d. h. dem
Befestigungselement 13 entgegen gesetzten Ende, einen die
Zugstange 12 durchsetzenden festsitzenden Stift 18 auf.
Der Stift 18 ragt über
die Rückseite
der Zugstange 12 mit einer vorgegebenen Länge hinaus.
Die Länge
des Stiftes 18 ist derart gewählt, dass der Stift 18 in
eine Öffnung 20 einer
Absorberplatte 19 eingreift und diese Absorberplatte 19 durchsetzt.
Die beispielsweise aus Faserverbundwerkstoff hergestellte, vorzugsweise
rechteckförmige
Absorberplatte 19 mit einer Dicke von beispielsweise etwa
1 bis 4 mm steht mit der Wand 11 der Inneneinrichtung und damit
auch mit den Führungsschienen 16 und 17 des Linearführungssystem 15 in
mechanisch fester Verbindung. Hierzu kann die Absorberplatte 19 in
die Wand 11 der Inneneinrichtung integriert sein, wie diese
in 2 dargestellt ist, oder sie kann auf der Wand 11 zum
Beispiel durch zeichnerisch nicht dargestellte Schraubverbindungen
befestigt sein. Durch den Linearfreilauf 21 wird eine Relativbewegung
zwischen der Zugstange 12 und der Wand 11 bzw.
der Absorberplatte 19 – und
damit bei dem Zerreißvorgang
durch den Stift 18 der Zugstange 12 in der Absorberplatte 19 eine
Energieabsorption – ermöglicht, wenn
eine die Relativbewegung auslösende
Kraft an dem Befestigungselement 13 der Zugstange 12 angreift.
Allerdings verhindert der Linearfreilauf 21 am Ende eines
Absorptionsvorganges ein Zurücklaufen der
Zugstange 12 und des Stiftes 18 gegenüber der Absorberplatte 19 durch
Herstellung einer kraftschlüssigen
Klemmverbindung zwischen den Führungsflächen 14 der
Zugstange 12 und den Führungsschienen 16 und 17 des
Linearführungssystems 15.
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Der
in den 3a und 3b dargestellte Linearfreilauf 21 ist
im oberen Bereich der Zugstange 12 in der Nähe der oberen
Enden der Führungsschienen 16 und 17 des
Linearführungssystems 15 positioniert,
wobei das Befestigungselement 13 als eine zwei Bohrungen
aufweisende Lasche ausgebildet ist. Wie 3a zeigt,
weist der Linearfreilauf 21 ein Gehäuse 22 auf, so dass
die aus 3b ersichtlichen Bauelemente
des Linearfreilaufs 21 in einem abgeschlossenen Raum angeordnet
sind. Anstelle des Gehäuses 22 können auch
Abdeckplatten zum Verschluss der aus 3b ersichtlichen
Hohlräume 24 dienen.
Gemäß der in 3b dargestellten Ausführungsform
besteht der Linearfreilauf 21 aus zwei Teilelementen 23,
die an jeweils einem dem Befestigungselement 13 der Zugstange 12 benachbarten Ende
der Führungsschienen 16 und 17 mechanisch befestigt
sind. Jedes Teilelement 23 ist als ein flacher Quaderkörper mit
einem Hohlraum 24 ausgebildet, der einen trapezförmigen Querschnitt
aufweist und der zu der jeweils benachbarten Führungsfläche 14 der Zugstange 12 offen
ausgebildet ist. Jeder Hohlraum 24 weist infolge seines
trapezförmigen
Querschnitts jeweils eine Schrägfläche 26 auf,
die als eine Art einer mechanischen Verlängerung der Führungsschienen 16 bzw. 17 des
Linearführungssystems 15 anzusehen
ist. Die Schrägflächen 26 beider
Teilelemente 23 bilden einen zum Befestigungselement 13 der
Zugstange 12 offenen Keilstumpf und sind in einem vorgegebenen
Abstand zu den seitlichen Führungsflächen 14 der
Zugstange 12 angeordnet. In jedem Hohlraum 24 befindet
sich eine Rolle 25, deren Drehachse jeweils parallel zu
den Führungsflächen 14 der
Zugstange 12 und den Schrägflächen 26 des Linearfreilaufs 21 angeordnet
ist, so dass die Rollen 25 entlang den Führungsflächen 14 und
den Schrägflächen 26 in
den Hohlräumen 24 frei
beweglich sind.
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In
einem weiteren zeichnerisch nicht dargestellten Ausführungsbeispiel
können
die Schrägflächen 26 eines
Linearfreilaufes 21 im oberen Bereich der Führungsschienen 16 und 17 in
jeweils eine der beiden Führungsschienen 16 und 17 derart
integriert sein, dass die Schrägflächen 26 einen
zum Befestigungselement 13 der Zugstange 12 offenen
Keilstumpf bilden. Die Schrägflächen 26 sind
auch hier in einem vorgegebenen Abstand zu den seitlichen Führungsflächen 14 der
Zugstange 12 derart angeordnet, dass die zwei in Richtung
der Führungsschienen 16 und 17 offenen
Hohlräume 24 von
trapezförmigen Querschnitt
zwischen den Schrägflächen 26 und
den seitlichen Führungsflächen 14 der
Zugstange 12 entstehen. Auch in diesen Hohlräumen 24 sind
Rollen 25 gelagert, deren Drehachsen parallel zu den Führungsflächen 14 der
Zugstange 12 und den Schrägflächen 26 des Linearfreilaufs 21 angeordnet
sind, so dass die Rollen 25 entlang den Führungsflächen 14 und
den Schrägflächen 26 in
den Hohlräumen 24 frei beweglich
sind. Anstelle der Rollen 25 können auch Kugeln oder eine
gleiche Klemmwirkung erzielende Klemmelemente verwendet werden.
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Bei
Einleitung einer Kraft an dem vorzugsweise mit der Primärstruktur 6 des
Flugzeuges verbundenen Befestigungselement 13 in Richtung
des in 2 dargestellten Pfeils erfolgt eine Relativbewegung
zwischen der Zugstange 12 zusammen mit ihrem fest verbundenen
Stift 18 gegenüber
der Absorberplatte 19 derart, dass der Stift 18 in
Plattenebene durch die Absorberplatte 19 gerissen wird,
um Energie aufzulösen
und die Zerreißkraft
zu begrenzen. Der Zer reißvorgang,
der unter Energieabsorption zu einem etwa länglichen Schlitz in der Absorberplatte 19 führt, wird
durch den Linearfreilauf 21 zugelassen, da die Drehbeweglichkeit
der in den Hohlräumen 24 angeordneten
Rollen 25 durch die Bewegung der Zugstange 12 nicht
behindert wird. Allerdings ist nach Beendigung eines Absorptionsvorganges
ein Zurücklaufen
der Zugstange 12 nicht möglich. Eine Bewegung der Zugstange 12 entgegen
der Richtung des Bewegungspfeils (vgl. 2) führt dazu,
dass die Rollen 25 in die keilförmigen Vertiefungen zwischen den
Führungsflächen 14 der
Zugstange 12 und den Schrägflächen 26 der Hohlräume 24 gezogen
werden, die Rollen 25 zwischen den Führungsflächen 14 und den Schrägflächen 26 festgesetzt
werden und somit eine Rückbewegung
der Zugstange 12 durch eine kraftschlüssige Klemmverbindung blockiert
wird.
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Die
in 4 teilweise dargestellte Absorberplatte 19 aus
vorzugsweise Faserverbundwerkstoffen (z. B. kohlefaserverstärkte oder
glasfaserverstärkte
Kunststoffe), die in vergrößertem Maßstab abgebildet
ist, weist beispielsweise eine Dicke von 2,5 mm und eine Bohrung 20 zur
Aufnahme eines Zerreißstifts 18 auf.
Bohrung 20 und Zerreißstift 18 können zum
Beispiel einen Durchmesser D von 8 oder auch 12 mm haben, wobei
der Stift 18 vorzugsweise ein Bolzen aus Aluminium sein
kann. Um bei der Einleitung einer Zerreißkraft mittels eines die Bohrung 20 durchdringenden
Stiftes 18 eine Krafterhöhung zu reduzieren, ist die
Geometrie der Absorberplatte 19 im Bereich der Bohrung 20 durch
beidseitige Einfräsungen
(Rezess 27) mit einem handelsüblichem Zapfenfräser geändert. Die
Durchmesser Dt der Rezesse 27 können 13 oder auch
18 mm und die Rezesstiefe (t) 0,5 mm betragen, so dass eine Restwandstärke der
Absorberplatte 19 von 1,5 mm im Bereich der Bohrung 20 erhalten
bleibt. Durch Reduzierung der Wandstärke der Absorberplatte 19 in unmittelbarer
Nähe der
Bohrung 20 wird die eingeleitete Kraft verringert, womit
der Wirkungsgrad (definiert als das Verhältnis von tatsächlich absorbierter Energie,
bezogen auf die mit den Eckwerten einer Messkurve maximal möglichen
Energie) verbessert werden kann. Die Rezesstiefe t beeinflusst dabei
die Größe der auslösenden Kraft;
der Rezessdurchmesser Dt hat Einfluss auf den Übergang der auslösenden Kraft
zu der mittleren Versagenskraft.
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Die
Absorberplatte 19 weist weiterhin im Bereich der Bohrung 20 und
der Rezesse 27 Kerben 28 von vorzugsweise rechteckiger
Form auf, welche sich von der Bohrung 20 in Richtung des
Zerreißvorganges
(Aufschlitzrichtung der Absorberplatte 19) erstrecken und
senkrecht zu den Stirnseiten der Absorberplatte 19 – hierbei
die Absorberplatte 19 durchsetzend – unter einem vorgegebenen
Winkel zueinander angeordnet sind. Die Kerben 28 können vorzugsweise
einen Winkel von etwa 90° zueinander
einschließen,
wobei die Kerben als so genannte Entlastungskerben eine Reduzierung
der Anfangskraft bewirken, während
die Rezesse 27 ein stabiles Versagen der Absorberplatte 19 während eines
Zerreißvorganges
initiieren.
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Die
erfindungsgemäße Absorptionseinrichtung
ist vorzugsweise zur Energie absorbierenden, d. h. zur Kraft begrenzenden
Lagerung von Überkopfgepäckablagefächern (1)
in Flugzeugkabinen 5 verwendbar, wie dieses in 1 dargestellt
ist.
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- 1
- Überkopfgepäckablage
(Hatrack)
- 2
- Passagiersitze
- 3
- Passagiere
- 4
- Fluggastbereich
- 5
- Flugzeugkabine
- 6
- Primärstruktur
des Flugzeuges
- 7
- Haltesystem
- 8
- Halter
mit Energieabsorber
- 9
- Halter
mit Energieabsorber
- 10
- Mechanische
Absorptionseinrichtung
- 11
- Wand
einer Flugzeuginneneinrichtung
- 12
- Zugstange
(Aufhängungsteil)
- 13
- Befestigungselement
- 14
- Führungsflächen der
Zugstange 12
- 15
- Linearführungssystem
- 16
- Führungsschiene
des Linearführungssystems 15
- 17
- Führungsschiene
des Linearführungssystems 15
- 18
- Stift
der Zugstange 12
- 19
- Absorberplatte
- 20
- Öffnung/Bohrung
(mit Durchmesser D) der Absorberplatte 19
- 21
- Linearfreilauf
- 22
- Gehäuse des
Linearfreilaufs
- 23
- Teilelemente
des Linearfreilaufs 21
- 24
- Hohlräume des
Linearfreilaufs 21
- 25
- Rollen
des Linearfreilaufs 21
- 26
- Schrägflächen der
Hohlräume 24
- 27
- Rezess
mit Durchmesser Dt und Rezesstiefe t
- 28
- Kerben
der Absorberplatte 19