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Die Erfindung betrifft eine Trennvorrichtung zum Durchtrennen eines langgestreckten, flexiblen Gegenstands, insbesondere eines Seils. Außerdem betrifft die Erfindung ein Fallschirmsystem mit einer Trennvorrichtung.
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Solche Trennvorrichtungen, auch Kabelschneider genannt, kommen bei vielfältigen Gelegenheiten zum Einsatz, wenn etwa eine Befestigung in kürzester Zeit gelöst werden muß. Dabei sind neben mechanisch mit Scherklingen arbeitenden Vorrichtungen auch pyrotechnische Vorrichtungen bekannt, die heiße Gase auf das Seil richten und dieses damit durchschmelzen.
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Die
DE 953 853 B schlägt vor, eine eine Sprengladung enthaltende Kartusche in ein Seil einzusetzen und zur Durchtrennung des Seils die Kartusche zur Explosion zu bringen.
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In der
EP 0 725 412 A2 wird der Gasdruck einer pyrotechnischen Ladung genutzt, um zur Unterbrechung eines Stromkreises einen Stecker aus einem Gehäuse auszudrücken.
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Die
DE 296 14 976 U1 zeigt ein pyrotechnisch bewegtes Schneidmesser zum Durchtrennen eines Stromkabels.
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Es ist wünschenswert, eine sicher auslösende und kompakt bauende Trennvorrichtung zu erhalten, die z. B. auch unter widrigen Umweltbedingungen, etwa für Rettungsvorrichtungen einsetzbar ist. Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche Trennvorrichtung bereitzustellen.
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Hierzu sind bei einer Trennvorrichtung die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Durch die pyrotechnische Ausbildung kann die gesamte Trennvorrichtung auf einfache Weise lang und schmal gestaltet werden. Aufgrund der parallelen Ausrichtung zum zu durchtrennenden Gegenstand (Seil, Kabel, Trosse oder ähnliches) ist die Trennvorrichtung bei der normalen, natürlichen Bewegung des Gegenstands nicht im Weg und kann sich nirgends verhaken oder abreißen. Bei pyrotechnischen Geräten kann relativ einfach eine lange Lebensdauer sichergestellt werden. Auf diese Weise eignet sich die Trennvorrichtung besonders auch zum Einsatz unter beengten oder widrigen Verhältnissen wie z. B. bei Rettungseinsätzen.
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Im Gehäuse ist wenigstens ein Ausströmbereich vorgesehen, durch den heißes Gas in Richtung zum Gegenstand ausströmen kann, wobei der Ausströmbereich senkrecht zur Gehäuselängsachse ausgerichtet ist. Der Ausströmbereich kann einen einzelnen durchgehenden Schlitz, eine Reihe von nebeneinanderliegenden Öffnungen, aber auch mehrere Schlitze oder Reihen von Öffnungen aufweisen.
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Vorzugsweise beträgt die Breite des Ausströmbereichs etwas mehr als der Durchmesser des zu durchtrennenden Gegenstands.
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Auf diese Weise wird eine Schwächung quer zur Längserstreckung des Gegenstands bewirkt, die, vor allem wenn der Gegenstand unter Zug steht, ein schnelles Zerreißen der beiden Teile des Gegenstands zur Folge hat. So läßt sich das pyrotechnisch erzeugte heiße Gas besonders effektiv einsetzen, und ein relativ kleiner Treibsatz ist ausreichend. Daher baut die Trennvorrichtung sehr kompakt.
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Im Gehäuse können in Axialrichtung hintereinander eine Brennkammer und eine Filterkammer angeordnet sein, wobei der Ausströmbereich dann in der Wand der Filterkammer angeordnet ist. Diese Konstruktion ist von Gasgeneratoren für Fahrzeuginsassen-Rückhaltesysteme bekannt. Die Wand zwischen Brennkammer und Filterkammer hält den Treibsatz zurück und gewährleistet einen gleichmäßigen Gasstrom durch den Ausströmbereich, unabhängig von der räumlichen Lage der Trennvorrichtung bei der Zündung des Treibsatzes.
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In einer Baugruppe aus einem zu durchtrennenden langgestreckten, flexiblen Gegenstand und einer oben beschriebenen Trennvorrichtung ist vorzugsweise das Gehäuse fest am Gegenstand befestigt, wobei das Gehäuse parallel zur Längserstreckung des Gegenstands ausgerichtet ist. Die feste Befestigung sorgt zum einen dafür, daß die Trennvorrichtung auch unter widrigen Verhältnissen an der vorgesehenen Stelle bleibt und liefert zum anderen eine Verankerung für die Trennvorrichtung, die den bei der Zündung des Treibsatzes entstehenden Impuls aufnimmt.
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Vorzugsweise erfolgt die Befestigung der Trennvorrichtung am langgestreckten Gegenstand mittels einer Befestigungsschelle, die sowohl die Trennvorrichtung als auch den Gegenstand umgreift.
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Um bei der Zündung der Trennvorrichtung Schubneutralität zu erzielen, kann zwischen dem Gehäuse der Trennvorrichtung und einer Innenwand der Befestigungsschelle ein Kanal gebildet sein, der an entgegengesetzten axialen Enden offen ist, so daß das erzeugte Gas gleichmäßig in beide axialen Richtungen abströmen und keinen Nettoimpuls auf die Trennvorrichtung übertragen kann. Dieser Kanal nimmt vorzugsweise auch den langgestreckten Gegenstand auf.
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Vorzugsweise ist das nicht am Gegenstand montierte Gehäuse schubneutral ausgeführt, was für den Transport und die Lagerung/Herstellung wichtig ist.
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Es ist möglich, wenigstens zwei Ausströmbereiche vorzusehen, die in der Gehäusewand der Trennvorrichtung einander gegenüberliegend angeordnet sind. Bei Zündung der Trennvorrichtung vor der Montage am langgestreckten Gegenstand und ohne Befestigungsschelle ist die Trennvorrichtung dann schubneutral.
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Vorzugsweise wird bei dieser Gestaltung während der Montage einer der Ausströmbereiche durch die Befestigungsschelle im wesentlichen gasdicht verschlossen, so daß bei der Zündung im montierten Fall das gesamte erzeugte Gas durch den freigelassenen Ausströmbereich ausströmt und kein Gas verlorengeht.
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Der Gegenstand besitzt vorzugsweise einen Durchmesser zwischen 5 und 25 mm, wobei es sich bei dem Gegenstand um Seile aller Art, z. B. in Kern-Mantel-Konstruktion, auch mit einem Kevlarkern, Stahlseile, Seile aus Kunststoff- oder Naturmaterialien, Elektrokabel oder anderes handeln kann, wie sie z. B. zum Befestigen von Lasten, zur Stromversorgung, zum Schleppen von Schiffen, zum Transportieren von Rettern unter einem Hubschrauber, zum Schleppen von Netzen, oder in beliebigen anderen Anordnungen verwendet werden können, bei denen in einem Notfall eine schnelle Durchtrennung des jeweiligen Gegenstands erforderlich ist. Es wäre auch denkbar, dünne, flexible Kunststoff- oder Metallstangen einzusetzen, die durchtrennt werden sollen.
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Eine bevorzugte Anwendung findet sich in einem Fallschirmsystem mit einem Fallschirm und einer Nutzlast gemäß Anspruch 10.
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Dabei ist in einer bevorzugten Ausführungsform die Trennvorrichtung an einer Fangleine zwischen der Kappe des Fallschirms und der Nutzlast angeordnet. Erreicht die Nutzlast den Boden, wird die Trennvorrichtung aktiviert und die Kappe des Fallschirms von der Nutzlast gelöst, so daß Windböen kein Verschleppen der Nutzlast bewirken können. Unter „Nutzlast” sind hier und im folgenden sowohl unbelebte Gegenstände als auch Tiere oder Menschen zu verstehen.
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Durch das Kappen von nur einer oder nur einer gewissen Anzahl von Fangleinen kann erreicht werden, daß die Kappe des Fallschirms nach wie vor mit der Nutzlast verbunden bleibt, die Windempfindlichkeit des Fallschirms sich aber deutlich reduziert, so daß etwa bei Windböen kein Verschleppen der Nutzlast zu befürchten ist.
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In einer möglichen Anwendung ist die Trennvorrichtung so angeordnet, daß sie bei der Aktivierung die Kappe des Fallschirms vollständig von der Nutzlast trennt.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die Trennvorrichtung an einer Fangleine angeordnet, die von der Mitte der Kappe des Fallschirms zur Nutzlast führt. Wird in diesem Fall die Trennvorrichtung aktiviert und die entsprechende Fangleine gekappt, kann sich der mittlere Abschnitt der Kappe, der vorher zur Nutzlast hin gespannt oder eingezogen war, entspannen, wodurch unterschiedlichen Windverhältnissen beim Abwurf der Nutzlast Rechnung getragen werden kann.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Trennvorrichtung, montiert an einem zu durchtrennenden langgestreckten, flexiblen Gegenstand;
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2 eine schematische Schnittansicht durch die Baugruppe in 1 mit einer Trennvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
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3 eine schematische Schnittansicht durch eine Baugruppe gemäß 1, mit einer Trennvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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4 eine schematische Schnittansicht durch die Baugruppe gemäß 1, nach dem Durchtrennen des langgestreckten Gegenstands;
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5 eine schematische Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Trennvorrichtung gemäß einer Variante;
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6 eine schematische Schnittansicht durch eine Baugruppe mit einer Trennvorrichtung gemäß 5;
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7 ein erfindungsgemäßes Fallschirmsystem mit einer Trennvorrichtung, gemäß einer ersten Ausführung;
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8 und 9 ein erfindungsgemäßes Fallschirmsystem mit einer Trennvorrichtung, gemäß einer zweiten Ausführung; und
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10 und 11 ein erfindungsgemäßes Fallschirmsystem mit einer Trennvorrichtung, gemäß einer dritten Ausführung.
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1 zeigt eine Baugruppe aus einer Trennvorrichtung 10 und einem flexiblen, langgestreckten Gegenstand 12, der z. B. ein Seil oder ein Elektrokabel sein kann. Die Trennvorrichtung 10 ist mittels einer Befestigungsschelle 14, die sowohl die Trennvorrichtung 10 als auch den Gegenstand 12 umgreift, fest am Gegenstand 12 befestigt, z. B. durch Crimpen oder jede andere geeignete Technik.
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Die Trennvorrichtung 10 weist ein langgestrecktes Gehäuse 16 auf, das im gezeigten montierten Zustand parallel zur Längserstreckungsrichtung L des Gegenstands 12 ausgerichtet ist.
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2 zeigt einen Blick in das Innere des Gehäuses 16, in dem eine Brennkammer 18 mit einem darin aufgenommenen pyrotechnischen Treibsatz 20, hier in Tablettenform, ausgebildet ist. Als Treibsatz kann z. B. VPA-Treibstoff zum Einsatz kommen. An einem axialen Ende des Gehäuses 16 ist ein Anzünder 22 mit einem Anzündtreibsatz angeordnet, der elektrisch über einen von außen zugänglichen Stecker 24 kontaktierbar und aktivierbar ist. Ein derartiger Aufbau und auch die verwendeten Anzünder bzw. Treibstoffe sind z. B. von Gasgeneratoren für Fahrzeuginsassen-Rückhaltesysteme bekannt.
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An dem dem Stecker 24 gegenüberliegenden Endbereich des Gehäuses 16 befindet sich in der Wandung der Brennkammer 18 ein Ausströmbereich 26, der eine Verbindung zwischen der Brennkammer 18 und der Umgebung der Trennvorrichtung 10 bildet. Vor der Aktivierung der Trennvorrichtung 10 ist der Ausströmbereich 26 feuchtigkeitsdicht verschlossen, um den Treibsatz 20 vor Beschädigung zu schützen. Dies kann z. B. durch eine geeignete Folie geschehen. Der Ausströmbereich 26 besteht im gezeigten Beispiel aus mehreren einzelnen, in einer Reihe nebeneinander angeordneten Ausströmöffnungen 28. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist von diesen nur eine einzige mit einem Bezugszeichen versehen. Der Ausströmbereich 26 ist senkrecht zur Gehäuselängsachse der Längserstreckungsrichtung L des langgestreckten, flexiblen Gegenstands 12 ausgerichtet. Der Ausströmbereich 26 ist auf die Seite des Gehäuses 16 beschränkt, die zum Gegenstand 12 gerichtet ist. Im gezeigten Beispiel ist der Ausströmbereich 26 etwa 15% breiter gewählt als der Durchmesser des Gegenstands 12. Der Ausströmbereich 26 kann auch als ein durchgehender Schlitz, als mehrere Reihen von Ausströmöffnungen 28, intern von mehreren parallelen Schlitzen oder auf andere geeignete Art und Weise ausgebildet sein.
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Bei Aktivierung der Trennvorrichtung 10 wird der Anzünder 22 elektrisch gezündet, der wiederum eine Zündung des Treibsatzes 20 bewirkt. Beim Abbrand des Treibsatzes 20 entstehen heiße Gase, die die Brennkammer 18 durch den Ausströmbereich 26 in Richtung zum Gegenstand 12 verlassen. Der ausströmende Strahl extrem heißen Gases, teilweise vermischt mit heißen Partikeln, wirkt wie ein Schneidmesser und schmilzt, erweicht, erodiert oder verbrennt die Teile des Gegenstands 12, mit denen er in Kontakt kommt. Entweder wird der Gegenstand 12 komplett durchtrennt, oder die Zuglast, die auf den Gegenstand 12 wirkt, führt zu einem vollständigen Zerreißen des Gegenstands 12.
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Die in 3 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der gerade beschriebenen dadurch, daß sich in Längserstreckungsrichtung L an die Brennkammer 18 der Trennvorrichtung 10' eine Filterkammer 30 anschließt, in deren Wandung der Ausströmbereich 26 vorgesehen ist. Die beim Abbrand des Treibsatzes 20 entstehenden heißen Gase strömen zunächst durch eine Öffnung 32 in der Trennwand 36 zwischen Brennkammer 18 und Filterkammer 30 in die Filterkammer 30 und von dort aus dem Ausströmbereich 26 zum Gegenstand 12. In der Filterkammer 30, im Gasfluß vor dem Ausströmbereich 26, kann bekanntes Filtermaterial zum Zurückhalten von Partikeln vorgesehen sein. Der Vorteil dieser Ausführung liegt darin, daß ein gleichmäßigerer Abbrand des Treibsatzes 20 und ein gleichmäßigerer Gasstrom in jeder Einbaulage der Trennvorrichtung 10 erreicht werden kann.
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Die Befestigungsschelle 14 positioniert den Gegenstand 12 vor dem Ausströmbereich 26 und erzeugt die notwendige Gegenkraft zum ausströmenden heißen Gas. Sie ist natürlich so angeordnet, daß zwar die Trennvorrichtung 10 auch nach der Durchtrennung am Gegenstand 12 verbleiben kann, nicht aber das Auseinanderziehen der durchtrennten Abschnitte des Gegenstands 12 behindert wird.
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Zwischen der Gehäusewandung der Trennvorrichtung 10 und der Innenwand der Befestigungsschelle 14 ist ein an beiden Enden offener Kanal 38 ausgebildet, in dem der langgestreckte Gegenstand 12 verläuft. Dieser Kanal 38 lenkt das ausströmende Gas nach dem Durchtrennen des Gegenstands 12 im wesentlichen gleichmäßig in beide axiale Richtungen. Daher bringt das ausströmende Gas keinen Nettoimpuls auf die Trennvorrichtung auf, und die Baugruppe verhält sich schubneutral.
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Bei der in den 5 und 6 dargestellten Variante sind zwei an gegenüberliegenden Seiten der Gehäusewandung der Trennvorrichtung 10'' angeordnete Ausströmbereiche 26 vorgesehen. Bei einer eventuellen Zündung vor der Montage am langgestreckten Gegenstand 12 verhält die Trennvorrichtung 10'' daher schubneutral. Bei der Montage umschließt die Befestigungsschelle 14 das Gehäuse 16 der Trennvorrichtung 10'' derart, daß der auf der dem Gegenstand 12 abgewandten Seite liegende Ausströmbereich 26 im wesentlichen gasdicht verschlossen ist, so daß das gesamte Gas bei einer Zündung im montierten Zustand durch den freigelassenen Ausströmbereich 26 ausströmt.
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Es ist möglich, die Trennvorrichtung 10, 10', 10'' und die Befestigungsschelle 14 als vormontierte Baugruppe zu konfigurieren, die dann am langgestreckten Gegenstand 12 an der gewünschten Position angebracht wird. Aufgrund des Kanals 38 besteht stets eine ausreichende Schubneutralität, um eine eventuelle verfrühte Zündung nicht zur Gefahr werden zu lassen.
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Die im Zusammenhang mit den jeweiligen Ausführungsformen und Varianten der Trennvorrichtung beschriebenen Merkmale können natürlich im Ermessen des Fachmanns frei miteinander kombiniert und gegeneinander ausgetauscht werden.
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Die beschriebene Trennvorrichtung 10, 10', 10'' läßt sich in vielfältiger Weise einsetzen. Hier ist z. B. ein Einsatz bei Hubschrauberbergungen zu nennen, bei denen die Trennvorrichtung am Trageseil angebracht ist und aktiviert wird, wenn sich ein Retter schnell vom Hubschrauber lösen muß, genauso beim Lastentransport mit einem Hubschrauber, wenn die Last schnell gekappt werden muß. Ebenso ist ein Einsatz beim Schleppen von Schiffen denkbar, falls eine Gefahrensituation auftritt und die Trosse, die die Schiffe verbindet, gekappt werden muß. Ein anderer Anwendungsfall ist das Durchtrennen von stromführenden Leitungen in einem Notfall, wo z. B. zur Vermeidung eines Trennungsfunkens eine schlagartige Trennung der beiden Kabelenden erfolgen muß. Aus den genannten Beispielen läßt sich erkennen, daß die Trennvorrichtung 10, 10', 10'' für einen breiten Einsatzbereich auslegbar ist. So lassen sich vorzugsweise Durchmesser des Gegenstands 12 von 5 bis 25 mm, gegebenenfalls aber auch größere Durchmesser durchtrennen. Die Materialwahl für den Gegenstand 12 ist beliebig, von Seilen aus Kunststoffasern, Metallfasern, Naturfasern, Glasfasern, auch Seilen mit unterschiedlichen Kern- und Mantelkomponenten oder kunststoffummantelten Kupferkabeln bis hin zu massiven Kunststoff- oder Metallstangen ist alles denkbar, da sich Menge und Art des eingesetzten Treibsatzes einfach auf einen breiten Anwendungsbereich einstellen lassen und das Prinzip der Materialtrennung mit heißen Gasen universell einsetzbar ist.
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Beispielhaft sind im folgenden drei Varianten für den Einsatz einer Trennvorrichtung 10 in einem Fallschirmsystem 100 beschrieben. Selbstverständlich könnte hier statt der Trennvorrichtung 10 auch die in 3 bzw. die in den 4 bis 6 beschriebene Trennvorrichtung 10', 10'' zum Einsatz kommen.
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Bei dem in 7 schematisch dargestellten Fallschirmsystem 100 hängt eine Nutzlast 160 über eine Vielzahl von Fangleinen 162 an einer Kappe 164 eines Fallschirms. Dieses System ist z. B. für den Abwurf von Lasten aus Flugzeugen bekannt. Die Fangleinen 162 bestehen hier aus einem Kevlarkern mit einem Kunstfaser-Mantel und haben einen Durchmesser von 12 mm.
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Zwischen der Nutzlast 160 und einem gemeinsamen Ansatzpunkt sämtlicher Fangleinen 162 ist eine Trennvorrichtung 10 an einer Verbindungsfangleine 166 angeordnet. Wie in 1 dargestellt, ist die Trennvorrichtung 10 parallel zur Verbindungsfangleine 166 angeordnet. Das hat in diesem Fall neben einem geringeren benötigten Einbauraum auch den Vorteil, daß sich ein etwaiges Verhaken bei der Entfaltung des Fallschirmsystems 100 einfacher verhindern läßt.
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Ist die Nutzlast 160 auf dem Boden angelangt, wird die Trennvorrichtung 10 aktiviert, z. B. über eine nicht gezeigte elektronische Fernsteuerung, die mit dem Stecker 24 verbunden ist und die ein elektrisches Signal über den Stecker 24 an den Anzünder 22 gibt, woraufhin die Verbindungsfangleine 166 durchtrennt wird und sich die Kappe mit sämtlichen Fangleinen 162 von der Nutzlast 160 löst. Dieser Zustand ist mit gestrichelten Linien in 4 gezeigt. Da die Kappe 164 abgetrennt ist, kann es bei auftretendem Seitenwind oder Windböen nicht mehr zu einer Verlagerung der Nutzlast 160 über den Boden kommen.
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In den 8 und 9 ist eine zweite Variante dargestellt.
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Bei dem dort gezeigten Fallschirmsystem 100' ist die Trennvorrichtung 10 über die Verbindungsfangleine 166 nur mit etwa der Hälfte der Fangleinen 162 verbunden, während die andere Hälfte der Fangleinen 162 direkt mit der Nutzlast 160 verbunden ist. Hat die Nutzlast 160 den Boden erreicht, wird die Trennvorrichtung 10 aktiviert und die Verbindungsfangleine 166 gekappt. Da nun die Enden eines Teils der Fangleinen 162 frei beweglich sind, kann eine Windböe nicht mehr so in die Kappe 164 greifen, Daß der Fallschirm nennenswerten Auftrieb erfährt und die Nutzlast 160 über den Boden geschleift wird.
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Hier bietet sich der Vorteil, daß der Fallschirm wieder verwendet werden kann. Da weder an der Kappe 164 noch an den Fangleinen 162 Schäden entstehen, läßt sich das System wieder einsatzfähig machen, indem lediglich eine neue Verbindungsfangleine 166 und eine neue, daran befestigte Trennvorrichtung 10 montiert wird.
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Bei der in den 10 und 11 gezeigten dritten Variante ist nur eine einzige der Fangleinen, hier wieder mit 166 bezeichnet, über die Trennvorrichtung 10 mit der Nutzlast 160 verbunden, während sämtliche anderen Fangleinen 162 direkt an der Nutzlast 160 befestigt sind. Die Verbindungsfangleine 166 greift direkt an der Mitte der Kappe 164 an und zieht diese vor Aktivierung der Trennvorrichtung 10 trichterförmig nach innen. Damit ist die Kappe 164 anfangs gerafft, so daß der Schirm weniger Auftrieb erzeugt, wodurch die Sinkgeschwindigkeit erhöht wird. Dicht über dem Boden wird die Trennvorrichtung 10 aktiviert und die Verbindungsfangleine 166 gekappt, wodurch die Kappe 164 sich vollständig aufbläht und der Fallschirm seinen vollständigen Auftrieb erhält. Hierdurch wird die Nutzlast 160 sanft auf dem Boden abgesetzt. Dieser Zustand ist in 11 für das Fallschirmsystem 100'' gezeigt.
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Natürlich könnte hier auch eine weitere Trennvorrichtung 10 zwischen der Nutzlast 160 und allen oder einigen der Fangleinen 162 vorgesehen sein, wie bei den beiden vorhergehenden Beispielen, um die Kappe 164 nach der Landung der Nutzlast 160 auf dem Boden vollständig abzutrennen oder um ihr den Auftrieb zu nehmen.
