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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Aeronautik
oder des Automobilbaus, insbesondere das technische Gebiet der Federung von
Systemen aller Art wie beispielsweise von Landefahrwerken oder Sitzen
von Luftfahrzeugen.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft genauer gesagt eine Vorrichtung zur
Absorption von Energie deren Besonderheit darin liegt, dass sie
sich an die zu verzögernde
Masse auf einfache und sichere Art anpassen kann.
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Die
Erfindung wird zum Beispiel angewendet bei Sitzen von Hubschraubern,
bei denen es wünschenswert
ist ihr Anti-Crash-Verhalten
zu verbessern.
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Zivile
und militärische
Normen bestimmen einen Körpergewichtsbereich
der sich zwischen 46,5 kg und 96 kg erstreckt zur Untersuchung der Überlebenschancen
bei einem Crash. Die Widerstandsfähigkeit des Knochengerüsts gegenüber einer
starken Kompression, die beispielsweise durch eine brüske Beschleunigung
hervorgerufen wird, ändert
sich ebenfalls signifikant in diesem Körpergewichtsbereich. Es stellt
somit ein reelles Problem dar die Eigenschaften der Widerstandsfähigkeit
und der Dämpfung
von Sitzen, insbesondere von Hubschraubersitzen an einen so großen Bereich
unterschiedlicher Morphologie anzupassen. Eine Variation des Gewichts
kann ebenfalls daher rühren,
dass eine Bank auf einem oder mehreren Plätzen besetzt ist. Der Hub eines
Energieabsorbers muss somit an dem gesamten Bereich möglicher
Gewichte der Person oder der Personen, die darauf sitzen, angepasst
sein. Wenn ein solcher Hub zu klein ist, riskiert eine auf dem Energieabsorber
sitzende Person mit großem Körpergewicht
verletzt zu werden, da das System an seinen Anschlag gelangt. Wenn
im Gegenteil dazu ein solcher Hub an eine Person, die auf dem Energieabsorber
sitzt mit großem
Körpergewicht
angepasst ist, ist das System überdimensioniert
und eine Beschleunigung, die eine Person mit geringem Körpergewicht
erfährt,
die auf dem Energieabsorber sitzt wird nicht ausreichend gedämpft.
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Bestimmte
bekannte Sitze sind mit einem manuellen Einstellsystem versehen,
mit dem die Verzögerung
des Dämpfers
an das Gewicht der Person, die den Sitz einnimmt angepasst wird.
Dies erfordert einen menschlichen Eingriff, der vergessen werden kann
oder zu Einstellfedern führt.
Solche Systeme sind außerdem
oft schwer, sperrig und teuer.
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Ferner
sind Systeme zur Absorption von Energie bekannt, die eine Einpresskraft
erzeugen, die während
der Hubbewegung des Absorbers konstant bleibt. Gewichtsvariationen
von einer Person zur anderen werden dabei nicht berücksichtigt.
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Die
der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben zielen somit
darauf ab, eine neue Vorrichtung zur Absorption von Energie vorzuschlagen,
die die oben stehend aufgeführten
Nachteile nicht aufweist und mit einfachen Mitteln und zuverlässig funktioniert,
derart, dass die Beschleunigung oder die Verzögerung, die ein Passagier erfährt einen Schwellenwert
nicht überschreitet,
unabhängig
von dem Gewicht des Passagiers und ohne vorherige Einstellung.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung zielt darauf ab, eine
neue Vorrichtung zur Absorption von Energie vorzuschlagen, die autonom funktioniert
derart, dass ihre Zuverlässigkeit
nicht durch Fehlfunktionen anderer Systeme, wie einer Stromversorgung
oder einer Druckversorgung beeinträchtigt wird.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine neue
Vorrichtung zur Absorption von Energie vorzustellen, die ein geringes Bauvolumen
aufweist um an bereits existierende Sitze oder an bereits existierende
Mehrfachsitze wie Bänke
angepasst werden zu können.
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Die
der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben werden gelöst mittels
einer Vorrichtung zur Absorption von Energie zur Dämpfung von
Bewegungen eines Lastenträgers
bezüglich
einer festen Basis, wobei der Lastenträger an der festen Basis über eine
hydromechanische Verbindung befestigt ist, dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung Mittel zum automatischen und autonomen Parametrieren aufweist,
um sich einerseits in einem statischen Betrieb an die Masse der
Lasten anzupassen, die auf dem Träger ruhen und andererseits
in einem dynamischen Betrieb wenn beispielsweise eine brüske Bewegung
bei einem Zusammenstoß auftritt,
die Untereinheit Träger-Lasten Beschleunigungs-
oder Verzögerungswerten
aussetzen, die kleiner als ein Schwellenwert sind.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ermöglicht
somit durch optimale Steuerung der Hydraulikfluidströmung die
Beschleunigungen abzumildern, die auf den Sitzen sitzende Person
erfahren, wobei die Sitze mit einer solchen Vorrichtung bestückt sind und
es ermöglicht
ferner während
eines Crashs die Beschleunigung im Wesentlichen auf einem Sicherheitsschwellenwert
konstant zu halten. Dieser liegt bei ungefähr 14 g, wenn die Gesundheit
der auf den Sitzen sitzenden Personen erhalten werden soll. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
ist umso mehr bemerkenswert, als diese Integrität des Körpers erhalten wird für eine Vielzahl
von Körpergrößen und
Gewichten der Personen die auf diesen Sitzen sitzen, wobei die Gewichte
zum Beispiel zwischen 26 kg bis 116 kg betragen können.
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Gemäß einer
Ausführungsform
weisen die Mittel zur automatischen und autonomen Einstellung von
Parametern ein statisches Parametrierungsmittel und ein dynamisches
Parametrierungsmittel auf, die voneinander unabhängig sind, wobei das statische Parametrierungsmittel
es ermöglicht
eine erste automatische Einstellung vorzunehmen in Abhängigkeit von
dem Gewicht der Lasten und das dynamische Parametrierungsmittel
ermöglicht
eine zweite Einstellung in Abhängigkeit
von der Beschleunigung vorzunehmen, die die Untereinheit Träger-Lasten
erfahren hat.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform werden
Hochdruckkammern und Niederdruckkammern durch zylindrische und teleskopische
Elemente begrenzt und ein externes mobiles Element begrenzt teilweise
die mobile Hockdruckkammern und ist mit dem Träger fest verbunden und ein
inneres festes Element begrenzt teilweise die Niederdruckkammer, die
an der festen Basis befestigt ist.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
weist der Strömungsmechanismus
der Hydraulikflüssigkeit
auf:
- – ein
bezüglich
dem festen Bereich bewegliches Gewichtselement welches unter Einwirkung
einer starken Beschleunigung eine erste kalibrierte Rückholfeder
beaufschlagt,
- – ein
bezüglich
des festen Teils mobiler Kern, der mit einer zweiten kalibrierten
Rückholfeder
beaufschlagt ist, wobei der Kern einen Teil einer Steuerkammer in
der Hochdruckkammer begrenzt und je nach seiner Lage eine direkte
Strömung
des Hydraulikfluids aus der Hochdruckkammer in die Niederdruckkammer
ermöglicht,
- – wobei
der Kern bezüglich
seiner Translationsbewegung oberhalb des Beschleunigungsschwellenwertes
gesteuert wird durch den Druckunterschied zwischen der Hochdruckkammer
und der Steuerkammer in Abhängigkeit
von der kombinierten Lage des Gewichtelements und des Durchsatzbegrenzers,
wobei die Lage des Durchsatzbegrenzers repräsentativ für das von der Untereinheit
Träger-Lasten getragenes
Gewicht ist,
- – wobei
der Kern es ermöglicht
in Abhängigkeit der
Relativlagen des Kerns und des Gewichtselements die Hochdruckkammer
und die Steuerkammer über
mindestens eine kalibrierte Speiseöffnung und über eine interne Kammer des
Gewichtselements in Verbindung zu bringen,
- – wobei
die innere Kammer mindestens eine zusätzliche Öffnung aufweist, die mit der
Steuerkammer in Verbindung ist, sowie eine Auslassöffnung,
die die innere Kammer mit der Niederdruckkammer in Verbindung bringen
kann,
- – wobei
die Auslassöffnung
mit einem Durchsatzbegrenzer derart versehen ist, dass der Strömungsquerschnitt
der Auslassöffnung
in Abhängigkeit
von der Lage des Durchsatzbegrenzers in der inneren Kammer einerseits
und der Lage des Gewichtselements andererseits eingestellt wird,
- – wobei
der Durchsatzbegrenzer in der inneren Kammer des Gewichtselements
angeordnet ist und unter Einfluss des ursprünglichen Drucks steht, der
in der Steuerkammer herrscht und durch das Gewicht der Untereinheit
Träger-Lasten erzeugt wird,
- – wobei
der Durchsatzbegrenzer sich unter Einwirkung einer starken Verzögerung mit
dem Gewichtselement bewegt, unabhängig von seiner Lage in der
inneren Kammer,
- – und
der Durchsatzbegrenzer eine dritte kalibrierte Rückholfeder beaufschlagt, die
in der Niederdruckkammer angeordnet ist und sich an dem festen Teil
aufstützt.
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Gemäß einer
Ausführungsform
ist das Gewichtselement ein zylinderförmiger Stift und der Kern,
sowie die Hochdruckkammer, die Niederdruckkammer und die Steuerkammer
sind konzentrisch zu diesem zylinderförmigen Stift angeordnet.
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Gemäß einer
Ausführungsform
wird die Niederdruckkammer zum Teil durch einen Kolben begrenzt,
der durch einen Anschlagsring aus Polyamid in Stellung gehalten
wird, derart, dass er die Bewegung des Kolbens frei gibt, wenn ein
vorbestimmter Druck in der Niederdruckkammer erreicht wird, was zu
einem Bruch oder einer irreversiblen Verformung des Anschlags führt.
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Gemäß einer
Ausführungsform
weist der Durchsatzbegrenzer ein mechanisches Mittel auf, welches
der Strömung
eine Drehbewegung aufprägt, gleichzeitig
zu einer axialen Strömung
in der inneren Kammer unter Einwirkung des Drucks, der in der Steuerkammer
herrscht und entsprechend dem Querschnitt der Strömung durch
die Auslassöffnung ändert während letzterem
aufgrund der Axialbewegung des Durchsatzbegrenzers geöffnet ist,
wobei die Axialbewegung durch das Gewichtselement in Reaktion auf
eine starke Beschleunigung hervorgerufen wird.
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Die
der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben werden ebenfalls
gelöst
mithilfe eines Sitzes oder einer Bank, insbesondere für Luftfahrzeuge,
die mindestens einer Vorrichtung zur Absorption von Energie der
oben beschriebenen Art aufweisen.
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Die
der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben werden ebenfalls
gelöst
durch ein Landefahrwerk insbesondere für Luftfahrzeuge, welches mindestens
eine Vorrichtung zur Absorption von Energie, wie oben beschrieben,
aufweist.
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Die
der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben werden ebenfalls
gelöst
durch ein Radfedersystem, insbesondere für Luftfahrzeuge, welches mindestens
eine Vorrichtung zur Absorption von Energie wie oben beschrieben
aufweist.
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Die
der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben werden ebenfalls gelöst durch
eine Trägerstruktur
einer schweren Last, wie eines Hauptgetriebes eines Hubschraubers,
welches für
die Passagiere, die sich unterhalb dieser Struktur befinden bei
einem Crash gefährlich
ist, welches mindestens eine Absorptionsvorrichtung für Energie
wie oben beschrieben aufweist. Es ist somit möglich, eine Überdimensionierung
der Strukturen zu vermeiden, die Beschleunigungen der Größenordnung
von 48 g standhalten müssen.
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Die
der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben werden ebenfalls
gelöst
durch eine verformbare Sicherheitsstruktur, wie beispielsweise ein
Vorderwagen eines Kraftfahrzeuges oder eines Schienenfahrzeuges,
welcher eine Vorrichtung zur Absorption von Energie, wie oben beschrieben,
aufweist. Der Fahrgastraum kann somit Beschleunigungen von 14 g
dämpfen.
Man kann unter diesen Umständen
in Aussicht nehmen die Knautschzonen des Fahrgastraumes zu reduzieren
bzw. wegzulassen wobei gleichzeitig eine optimale Sicherheit für die Fahrgäste garantiert
wird.
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Andere
Besonderheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung erscheinen
detaillierter bei der Lektüre
der folgenden Beschreibung und der Zeichnung die rein illustrativen
Zwecken dienen und nicht einschränkend
zu verstehen sind.
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In
den Figuren zeigen:
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1 schematisch
ein Anwendungsbeispiel bei einem Sitz für die erfindungsgemäße Vorrichtung zur
Absorption von Energie;
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2 schematisch
das Funktionieren einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Absorption
von Energie;
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die 3a und 3b zeigen
teilweise das Funktionieren eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Absorption von Energie;
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4 einen
Längsschnitt
durch ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
Absorption von Energie;
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5 eine
teilweise geschnittene perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Absorption von Energie (ohne Gewichtselement und Stange) in
der die verschiedenen Fluiddurchgangsöffnungen zwischen den Kammern
dargestellt sind;
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die 6 bis 11 zeigen
Konstruktionsdetails von Steuerelementen der in 5 gezeigten Vorrichtung
zur Absorption von Energie;
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die 12 und 13 zeigen
schematisch und funktionell den Durchsatzbegrenzer der Auslassöffnung,
die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
Absorption von Energie vorgesehen ist;
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die 14 und 15 zeigen
jeweils für eine
Traglast von 26 kg und für
eine Traglast von 116 kg die Verschiebung beispielsweise während eines Crashs
des Tauchers, des Kerns und des Durchsatzbegrenzers einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
Absorption von Energie.
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Die 1 zeigt
eine erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Absorption von Energie 1, die einen Sitz 2 mit
einer festen Basis 3 verbindet. Letztere ist zum Beispiel
der Boden eines Hubschraubers. Die Vorrichtung 1 weist
einen festen Teil 4 auf, der mit dem Boden fest verbunden
ist und einen beweglichen Teil 5, der mit dem Sitz 2 verbunden
ist. Die festen 4 und mobilen 5 Teile sind zylindrisch und teleskopisch
ausgelegt und ihre Relativbewegungen zueinander werden durch einen
Hydraulikfluidströmungsmechanismus
gedämpft.
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2 zeigt
die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Absorption
von Energie 1. Diese weist Mittel zur automatischen Einstellung
von Parametern auf, die ferner autonom sind und einen Mechanismus
zum Durchströmen
der Vorrichtung mit Hydraulikfluid aufweist, die den Durchsatz des
Fluids steuert, der zwischen einer Hochdruckkammer 6 und
einer Niederdruckkammer 7 zirkuliert. Der Druck, der in
der Hochdruckkammer 6 herrscht, ist mit der Kompression
des Hydraulikfluids verbunden, die durch eine Verschiebung des Trägers der
Lasten herrührt.
Dieser Träger
besteht beispielsweise aus dem Sitz 2 und die Lasten werden
durch einen oder mehrere Passagiere repräsentiert.
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Der
bewegliche Teil 5 ist ein äußeres Element, welches von
außen
teilweise die Hochdruckkammer 6 eingrenzt, die beweglich
ist und der feste Teil 4 ist außen teilweise durch die Niederdruckkammer 7 begrenzt,
die ebenfalls ortsfest ist.
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Der
Mechanismus zum Strömenlassen
des Hydraulikfluids erlaubt, das Hydraulikfluid zur Niederdruckkammer 7 fließen zu lassen
in Reaktion auf schwerwiegende Beanspruchung.
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Der
Strömungsmechanismus
weist ein Gewichtselement 8 auf, welches bezüglich des
festen Teils 4 beweglich ist und eine erste kalibrierte
Rückholfeder 9 beaufschlagt.
Die Bewegungen des Gewichtselements 8 sind schematisch
durch den Pfeil D dargestellt. Eine große Beschleunigung, die die
Vorrichtung 1 erfährt
führt zu
einer Kompression der Rückholfeder 9 in
Richtung des Pfeils A.
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Der
Strömungsmechanismus
weist ebenfalls einen Kern 10 auf, der gegenüber dem
festen Teil 4 beweglich ist und eine zweite kalibrierte
Rückholfeder 11 beaufschlagt.
Der Kern 10 begrenzt teilweise eine Steuerkammer 12 in
der Hochdruckkammer 6. Der Kern 10 wird dazu gebracht,
sich translatorisch zu bewegen und somit den direkten Strömungsweg zu öffnen, der
durch die Pfeile L angegeben ist, sobald das Gewichtselement 8 eine
Beschleunigung erfährt,
die einem vorbestimmten Beschleunigungsschwellenwert entspricht,
zum Beispiel 14 g. Der Stab oder Taucher 8a beginnt also
eine Auslassöffnung 17 zu öffnen, mit
der das Fluid der Steuerkammer 12 des Kerns 10 entleert
wird. Der Kern 10 bewegt sich nicht in Reaktion auf große Beschleunigungen
sondern er bewegt sich bezüglich
des festen Teils 4 und bezüglich des Gewichtselements 8 unter Einwirkung
der Kompression des Hydraulikfluids in der Hochdruckkammer 6 und
der Position des Gewichtselements 8.
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Der
Kern 10 weist eine Passage 13 auf, die in Abhängigkeit
von den Relativpositionen des Gewichtselements 8 die Hochdruckkammer 6 mit
der Steuerkammer 12 über
eine interne Kammer 14 des Gewichtselements 8 in
Verbindung bringen kann, die zu diesem Zweck mit mindestens einer
kalibrierten Öffnung 15 versehen
ist.
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Die
innere Kammer 14 weist ebenfalls mindestens eine zusätzliche Öffnung 16 auf,
mit der die direkte Verbindung mit der Steuerkammer 12 erzielt wird,
sowie eine Auslassöffnung 17,
die die inneren Kammern 12 und 14 mit der Niederdruckkammer 7 verbinden.
Die Strömung
durch die Auslassöffnung 17 ist
mit dem Pfeil E angedeutet.
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Bei
einer starken Beschleunigung, die dazu geeignet ist die Integrität der Lasten
oder Personen die den Sitz einnehmen zu beschädigen, steuert die Auslassöffnung 17 die
direkte Strömung
(Pfeile L) derart, dass eine an das Gewicht der Lasten angepasste
im Wesentlichen konstante Verzögerung
erhalten wird.
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Die
Auslassöffnung 17 ist
mit einem Durchsatzbegrenzer 18 verbunden, der den Querschnitt der
Strömung
der Auslassöffnung 17 zu
justieren erlaubt, in Abhängigkeit
von der Stellung des Durchsatzbegrenzers 18 in der inneren
Kammer 14 einerseits und in Abhängigkeit von der Stellung des
Gewichtselements 8 bezüglich
des festen Teils 4 andererseits.
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Der
Durchsatzbegrenzer 18 ist in der inneren Kammer 14 positioniert
unter dem Einfluss des ursprünglichen
Drucks, der in der Steuerkammer 12 herrscht, wobei der
ursprüngliche
Druck durch das Gewicht der Untergruppe Träger 2-Lasten erzeugt wird und über die Hochdruckkammer 6 an
die Innenkammer 14 durch die Öffnungen 13 und 15 übertragen
wird.
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Der
Durchsatzbegrenzer 18 bewegt sich unabhängig von dem Gewichtselement 8 und
seine Vorpositionierung in der Innenkammer 14 wird erhalten durch
die Beaufschlagung einer dritten kalibrierten Rückholfeder 19, die
in der Niederdruckkammer 7 angeordnet ist, wo sie sich
auf dem festen Teil 4 abstützt.
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Die 3a und 3b zeigen
die Verschiebung des beweglichen Teils 5 bezüglich des
festen Teils 4 entlang des Pfeils A. Das Hydraulikfluid
wird also in der Hochdruckkammer 6 komprimiert und bewirkt
keine Verschiebung des Kerns 10 und eine direkte Fluidströmung in
die Niederdruckkammer 7 ab einem vorbestimmten Beschleunigungsschwellenwert,
vorzugweise 14 g, Sicherheitsschwellenwert genannt. Unterhalb des
Schwellenwertes bleibt der bewegliche Teil 5 bezüglich des
festen Teils 4 unbeweglich, unabhängig von der Höhe der zwischen
diesen beiden Teilen aufgewandten Kraft.
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Das
in 4 gezeigte Gewichtselement 8 ist zum
Beispiel ein zylinderförmiger
Stab 8a oder Taucher, der mit einem kalibrierten Ausgleichsgewicht 8b versehen
ist. Der Kern 10 und die Hochdruckkammer 6, die
Niederdruckkammer 7 und die Steuerkammer 12 sind
konzentrisch zu dem Zylinderstab 8a angeordnet.
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Die
Steuerkammer 12 wird eingegrenzt durch eine Hülle 20,
die gleichzeitig die Führung
des Kerns 10 sicherstellt. Die Öffnungen 15a sind
in dieser Hülle 20 vorgesehen
und entsprechen den Öffnungen 13 in 2.
Die Oberfläche
des Kerns 10, die mit der Kammer 6 in Kontakt
ist, ist gleich der, die in Kontakt mit der Steuerkammer 12 ist,
um nicht die Verschiebung des Kerns 10 ausschließlich durch
den Druckunterschied zu steuern, der durch die Steuerkammer 12 erzeugt
wird. Die Hülle 20 weist
ebenfalls zusätzliche
Auslassöffnungen 21b auf,
durch die das Fluid strömt,
welches durch den Durchsatzbegrenzer 18 und die Auslassöffnung 17 strömt.
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Die 6 bis 11 zeigen
Details des Ausführungsbeispiels
der in 4 gezeigten Vorrichtung zur Absorption von Energie.
Die 6 zeigt somit einen Kern 10, der beispielsweise
durch Verschraubung zweier Teile aus gedrehten Leichtmetalllegierungen
hergestellt ist. Der Kern 10 ist mit einer zentralen Öffnung 10a versehen,
die durchgängig
ist und dazu bestimmt ist, den Stab 8a des Gewichtselements 8 aufzunehmen,
der in den 7 und 8 gezeigt
ist. Eine Verbindung 10b ist in dem Kern 10 integriert,
um das Einschließen
des Fluids in der Hochdruckkammer 6 zu gewährleisten,
solange der Kern 10 feststeht.
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Der
Stab 8a ist ein Hohlzylinder mit mindestens einer kalibrierten Öffnung 15 in
einem im Wesentlichen mittigen Bereich. Das obere Ende des Stabs 8a weist
eine Schulter 8c auf und einen zylindrischen Bereich 8b,
dessen Radius kleiner ist als der mittlere Bereich. Dieser Bereich
dient zur Montage des kalibrierten Ausgleichsgewichts 8b.
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Das
untere Ende des Stabs 8a weist ein hohlzylindrischen Teil
mit vergrößertem Radius
auf, in dem die Auslassöffnung 17 eingearbeitet
ist, welche vorzugsweise im Wesentlichen rechteckig ist. Dieser
zylinderförmige
Bereich mit vergrößertem Radius
bildet einen Teil der inneren Kammer 14, in dem er dichtend
einen Teil des Durchflussbegrenzers 18 integriert. Die
zusätzlichen Öffnungen 16 sind
im Wesentlichen in der Nähe
des unteren Endes des Stabs angeordnet, um eine Hydraulikfluidverbindung
zwischen den Kammern 12 und 14 herzustellen.
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Die
in 10 perspektivisch und teilweise geschnitten gezeigte
Hülle 20 ist
mit dem festen Teil 4 fest verbunden und weist einen zylinderförmigen Bereich 21d auf,
der im Wesentlichen konzentrisch zur inneren Kammer 14 angeordnet
ist und dazu bestimmt ist, ein komplexes Teil 20a zu enthalten,
welches die Steuerkammer 12 des Kerns 10 begrenzt. Das
komplexe Teil 20a ist perspektivisch und teilweise geschnitten
in 11 gezeigt.
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Der
zylinderförmige
Bereich 21d verlängert sich
nach innen durch einen kegelstumpfförmigen Bereich 21c,
gegen den der Kern 10 mit einer kegelstumpfförmigen Schulter
anschlägt,
die durch die entsprechende Verbindung 10b gebildet wird.
Der zylinderförmige
Bereich 21d weist außen
ungefähr
auf der gleichen Höhe
wie der kegelstumpfförmige
Bereich 21c eine Ringnut 23 auf, die dazu bestimmt
ist, einen Dichtring 23 aufzunehmen. Dieser verschafft
der Hochdruckkammer 6 die für das gute Funktionieren der
Vorrichtung unbedingt notwendige Dichtheit, während das mobile Teil 5,
in diesem Fall ein äußerer Zylinder,
der die Hochdruckkammer 6 eingrenzt, auf dem festen Teil 4 gleitet.
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In
der Verlängerung
der Ringnut 22 weist die Hülle 20 einen zylinderförmigen Bereich
auf, dessen Radius kleiner ist und mit am Umfang angeordneten Öffnungen 21e versehen
ist, die in der Hochdruckkammer 6 münden und durch die das Hydraulikfluid strömen kann,
während
dieses direkt in die Niederdruckkammer 7 strömt, während der
Kern 10 nicht gegen den kegelstumpfförmigen Bereich 21c andrückt. Dieser
zylinderförmige
Bereich mit kleinerem Radius weist in der Verlängerung der peripheren Öffnung 21e die Öffnungen 21a auf,
die oberhalb des oberen Endes des Kerns 10 angeordnet sind.
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Der
zylinderförmige
Bereich mit kleinerem Radius weist innen etwa gegenüber den Öffnungen 21a und
konzentrisch einen Führungsbereich 27 für den Stab 8a auf.
Der Führungsbereich 27 weist Öffnungen 15a zur
Zuführung
von Hydraulikfluid in die innere Kammer 14 über die
kalibrierten Öffnungen 15 des
Stabes 8a auf, während
der Stab 8a in seiner obersten Stellung ist, wie in 4 gezeigt.
Der Führungsbereich 27 weist
ebenfalls eine innere Schulter 27a auf, auf der die erste
kalibrierte Rückholfeder 9 andrückt. Die
erste Rückholfeder 9 ist
somit eingespannt zwischen der Schulter 27a und dem Ausgleichsgewicht 8b.
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Bei
der in 4 gezeigten Ausführungsform ersetzen die Zufuhröffnungen 15a strukturell
und funktionell die Passage 13, die in den in 2 gezeigten
Kern 10 eingearbeitet ist.
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Das
komplexe Teil 20a begrenzt mit seiner äußeren zylinderförmigen Wand 7a und
mit seiner Innenwand 7b die Niederdruckkammer 7.
Die Innenwand 7b begrenzt ebenfalls außen die Steuerkammer 12.
Letztere weist einen ringförmigen
Boden 12a auf, auf dem die zweite kalibrierte Feder 11 ruht,
die durch eine Bewegung des Kerns 10 beansprucht wird.
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Eine
innere Führungswand 12b ist
ebenfalls vorgesehen, um das untere Ende des Stabs 8a bei Translationsbewegungen
zu führen
und um die Auslassöffnung 17 zu
verschließen,
während
der Stab nicht in einer Stellung ist, die das Strömen des
Hydraulikfluids durch die Auslassöffnung 17 erlaubt,
d. h. unterhalb der Sicherheitsschwelle genannten Beschleunigungsstelle.
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Im
unteren Teil der inneren Führungswand 12b erlauben
zusätzliche
Auslassöffnungen 21b, dass
sich das Strömen
des Hydraulikfluids in die Niederdruckkammer 7 über die
Auslassöffnung 17 und über den
Durchsatzbegrenzer 18 ergießt.
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Das
untere Ende des komplexen Teils 20a weist ebenfalls einen
zentralen Bolzen 24 auf, der dazu bestimmt ist, die dritte
kalibrierte Rückholfeder 19 zu
tragen, die durch eine Bewegung des Durchsatzbegrenzers 18 beaufschlagt
wird. Die dritte Rückholfeder 19 ist
zum Beispiel hergestellt mit einer Anordnung von "Belleville"-Scheiben, die ihr
eine nicht lineare Härte
vermitteln. Dies ermöglicht,
abgesehen von einem geringen Platzbedarf, den Durchsatzbegrenzer 18 in
seiner Vorpositionierungsstellung zu belassen und nicht mit der
Bewegung des Stabes 8a in Reaktion auf eine starke Beschleunigung
zu interferieren.
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Die
Niederdruckkammer 7 wird teilweise durch einen Kolben 25 begrenzt,
der in dem festen Teil 4 durch einen Anschlag 28 der
Art eines Ringes oder eines Indexierungsfingers aus Polyamid (PTFE) in
Stellung gehalten wird, derart, dass er die Bewegung des Kolbens 25 freigibt,
wenn ein vorbestimmter Druck in der Niederdruckkammer 7 erreicht
wird, in dem ein Bruch, eine Abscherung oder eine zum Beispiel irreversible
Deformation des Anschlags 28 erzeugt wird. Dieser ist so
aufgebaut, dass er sich bei normalen und üblichen Bewegungen nicht von
dem festen Teil 4 fortbewegt und keine Druckbeaufschlagung
durch das Fluid erfährt,
solange wie der Kern 10 nicht begonnen hat, die Öffnung 21c zu öffnen.
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Der
Durchflussbegrenzer 18 weist vorteilhafterweise ein mechanisches
Mittel auf, das der Strömung
eine Rotationsbewegung R gleichzeitig zu einer axialen Fließbewegung
X in der inneren Kammer 14 unter Einwirkung des Drucks
vermittelt, der in der Steuerkammer 12 herrscht, wodurch
auf diese Weise der Strömungsquerschnitt
der Ausgangsöffnung 17 verändert wird,
während
diese mindestens teilweise geöffnet
ist durch eine axiale Verschiebung des Durchsatzbegrenzers 18,
hervorgerufen durch das Gewichtselement 8 und in Reaktion
auf eine starke Beschleunigung.
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9 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Durchsatzbegrenzers 18,
der in 4 ebenfalls im Schnitt gezeigt ist. Der Durchsatzbegrenzer 18 besteht
aus einem Hohlzylinder mit zwei Bereichen, die etwa die gleiche
Länge aufweisen
und durch eine Trennwand 18c getrennt sind. Letztere bildet
den Boden der inneren Kammer 14. Der obere Bereich weist
ausgehend von seiner Oberkante eine axiale durchgehende Öffnung 18b auf,
die im Wesentlichen rechtwinklig ist. Die axiale Öffnung 18b ist
dazu bestimmt, sich gegenüber der
Auslassöffnung 17 zu
positionieren und diese in Abhängigkeit
von der Winkellage der axialen Öffnung 18b mehr
oder weniger zu verschließen.
Der untere Bereich weist ausgehend von seiner Unterkante einen schrägen Schlitz 18a auf,
in dem ein Stift 18d eingreift, der an dem komplexen Teil 20a befestigt
ist. Somit zwingt der Stift während
der Durchsatzbegrenzer 18 unter Einwirkung eines Drucks,
der in der internen Kammer 14 herrscht, nach unten gleitet,
eine Rotationsbewegung auf. Die erreichbaren Stellungen relativ
zur axialen Öffnung 18b und
die der Auslassöffnung 17 bestimmen
somit die verschiedenen Strömungsquerschnitte.
Diese relativen Stellungen werden erhalten durch eine Verschiebung
des Durchsatzbegrenzers 18 in Translationsrichtung kombiniert mit
einer Rotationsverschiebung.
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Die
Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Absorption von Energie wird im Folgenden mit Bezug auf die 4 bei einer
Anwendung erläutert,
die sich auf einen Hubschraubersitz bezieht.
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Während ein
Passagier (eine Last) sich auf den Sitz (Träger) setzt, komprimiert letztere
das Hydraulikfluid der Hochdruckkammer 6. Das mobile Element 5 ist
ein Zylinder, der mit dem Sitz fest verbunden ist. Bei einem solchen
statischen Betrieb stehen die Zufuhröffnungen 15a und die
kalibrierten Öffnungen 15 in
Verbindung und erlauben den Aufbau eines Anfangsdrucks in der Steuerkammer 12 und
in der inneren Kammer 14, in Abhängigkeit von dem Gewicht des
Passagiers. Dieser Anfangsdruck stellt den Durchsatzbegrenzer 18 vorläufig so
ein, dass er während
einer starken Beschleunigung, die den Wert von 14 g übersteigt,
einen vorbestimmten Strömungsquerschnitt
aufweist. Die Auslassöffnung 17 bleibt währenddessen
verschlossen wegen der nicht veränderten
ursprünglichen
Position des Stabes 8a. Wenn der Stab 8a sich
axial verschiebt, ist dies wegen dem Austritt des Fluids, das die
Bewegung des Kerns steuert und oberhalb des Schwellenwertes für die Beschleunigung
oder Verzögerung.
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Während der
Passagier einer hohen Kompressionskraft ausgesetzt ist, hervorgerufen
beispielsweise durch einen Crash, wird diese Kraft entweder durch
den Passagier absorbiert oder über
den Sitz auf die Vorrichtung zur Absorption von Energie, wenn letztere
korrekt parametriert ist, um die entsprechende Energie zu absorbieren.
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Sobald
der Stab 8a oder das Gewichtselement eine Beschleunigung
erfährt,
die die vorbestimmte Kalibrierungsschwelle überschreitet, z. B. 14 g, bewirkt
der Druckunterschied zwischen der Hochdruckkammer 6 und
der Steuerkammer 12 eine Verschiebung des Kerns 10 gegen
die Rückstellkraft
der zweiten kalibrierten Rückstellfeder 11 und
somit tritt eine direkte Hydraulikfluidströmung in die Niederdruckkammer 7.
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Die
direkte Strömung
erfolgt aufgrund des Lösens
der Dichtung 10b von ihrer Auflagefläche, d. h. dem kegelstumpfförmigen Anschlag 21c.
Diese direkte Strömung
muss jedoch moduliert werden, um sie auf einen konstanten Verzögerungsschwellenwert
in Abhängigkeit
von dem Gewicht des Passagiers oder der Passagiere zu halten.
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Wenn
der auf dem Sitz sitzende Passagier eine starke Beschleunigung erfährt, so
erfährt
ebenfalls die Vorrichtung zur Absorption von Energie 1 diese
starke Beschleunigung. Diese starke Beschleunigung bewirkt eine
Verschiebung des Ausgleichsgewichts 8b und des Stabs 8a,
um die Auslassöffnung 17 zu öffnen und
um das Hydraulikfluid in die Niederdruckkammer 7 fließen zu lassen.
Der Querschnitt der Strömung
verändert
sich während des
Crashs durch die Kombination aus der automatischen Vorpositionierung
des Durchsatzbegrenzers 18 in Abhängigkeit von dem Gewicht des
Passagiers und der Steuerung der Auslassöffnung 17 bei einer Beschleunigung
des Gewichtselements 8 oder des Stabes 8a. Während dieser
Strömungsphase
sind die kalibrierten Öffnungen 15 des
Stabes 8a verschlossen.
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Während die
Beschleunigung oder Verzögerung
abnimmt, geht der Stab 8a wieder in seine ursprüngliche
Ruheposition zurück.
In dem Moment, in dem er den voreingestellten Sicherheitsbeschleunigungsschwellenwert
wieder erreicht, bewirkt die zweite kalibrierte Rückholfeder 11,
dass der Kern 10 sich nach oben bewegt, um gegen den kegelstumpfförmigen Anschlag 21c zu
stoßen.
Die Phase der Energieabsorption der Vorrichtung ist somit abgeschlossen.
Die Kinematik des Passagiers oder der Passagiere folgt also der
Verzögerung,
wenn gegen Ende des Crashs diese auf ein nicht mehr kritisches Niveau absinkt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung
bleibt in Takt und ohne Gefahr für
die zu schützenden
Passagiere.
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Die
durch die Strömung
des Hydraulikfluids durch die Auslassöffnung 17 resultierende
Verlustenergie steuert das Absinken des Kerns 10. Die Absorption
der Energie durch die erfindungsgemäße Vorrichtung berücksichtigt
somit das Gewicht des Passagiers oder der Passagiere derart, dass
die von dem Passagier oder den Passagieren erfahrene Verzögerung im
Wesentlichen konstant gehalten wird. Die 14 und 15 zeigen
die Verschiebung beispielsweise während eines Crashs in Abhängigkeit von
der Zeit, wobei die Verschiebung der Stange 8a, des Kerns 10 und
des Durchsatzbegrenzers 18 in den Kurven C1, C2 bzw. C3
gezeigt ist. Die Verschiebungen D sind auf der Ordinate in Millimetern
angegeben und die Zeit auf der Abszisse in Millisekunden. 14 bezieht
sich auf ein zu tragendes Gewicht von 26 kg, was beispielsweise
dem Gewicht eines Kindes entspricht und 15 bezieht
sich auf ein zu tragendes Gewicht von 116 kg, was einem Erwachsenen
entspricht.
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Der
Hub des Durchsatzbegrenzers 18, der in der Kurve 03 gezeigt
ist, ist doppelt so groß bei
einer zu tragenden Last von 116 kg gegenüber dem Hub bei einer zu tragenden
Last von 26 kg. Der Hub des Kerns 10 ist im Gegensatz dazu
kleiner, wenn in der Vorrichtung weniger Fluid strömt. Der
maximale Hub des Durchsatzbegrenzers 18 ist während eines Crashs
bei etwa 2 mm für
eine Masse von 26 kg stabilisiert und bei etwa 4 mm für eine Masse
von 116 kg. Unabhängig
von dem Gewicht ist es somit möglich,
die erfahrene Beschleunigung abzudämpfen, so dass sie nicht den
Sicherheitsschwellenwert von beispielsweise 14 g überschreitet.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Absorption von Energie weist den Vorteil auf, dass sie vollkommen
autonom ist und nicht von einem elektrischen Schaltkreis oder einem
hydraulischen Kreis abhängt,
die während
eines Crashs beschädigt
werden könnten.
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Außerdem minimieren
das rein mechanische Konzept der erfindungsgemäßen Vorrichtung und die Abwesenheit
von sich abnutzenden Elementen die Wartungsoperationen auf eine
einfache visuelle Kontrolle.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
passt sich an die getragene Last automatisch an, ohne Steuerung
von außen
und berücksichtigt
selbst die Veränderung
einer gleichen Person. Eine solche Veränderung ergibt sich zum Beispiel
je nach Andrücken der
Füße des Passagiers
auf den Boden.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
weist ebenfalls den enormen Vorteil auf, eine mehrsitzige Bank an
die Änderung
des Gewichts der Passagiere anzupassen.
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Nachdem
die erfindungsgemäße Vorrichtung keine
plastischen Verformungen durchführt,
ist sie zum Beispiel nach einer harten Landung, die die Zerstörung der
Vorrichtung nicht bewirkt hat, wieder verwertbar. Das Funktionieren
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist im Übrigen
in einem Temperaturbereich zwischen 0 und 40°C optimal.