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Die
Erfindung betrifft einen Flugkörper mit einem Rumpf, umfassend
eine Mehrzahl von Spanten, jeweils eine an einem Spant angeordnete
Bodenträgereinrichtung, welche an gegenüberliegenden
Seiten des Spants mit dem Spant verbunden ist, eine erste Strebeneinrichtung
und eine zweite Strebeneinrichtung, welche jeweils mit der Bodenträgereinrichtung
und dem Spant verbunden sind, quer zu der Bodenträgereinrichtung
orientiert sind und einen dreieckförmigen Bereich zwischen
der Bodenträgereinrichtung und dem Spant umschließen,
wobei die erste Strebeneinrichtung und die zweite Strebeneinrichtung
an gegenüberliegenden Seiten des Spants mit dem Spant verbunden
sind.
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Aus
der
DE 10 2007
030 026 A1 ist ein Strukturbauteil für ein Luft-
oder Raumfahrzeug mit einer Außenhaut bekannt, welches
ein Spantelement zur Versteifung der Außenhaut umfasst,
wobei das Spantelement entsprechend einer inneren Kontur der Außenhaut
bogenförmig gekrümmt ist. Es ist ein Querträgerelement
vorgesehen, welches zwei Bogenabschnitte des Spantelements quer
miteinander verbindet und eine höhere Steifigkeit aufweist
als das Spantelement.
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Aus
der
DE 10 2006
019 123 A1 ist eine Bodenstruktur für einen Rumpf,
insbesondere einen Flugzeugrumpf, bekannt, mit mehreren Querträgern, denen
jeweils mindestens eine erste Strebe und mindestens eine zweite
Strebe für eine Anbindung des jeweiligen Querträgers
an dem Rumpf zugeordnet sind. Die mindestens eine erste Strebe ist
parallel zu einem ersten Richtungsvektor und die mindestens eine
zweite Strebe ist parallel zu einem zweiten Richtungsvektor ausgebildet.
Projektionen des ersten Richtungsvektors und des zweiten Richtungsvektors auf
die Rumpflängsrichtung eine Aufnahme einer in Rumpflängsrichtung
auf die Bodenstruktur einwirkenden Kraft durch die ersten und zweiten
Streben unterscheiden sich.
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Die
erste Strebeneinrichtung und die zweite Strebeneinrichtung werden
auch als Vertikalenstreben bezeichnet. Die dreieckförmigen
Bereiche werden auch als Bermuda-Dreieck bezeichnet. Sie liegen
direkt unterhalb der Bodenträgereinrichtung und ihre Stabilität
hat im Crashfall einen Einfluss auf eine Passagierzelle.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flugkörper
der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei welchem das Versagen
von Spanten am Bermuda-Dreieck im Crashfall kontrolliert eingestellt ist.
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Diese
Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Flugkörper erfindungsgemäß dadurch
gelöst, dass mindestens eine Querstrebe mit dem Spant mit
der jeweiligen Strebeneinrichtung an dem jeweiligen dreieckförmigen
Bereich verbunden ist, wobei die mindestens eine Querstrebe den
jeweiligen dreieckförmigen Bereich in einen Versteifungsbereich
oberhalb der mindestens einen Querstrebe, welcher der Bodenträgereinrichtung
zugewandt ist, und in einen Energieabsorptionsbereich unterhalb der
mindestens einen Querstrebe aufteilt.
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Die
mindestens eine Querstrebe stellt an dem jeweiligen dreieckförmigen
Bereich eine versteifende Rahmenstruktur bereit. Unterhalb dieser
versteifenden Rahmenstruktur liegt der Energieabsorptionsbereich.
Dadurch wird im Crashfall das Aufbrechen des gesamten Bermuda-Dreiecks
verhindert. Es wird der im Crashfall hochbelastete Bereich der Anbindung
der Bodenträgereinrichtung an den Spant versteift. Das
Risiko eines Spantversagens oberhalb der Bodenträgereinrichtung
(an einer Passagierzelle) wird reduziert und damit wird auch die
Gefahr einer massiven Einwirkung auf den Überlebensraum
reduziert.
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Es
lässt sich erreichen, dass bei einem typischen Crashfall
ein Spant unterhalb der Querstrebe versagt. Der Spant kann dann
auf die mindestens eine Quer strebe zu verschwenken und im Energieabsorptionsbereich
kann Energie absorbiert werden.
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Durch
die mindestens eine Querstrebe als zusätzliches strukturelles
Element im Bermuda-Dreieck wird eine kontrollierte Crashkinematik
für einen typischen Crashfall eingestellt unter optimiertem Schutz
einer Passagierzelle.
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Weiterhin
ist es durch das Vorsehen mindestens einer Querstrebe im Bermuda-Dreieck
möglich, die freie Länge der jeweiligen Strebeneinrichtung
zu reduzieren. Dadurch wird das Risiko eines Knickversagens der
entsprechenden Strebeneinrichtung (vertikalen Strebe) reduziert.
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Insbesondere
sind die erste Strebeneinrichtung und/oder die zweite Strebeneinrichtung
mindestens näherungsweise senkrecht zu der Bodenträgereinrichtung
orientiert. Dadurch können optimiert Impulse aufgenommen
werden. Beispielsweise kann die Abweichung von der senkrechten Ausrichtung
bis zu 40° betragen.
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Es
ergeben sich hochsymmetrische Verhältnisse, wenn die erste
Strebeneinrichtung und die zweite Strebeneinrichtung mindestens
näherungsweise parallel zueinander ausgerichtet sind. Dadurch lassen
sich die Bermuda-Dreiecke an gegenüberliegenden Seiten
von jeweiligen Spanten gleich ausgestalten mit dem gleichen eingestellten
Crashverhalten.
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Es
kann dabei vorgesehen sein, dass in dem Versteifungsbereich eine
oder mehrere Leitungen angeordnet sind. Der Versteifungsbereich
weist eine versteifte Struktur auf. Dadurch sind Leitungen im Crashfall
besser geschützt.
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Die
erfindungsgemäße Lösung ist besonders vorteilhaft,
wenn die Spante aus einem faserverstärkten Material und
beispielsweise aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt sind.
Es lässt sich im Crashfall kontrolliertes Versagen des
Bermuda-Dreiecks erreichen, wobei insbesondere ein Spantversagen automatisch
unterhalb der mindestens einen Querstrebe erfolgt. Ein Flugkörper
lässt sich dann in Leichtbauweise realisieren.
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Aus
dem gleichen Grund ist es günstig, wenn die Bodenträgereinrichtung
und/oder die Strebeneinrichtung und/oder die Querstrebe aus einem
faserverstärkten Material sind.
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Insbesondere
ist an den Spanten eine Rumpfhaut angeordnet. Die Rumpfhaut deckt
den Rumpf ab. Die Rumpfhaut kann auch genutzt werden, um beim Spantversagen
ein Einschwenken zu ermöglichen. Die Rumpfhaut bildet ein
strukturell integrierendes Element und mit dem versagenden Spant
ein Gelenk. Über das Einschwenken lässt sich Energie
in dem Energieabsorptionsbereich absorbieren und dadurch eine Passagierzelle
schützen.
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Insbesondere
ist ein Spant mindestens am jeweiligen dreieckförmigen
Bereich nach außen konvex gekrümmt. Es ergeben
sich dadurch geometrische Verhältnisse, die bewirken, dass
der Hebelarm einer Crashlast oberhalb der mindestens einen Querstrebe
nur gering zunimmt. Dadurch ist das Biegemoment an einem Spant an
der mindestens einen Querstrebe nur wenig geringer als an einer
Anbindung einer Bodenträgereinrichtung. Dadurch wiederum
ist es möglich, ein Spantversagen vom Punkt der höchsten
Momentenbelastung (an der Anbindung an die Bodenträgereinrichtung)
auf eine Position unterhalb der mindestens einen Querstrebe zu verschieben.
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Aus
diesem Grund ist es günstig, wenn ein Abstand in einer
Richtung parallel zu der Bodenträgereinrichtung zwischen
einer Verbindungsstelle der jeweiligen Strebeneinrichtung mit dem
Spant und einer Verbindungsstelle der mindestens einen Querstrebe
an dem Spant größer ist als ein Abstand in dieser
Richtung zwischen der Verbindungsstelle der mindestens einen Querstrebe
an dem Spant und einer Verbindungsstelle der Bodenträgereinrichtung mit
dem Spant. Dadurch ergibt sich für eine Crashlast nur ein
kleiner Hebelarm zwischen der Anbindung der Bodenträgereinrichtung
und dem Spant und zwischen der Anbindung der mindestens einen Querstrebe
an den Spant.
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Günstigerweise
sind die erste Strebeneinrichtung mit der zugeordneten mindestens
einen Querstrebe und die zweite Strebeneinrichtung mit der zugeordneten
mindestens einen Querstrebe symmetrisch zu einer Mittelebene des
Rumpfs angeordnet. Dadurch ergibt sich im Crashfall ohne Rollwinkel
eine optimierte Kraftverteilung. Auch bei nicht vernachlässigbarem
Rollwinkel entsteht kein unkontrolliertes Szenario im Crashfall,
da höchstens kleine Bereiche der Bermuda-Dreiecke einbrechen.
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Günstig
ist es, wenn die jeweiligen Strebeneinrichtungen an dem Energieabsorptionsbereich eine
Energie absorbierende Struktur aufweisen und/oder in dem Energieabsorptionsbereich
eine Energie absorbierende Struktur angeordnet ist. Dadurch kann
Energie aufgenommen werden und von einer Passagierzelle abgehalten
werden. Der Versteifungsbereich kann dabei gewissermaßen
als Abstützungsbereich für die Energie absorbierende Struktur
verwendet werden. Die Energie absorbierende Struktur kann beispielsweise
durch eine kissenartige Struktur oder Wellholmstruktur oder Schneidenstruktur
gebildet sein, welche entsprechend verformbar und/oder schädigbar
ist.
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Es
ist auch möglich, dass die Energie absorbierende Struktur
der jeweiligen Strebeneinrichtung einen Stauchungsbereich der Strebeneinrichtung
ist. Durch Stauchung der entsprechenden Strebeneinrichtung (vertikale
Strebe) kann Energie absorbiert werden.
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Ganz
besonders vorteilhaft ist eine Gelenkausbildung im Bereich des Spants
unterhalb einer Verbindungsstelle der mindestens einen Querstrebe am
Spant mindestens im Crashfall. Grundsätzlich ist es möglich,
dass durch strukturelle Beeinflussung des Spants eine Gelenkausbildung
im Crashfall unterhalb der mindestens einen Querstrebe erreichbar ist.
Dazu wird in den Aufbau des Spants ein Gelenkausbildung-Triggermechanismus
integriert. Bei der erfindungsgemäßen Lösung
lässt sich eine solche Gelenkausbildung auch automatisch
ohne strukturelle Modifikation des Spants erreichen. Durch den Ver steifungsbereich
erfolgt das Versagen des Spants unterhalb der mindestens einen Querstrebe
automatisch.
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Insbesondere
ist eine Rumpfhaut an der Gelenkbildung beteiligt. Über
die Rumpfhaut und den Spant lässt sich ein Gelenk realisieren
mit Einschwenkung des Spants in Richtung der mindestens einen Querstrebe,
wobei Energie in dem Energieabsorptionsbereich absorbierbar ist.
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Es
ist ferner günstig, wenn die jeweilige Strebeneinrichtung
an dem Energieabsorptionsbereich eine Triggereinrichtung für
den Schadensfall aufweist, welche eine Stauchung oder einen Bruch
der Strebeneinrichtung an dem Energieabsorptionsbereich triggert.
Dies ermöglicht ein Einschwenken des Spants am Energieabsorptionsbereich
in Richtung der mindestens einen Querstrebe zu. Die Triggereinrichtung
ist beispielsweise durch eine Sollbruchstelle gebildet. Die Triggereinrichtung
ist dabei unterhalb einer Verbindungsstelle der mindestens einen
Querstrebe mit der jeweiligen Strebeneinrichtung angeordnet. Die
Triggereinrichtung lässt sich auf einfache Weise realisieren.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel liegt die mindestens eine Querstrebe
zu der jeweiligen Strebeneinrichtung bezogen auf den Versteifungsbereich
in einem spitzen Winkel. Dadurch lässt sich ein großer Anteil
von Impulsen, welche auf die erste Strebeneinrichtung wirken, in
die mindestens eine Querstrebe ableiten. Dadurch wiederum wird beispielsweise
eine Sitzschiene, welche an der Bodenträgereinrichtung angeordnet
ist, weniger belastet und damit werden Passagiere weniger belastet.
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Es
ist grundsätzlich auch möglich, dass die mindestens
eine Querstrebe der jeweiligen Strebeneinrichtung bezogen auf den
Versteifungsbereich in einem Winkel größer 90° liegt.
Dies kann vorteilhaft sein, um ein automatisches Spantversagen unterhalb der
mindestens einen Querstrebe zu initiieren. Die Anordnung der Querstrebe
hängt ab von der Auslegung des Rumpfs.
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Bei
einer Ausführungsform ist mindestens eine Diagonalstrebe
zwischen der Bodenträgereinrichtung und dem Spant vorgesehen,
wobei die mindestens eine Diagonalstrebe am dreieckförmigen
Bereich angeordnet ist. Dadurch wird der Versteifungsbereich zusätzlich
versteift. Es entsteht ein Steifigkeitssprung, welcher vergrößert
wird, wobei dieser Steifigkeitssprung zu einem kontrollierten, automatischen
Versagen des Spants unterhalb der mindestens einen Querstrebe führt.
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Insbesondere
ist dann die mindestens eine Diagonalstrebe im Bereich einer Verbindungsstelle der
jeweiligen Strebeneinrichtung mit der Bodenträgereinrichtung
mit der Bodenträgereinrichtung verbunden. Dadurch lässt
sich der Steifigkeitssprung erhöhen.
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Aus
dem gleichen Grund ist es vorteilhaft, wenn die mindestens eine
Diagonalstrebe im Bereich einer Verbindungsstelle der mindestens
einen Querstrebe in dem Spant mit dem Spant verbunden ist.
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Die
nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung
der Erfindung.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Schnittdarstellung eines Rumpfs eines Flugkörpers,
wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist mit unterschiedlichen Crashzonen;
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2 eine
perspektivische Teilansicht des Rumpfs gemäß 1;
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3 eine
schematische Teildarstellung eines Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Rumpfs (Darstellung des ”Bermuda-Dreiecks”);
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4 schematisch
die Bewegungsformen bei dem Rumpf gemäß 3 beim
Crashfall;
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5 die
Verhältnisse im Crashfall bei einem weiteren Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Rumpfs;
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6 die
Verhältnisse im Crashfall bei einem weiteren Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Rumpfs;
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7 die
Hebelverhältnisse am Bermuda-Dreieck bei dem Rumpf gemäß 3;
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8 ein
weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Rumpfs in Teildarstellung (am Bermuda-Dreieck);
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9 den
Kräfteverlauf im Crashfall bei dem Rumpf gemäß 3;
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10 ein
weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Rumpfs in Teildarstellung;
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11 schematisch
die Struktur im Crashfall an den Bermuda-Dreiecken bei der erfindungsgemäßen
Lösung in Teildarstellung;
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12 die
Rumpfstruktur im Crashfall bei der erfindungsgemäßen
Lösung; und
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13 im
Vergleich zu 12 den möglichen Schadensverlauf
im Crashfall ohne Umsetzung der erfindungsgemäßen
Lösung.
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Ein
Ausführungsbeispiel eines Flugkörpers umfasst
einen Rumpf 10 (1, 2). An dem Rumpf 10 sind
Flügel, Heckflosse und dergleichen angeordnet.
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Der
Rumpf 10 umfasst eine Mehrzahl von Spanten 12,
welche parallel beabstandet hintereinander angeordnet sind. Die
Spanten 12 sind geschlossen ausgebildet. Sie sind zum Außenraum
hin konvex gekrümmt.
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Die
Spante 12 sind beispielsweise aus einem faserverstärkten
Material und insbesondere aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial
(Faserverbundwerkstoff) hergestellt.
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Die
Spante 12 sind durch eine Rumpfhaut 14 beplankt.
Die Rumpfhaut 14 ist beispielsweise aus einem metallischen
Material hergestellt. Entsprechende Elemente (”Planken”)
der Rumpfhaut 14 sind an den Spanten 12 fixiert.
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Bei
dem in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel
weist der Rumpf 10 einen ersten Innenraum 16 und
einen zweiten Innenraum 18 auf. Die beiden Innenräume 16 und 18 sind
durch einen Boden 20 getrennt. Der erste Innenraum 16 ist beispielsweise
ein Passagierraum, in welchem in einer oder mehreren Reihen Sitze 21 angeordnet
sind. Ferner sind in dem ersten Innenraum 16 oberhalb der Sitze 21 Ablagen 22 (”Hutablagen”)
angeordnet.
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Der
zweite Innenraum 18 ist beispielsweise mindestens teilweise
ein Laderaum.
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Zwischen
gegenüberliegenden Seiten 24a, 24b eines
jeweiligen Spants 12 ist eine Bodenträgereinrichtung 26 angeordnet.
Diese Bodenträgereinrichtung 26 umfasst pro Spant 12 einen
oder mehrere Bodenträger 28, welche an der Seite 24a über
eine erste Verbindungsstelle 30a mit dem Spant 12 verbunden
sind und an der Seite 24b über eine zweite Verbindungsstelle 30b mit
dem jeweiligen Spant 12 verbunden sind. Die Bodenträger 28 bilden
Streben, welche den Boden 20 halten. Die Bodenträgereinrichtung 26,
welche dem jeweiligen Spant 12 zugeordnet ist, ist an dem
Spant 12 direkt oder indirekt (mit einem oder mehreren
Zwischenelementen) fixiert.
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In
einer normalen Stellung des Flugkörpers, d. h. beim Geradeausflug
oder wenn der Flugkörper eben auf einem Untergrund aufsteht,
ist die Bodenträgereinrichtung 26 horizontal orientiert.
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Die
Bodenträgereinrichtung 26 stützt sich über
eine erste Strebeneinrichtung 32 und eine zweite Strebeneinrichtung 34 an
dem jeweiligen Spant 12 ab. Die erste Strebeneinrichtung 32 und
die zweite Strebeneinrichtung 34 sind dabei jeweils über
eine erste Verbindungsstelle 36 mit der Bodenträgereinrichtung 26 verbunden
und über eine zweite Verbindungsstelle 38 mit
dem Spant verbunden.
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Die
erste Strebeneinrichtung 32 und die zweite Strebeneinrichtung 34 sind
quer und insbesondere senkrecht zu der Bodenträgereinrichtung 26 orientiert.
Ferner sind die erste Strebeneinrichtung 32 und die zweite
Strebeneinrichtung 34 mindestens näherungsweise
parallel zueinander ausgerichtet.
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Bei
einer Geradeausflugrichtung des Flugkörpers sind die erste
Strebeneinrichtung 32 und die zweite Strebeneinrichtung 34 insbesondere
vertikal ausgerichtet, d. h. parallel zur Schwerkraftrichtung ausgerichtet.
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Die
erste Strebeneinrichtung 32 und die zweite Strebeneinrichtung 34 sind
beispielsweise durch eine einzige Strebe gebildet oder durch ein
Paket von nebeneinander angeordneten Streben gebildet.
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Die
erste Strebeneinrichtung 32 ist der Seite 24a des
Spants 12 zugeordnet. Die zweite Strebeneinrichtung 34 ist
der Seite 24b des Spants 12 zugeordnet. Die erste
Strebeneinrichtung 32 und die zweite Strebeneinrichtung 34 sind
beabstandet zueinander und dabei beabstandet zu einer Mittelebene 40 des
Rumpfs 10. Die erste Strebeneinrichtung 32 und die
zweite Strebeneinrichtung 34 sind dabei insbesondere (spiegel)symmetrisch
zu der Mittelebene 40 angeordnet. (Die Mittelebene 40 liegt
parallel zur Schwerkraftrichtung bei einer Geradeausflugrichtung des
Flugkörpers.)
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Die
erste Strebeneinrichtung
32 und die zweite Strebeneinrichtung
34 liegen
an gegenüberliegenden Seiten des Rumpfs
10. Die
erste Strebeneinrichtung
32, der Spant
12 und
die Bodenträgereinrichtung
26 schließen
dabei einen dreieckförmigen Bereich
42a ein, welcher
auch als Bermuda-Dreieck bezeich net wird (siehe beispielsweise die
DE 10 2006 019 123
A1 ). Entsprechend schließen die zweite Strebeneinrichtung
34,
der Spant
12 und die Bodenträgereinrichtung
26 einen
dreieckförmigen Bereich
42b ein.
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Unterhalb
der Bodenträgereinrichtung 26, welche den Boden 20 für
den ersten Innenraum 16 hält, ist eine weitere
(untere) Bodenträgereinrichtung 44 angeordnet,
welche einen Boden 46 des zweiten Innenraums 18 hält.
Dieser Boden 46 ist insbesondere ein Frachtraumboden. Die
weitere Bodenträgereinrichtung 44 umfasst dabei
insbesondere einen Bodenträger, welcher mit dem Spant 12 an
gegenüberliegenden Seiten verbunden ist. Dieser Bodenträger wird
auch als unterer Frachtbodenträger bezeichnet.
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Die
weitere Bodenträgereinrichtung 44 kann an dem
Spant 12 nach unten über weitere Streben 48 abgestützt
sein.
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Es
ist grundsätzlich möglich, dass die Bodenträgereinrichtung 26 und/oder
die erste Strebeneinrichtung 32 und die zweite Strebeneinrichtung 34 aus
einem faserverstärkten Material hergestellt sind.
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Die
Streben 48 bilden eine Boden-Unterstruktur. Bei einem Crash
des Rumpfs 10 wirken Kräfte von unten auf den
Rumpf 10. Die Unterstruktur des Bodens 46 wird
als Crashzone I bezeichnet. Bei einem typischen Crashfall wird diese
Unterstruktur als erstes zerstört.
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Der
Bereich zwischen der Crashzone I und den dreieckförmigen
Bereichen 42a, 42b wird als Crashzone II bezeichnet.
Diese Crashzone II liegt am jeweiligen Spant 12. Nach dem
Zerstören der Unterstruktur der Crashzone I wird durch
Schädigung bzw. durch Plastifizierung eines Spants 12 in
der Crashzone II (zwischen der Anbindung der weiteren Bodenträgereinrichtung 44 an
den Spant 12 und den Verbindungsstellen 38 der
Strebeneinrichtungen 32 und 34 an den Spant 12)
weitere Energie absorbiert. Die dreieckförmigen Bereiche 42a, 42b werden
auch als Crashzone III bezeichnet. Diese Crashzone III ist die letzte
Crashzone vor dem ersten Innenraum 16, welcher insbesondere
ein Passagierbereich ist. Die Crashzone III liegt direkt unterhalb
der Bodenträgereinrichtung 26 für den
Boden 20 des ersten Innenraums 16.
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Im
Crashfall tritt das grundsätzliche Problem auf, dass die
Integrität der dreieckförmigen Bereiche 42a und 42b (Bermuda-Dreiecke)
gefährdet ist.
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Bei
der erfindungsgemäßen Lösung werden die
dreieckförmigen Bereiche 42a, 42b modifiziert.
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Bei
einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Rumpfs, welcher in 3 in einer Teildarstellung gezeigt
ist, sind gleiche Elemente wie bei dem Rumpf 10 mit gleichen
Bezugszeichen bezeichnet. Mit der ersten Strebeneinrichtung 32 und der
zweiten Strebeneinrichtung 34 (in 3 ist nur die
zweite Strebeneinrichtung 34 gezeigt) ist jeweils (mindestens)
eine Querstrebe 50 an einer ersten Verbindungsstelle 52 verbunden.
Die erste Verbindungsstelle 52 liegt zwischen der ersten
Verbindungsstelle 36 der Verbindung der zweiten Strebeneinrichtung 34 mit
der Bodenträgereinrichtung 26 und der zweiten Verbindungsstelle 38 der
zweiten Strebeneinrichtung 34 mit dem Spant 12.
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Die
Querstrebe 50 ist ferner mit dem Spant 12 über
eine zweite Verbindungsstelle 54 verbunden. Diese zweite
Verbindungsstelle 54 liegt zwischen der Verbindungsstelle 30b der
Bodenträgereinrichtung 26 mit dem Spant 12 und
der zweiten Verbindungsstelle 38 der zweiten Strebeneinrichtung 34 mit
dem Spant 12.
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Durch
die Querstrebe 50 wird der dreieckförmige Bereiche 42b (das
Bermuda-Dreieck) in eine erste Zone, den Versteifungsbereich 56,
und eine zweite Zone, den Energieabsorptionsbereich 58,
aufgeteilt. Der Versteifungsbereich 56 liegt oberhalb der Querstrebe 50 der
Bodenträgereinrichtung 26 zugewandt. Der Versteifungsbereich 56 ist
begrenzt durch die Bodenträgereinrichtung 26 zwischen
den Verbindungsstellen 36 und 30b, dem Spant 12 zwischen den
Verbindungsstellen 30b und 54, der Querstrebe 50,
und der zweiten Strebeneinrichtung 34 zwischen den Verbindungsstellen 36 und 52.
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Der
Energieabsorptionsbereich 58 liegt unterhalb der Querstrebe 50 und
ist begrenzt durch die zweite Strebeneinrichtung 34 zwischen
den Verbindungsstellen 52 und 38, den Spant 12 zwischen
den Verbindungsstellen 38 und 54, und der Querstrebe 50.
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In
dem Versteifungsbereich 56 können zwischen den
oben genannten Elementen, welche den Versteifungsbereich 56 bilden,
eine oder mehrere Leitungen 60 angeordnet sein. Bei den
Leitungen 60 kann es sich beispielsweise um Klimaleitungen
oder um Treibstoffleitungen handeln. Vorzugsweise sind dann die
Leitung oder Leitungen 60 beabstandet zu der Querstrebe 50 angeordnet
und beispielsweise direkt unterhalb der Bodenträgereinrichtung 26 angeordnet.
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Die
zweite Strebeneinrichtung 34 (und entsprechend die erste
Strebeneinrichtung 32) weist eine Triggereinrichtung 62 für
den Schadensfall auf, wobei diese Triggereinrichtung 62 unterhalb
der Querstrebe 50, d. h. zwischen den Verbindungsstellen 52 und 38 angeordnet
ist. Die Triggereinrichtung 62 ermöglicht eine
Stauchung oder einen Bruch in diesem Bereich der zweiten Strebeneinrichtung 34, um
so eine Energieabsorption im Energieabsorptionsbereich 58 zu
ermöglichen. Die Triggereinrichtung 62 ist an
der zweiten Strebeneinrichtung 34 am Energieabsorptionsbereich 58 durch
eine entsprechende Ausbildung der zweiten Strebeneinrichtung 34 realisiert,
beispielsweise durch einen Stauchungsbereich oder eine Materialabschwächung.
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Dem
Energieabsorptionsbereich 58 ist eine Energie absorbierende
Struktur zugeordnet. Bei einem Ausführungsbeispiel (5)
ist in dem Energieabsorptionsbereich 58 zwischen der Querstrebe 50, dem
Spant 12 und der zweiten Strebeneinrichtung 34 eine
Energie absorbierende Struktur 64 angeordnet, welche bei
entsprechender Kraftbeaufschlagung Energie absorbieren kann. Diese
Energie absorbierende Struktur 64 ist beispielsweise in
der Art einer Wellholmstruktur ausgebildet, welche bei Kraftbeaufschlagung
insbesondere über den Spant 12 (mit Abstützung
an der Querstrebe 50) plastisch verformt wird und/oder
geschädigt wird.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel (6) ist eine
Energie absorbierende Struktur 66 in die zweite Strebeneinrichtung 34 unterhalb
der Querstrebe 50 integriert. Bei entsprechender Kraftbeaufschlagung
nimmt diese Energie absorbierende Struktur 66 der zweiten
Strebeneinrichtung 34 Energie auf. Beispielsweise ist die
Energie absorbierende Struktur 66 als Stauchungsbereich 68 ausgebildet.
Die zweite Strebeneinrichtung 34 lässt sich in
dem Stauchungsbereich 68 stauchen. Dadurch wird durch Plastifizierung
und/oder Schädigung Energie absorbiert.
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Das
Vorsehen von Energie absorbierenden Strukturen in dem Energieabsorptionsbereich 58 zwischen
der Querstrebe 50, dem Spant 12 und der zweiten
Strebeneinrichtung 34 und das Vorsehen einer Energie absorbierenden
Struktur 66 direkt durch Ausbildung an der zweiten Strebeneinrichtung 34 lässt
sich auch kombinieren.
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Das
Funktionieren der erfindungsgemäßen Lösung
der Ausgestaltung des Bermuda-Dreiecks 42a bzw. 42b wird
anhand der 3 bis 7 erläutert.
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Im
Crashfall (Schadensfall) erfährt der Rumpf 10 von
unten her einen Impuls. Dieser wirkt auf den Spant 12 und
wird in die Strebeneinrichtung 32 und 34 eingeleitet.
Die entsprechende eingeleitete Kraft ist in 4 schematisch
mit dem Pfeil mit dem Bezugszeichen 70 angedeutet. Bei
der Krafteinleitung in die zweite Strebeneinrichtung 34 (und
entsprechend in die erste Strebeneinrichtung 32) erfolgt zunächst
eine Schadensinitiierung an der entsprechenden Strebeneinrichtung 34.
Der Schaden wird durch die Triggereinrichtung 62 initiiert.
Es erfolgt ein Bruch oder eine Stauchung. Der Spant 12 erfährt
im Crashfall eine Kraft. Es erfolgt die Ausbildung eines Gelenks 72 im
Bereich des Spants 12 unterhalb der Querstrebe 50.
Das Gelenk 72 kann dabei direkt an dem Spant 12 ausgebildet
sein oder mittels der Rumpfhaut 14 ausgebildet sein. Die
Gelenkausbildung liegt unterhalb des Versteifungsbereichs 56 aufgrund
der versteifenden Wirkung der Querstrebe 50 (siehe unten).
Selbst beim Versagen des Spants 12 erfolgt die (automatische)
Ausbildung eines Gelenks 72, da die Rumpfhaut 14 das
strukturell integrierende Element ist.
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Im
weiteren Crashverlauf dreht sich der Spant 12 unterhalb
des Gelenks 72 in Richtung der Querstrebe 50.
Dies ist in 4 durch den Pfeil 74 angedeutet.
Die Energie absorbierende Struktur 64 und/oder 66 (5, 6)
nimmt dabei Energie auf und diese Energie wird zu einem erheblichen
Anteil absorbiert.
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Die
zweite Strebeneinrichtung 34 zwischen den Verbindungsstellen 36 und 52,
die Querstrebe 50, der Spant 12 zwischen den Verbindungsstellen 54 und 30b und
die Bodenträgereinrichtung 26 zwischen den Verbindungsstellen 36 und 30b bilden
an dem Bermuda-Dreieck 42b eine versteifende Rahmenstruktur,
welche die Energieabsorption in dem Energieabsorptionsbereich 58 ermöglicht.
Das Versagen des Spants 12 mit Ausbildung des Gelenks 72 unterhalb
des Versteifungsbereichs 56 wird durch die geometrischen
Verhältnisse an dem Bermuda-Dreieck 42b ermöglicht
(7).
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Der
Spant 12 ist nach außen konvex gekrümmt.
In einer Richtung 76 parallel zu der Bodenträgereinrichtung 26 (senkrecht
zur Mittelebene 40) liegt zwischen der Verbindungsstelle 38 und
der Verbindungsstelle 54 ein Abstand X1 vor.
In der gleichen Richtung ist der Abstand zwischen der Verbindungsstelle 54 und
der Verbindungsstelle 30b X2. Aufgrund der
Krümmung des Spants 12 am Bermuda-Dreieck 42b ist
der Abstand X2 kleiner und insbesondere
sehr viel kleiner als der Abstand X1. Dies
bedeutet, dass der Hebelarm einer Crashlast oberhalb der Querstrebe 50,
welcher bestimmt ist durch den Abstand X1 + X2, nur gering zunimmt. Dadurch ist das Biegemoment
am Spant 12 an der Querstrebe 50, d. h. im Bereich
der Verbindungsstelle 54, nur wenig geringer als an der
Anbindung des Spants 12 an die Bodenträgereinrichtung 26,
d. h. im Bereich der Verbindungsstelle 30b. Der Hebelarm
für das Einschwenken des Spants 12 unterhalb der
Querstrebe 50 (bestimmt durch X1) ist
sehr viel größer, so dass sich für die
Gelenkausbildung des Gelenks 72 eine Art von Sollbruchstelle
im Crashfall einstellt. Diese Sollbruchstelle muss dabei nicht durch
entsprechende Materialausbildung oder dergleichen des Spants 12 realisiert werden,
sondern sie ergibt sich automatisch durch die geometrischen Verhältnisse.
Es kann aber auch gezielt konstruktiv eine Sollgelenkstelle ausgebildet sein.
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Die
Querstrebe 50 bildet an dem Versteifungsbereich 56 eine
Versteifung aus, die grundsätzlich ausreicht, im Crashfall
das Spantversagen unterhalb der Querstrebe 50 zu erreichen.
Durch die (mindestens eine) Querstrebe 50 wird also im
Crashfall das sich selbst bildende Spantversagen vom Punkt der höchsten
Momentenbelastung im Bereich der Verbindungsstelle 30b auf
einen Bereich unterhalb der Verbindungsstelle 54 verschoben
mit dem Ergebnis der Ausbildung des Gelenks 72. Dies wiederum ermöglicht
es, den Energieabsorptionsbereich 58 effektiv zu nutzen.
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Die
Querstrebe 50 an dem dreieckförmigen Bereich 42b bzw. 42a bewirkt
einen Steifigkeitssprung, welcher im Crashfall (Aufprallen des Rumpfs 10 auf
eine Unterlage) einen definierten Bereich für das Versagen
eines Spants 12 einstellt, nämlich unterhalb der
Querstrebe 50.
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Das
Bermuda-Dreieck kann bei der erfindungsgemäßen
Lösung angepasst an die Auslegung der Struktur des Rumpfes 10 ausgestaltet
werden.
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Bei
einer Ausführungsform, welche in einer Teildarstellung
in 8 schematisch gezeigt ist, ist (mindestens) eine
Diagonalstrebe 78 vorgesehen, welche innerhalb des Versteifungsbereichs 56 angeordnet
ist und zwischen der Verbindungsstelle 36 und der Verbindungsstelle 54 liegt.
Diese Diagonalstrebe 78 sorgt für eine weitere
Versteifung des Versteifungsbereichs 56. Durch die Diagonalstrebe 78 wird der
Steifigkeitssprung weiter erhöht, welcher im Crashfall
zu einem automatischen Versagen des Spants unterhalb der Querstrebe 50 mit
Ausbildung des Gelenks 72 führt.
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Durch
die Anordnung der Querstrebe 50 kann der Kräfteverlauf
eingestellt werden. Bei einem Ausführungsbeispiel gemäß 9 (welches
dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 entspricht)
ist die Querstrebe 50 in einem spitzen Winkel α zu
der zweiten Strebeneinrichtung 34 angeordnet, wobei dieser spitze
Winkel α auf den Versteifungsbereich 56 bezogen
ist. Durch die Wahl des Winkels α kann Einfluss genommen
werden auf den Impulsverlauf an der zweiten Strebeneinrichtung 34.
Je kleiner der Winkel α ist, wenn dieser spitz ist, desto
größer ist der Anteil des Impulses, welcher in
die Querstrebe 50 eingeleitet wird. Dies ist schematisch
in 9 gezeigt: Über den unteren Teil der
zweiten Strebeneinrichtung 34 wird in diese ein Impuls 80 eingeleitet.
Dieser wird aufgeteilt in Impulse 80' und 80''.
Je kleiner der Winkel α, desto größer
ist der Anteil des Impulses 80''.
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Es
ist dadurch möglich, durch Wahl eines kleinen Winkels α den
Impuls 80' zu reduzieren, welcher über die zweite
Strebeneinrichtung 34 an die Bodenträgereinrichtung 26 und
dadurch beispielsweise an Sitzschienen 82 im ersten Innenraum 16 eingeleitet
wird. Dadurch wiederum lassen sich Beschleunigungslasten für
Passagiere verringern.
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Die
gezielte Beeinflussung der Impulsaufteilung über die Anordnung
der Querstrebe 50 über den Winkel α steht
dabei in Relation zu dem maximalen Drehwinkel des unteren Teils
des Spants 12 bei Einschwenken an dem Gelenk 72.
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Es
ist auch möglich, wie in 10 schematisch
gezeigt, dass eine Querstrebe 84 in einem Winkel α größer
90° zu der zweiten Strebeneinrichtung 34 angeordnet
ist. Eine solche Ausführungsform kann in Abhängigkeit
von der Auslegung der Struktur des Rumpfs 10 vorteilhaft
sein für die Initiierung des automatischen Spantversagens
unterhalb der Querstrebe 84 (in einem Bereich 86 mit
entsprechender Gelenkausbildung).
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In 11 ist
schematisch der Rumpf 10 mit Umsetzung der erfindungsgemäßen
Lösung in einer Teildarstellung im Crashfall gezeigt. Die
Ver steifungsbereiche 56 beidseitig am Spant 12 stabilisieren
beim Crashfall den ersten Innenraum 16 (mit einer Passagierzelle)
und reduzieren damit das Risiko des Versagens von Spanten 12 direkt
unterhalb des ersten Innenraums 16. Die versteifende Rahmenstruktur
des Versteifungsbereichs 56 beidseitig eines jeweiligen
Spants 12 stabilisiert damit den ersten Innenraum 16.
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In 12 ist
die Gesamtsituation bei der erfindungsgemäßen
Lösung nochmals dargestellt. Im Crashfall erfolgt eine
Versteifung an den dreieckförmigen Bereichen 42a, 42b durch
die Versteifungsbereiche 56 und es erfolgt eine kontrollierte,
gewissermaßen voreingestellte, Energieabsorption in den
Energieabsorptionsbereichen 58.
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Im
Vergleich dazu ist in 13 ein möglicher Schadensfall
dargestellt ohne Umsetzung der erfindungsgemäßen
Lösung mit mindestens einer Querstrebe 50 an den
dreieckförmigen Bereichen 42a, 42b. Im
Crashfall kann hier ein Spant beispielsweise auch im Bereich des
ersten Innenraums 16 versagen, da die Bermuda-Dreiecke
nicht versteift sind.
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Bei
der erfindungsgemäßen Lösung ist die Gefährdung
des ersten Innenraums 16 im Crashfall, wobei der erste
Innenraum 16 insbesondere eine Passagierzelle ist, erheblich
geringer als wenn keine Querstrebe 50 an dem jeweiligen
Bermuda-Dreieck 42a, 42b vorgesehen ist.
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Bei
der erfindungsgemäßen Lösung mit mindestens
einer Querstrebe 50 am Bermuda-Dreieck 42a, 42b lässt
sich im Crashfall ein kontrolliertes Versagen von Spanten 12 einstellen.
Die erfindungsgemäße Lösung lässt
sich dabei auf vorteilhafte Weise für Strukturen in Faserverbundwerkstoff-Bauweise verwenden.
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Die
mindestens eine Querstrebe 50 an den dreieckförmigen
Bereichen 42a, 42b ist ein zusätzliches
strukturelles Element, welches einen Versteifungsbereich 56 ausbildet.
Eine Querstrebe 50 lässt sich so ausgestalten
und ein bauen, dass ein Optimum erreicht wird zwischen einem geforderten
Crashweg im dreieckförmigen Bereich 42a, 42b und
dem notwendigen Bauraum.
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Es
lassen sich einfache Triggereinrichtungen 62 an den Strebeneinrichtungen 32 und 34 verwenden.
Die Energie absorbierenden Strukturen 64 bzw. 66 lassen
sich auf einfache Weise realisieren.
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Es
wird eine kontrollierte Crashkinematik am Bermuda-Dreieck 42a, 42b eingestellt.
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Eine
freie Knicklänge der Strebeneinrichtungen 32 und 34 lässt
sich reduzieren.
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Durch
die mindestens eine Querstrebe 50 ist die Crashkinematik
derart eingestellt, dass ein Steifigkeitssprung an dem Versteifungsbereich 56 eintritt, welcher
automatisch ein Spantversagen unterhalb der mindestens einen Querstrebe 50 unter
Gelenkausbildung (Gelenk 72) verursacht.
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Bei
der erfindungsgemäßen Lösung wird das Aufbrechen
des gesamten dreieckförmigen Bereichs 42a, 42b verhindert.
Auch bei einseitiger Schadensinitiierung, beispielsweise im Fall
eines Crashs mit Rollwinkel, entsteht keine unkontrollierte Crashkinematik,
da nur ein kleiner Bereich des dreieckförmigen Bereichs 42a bzw. 42b einbricht.
Darüber hinaus kann durch eine Triggereinrichtung 62 ein
zuverlässiges Funktionsprinzip auch unter Crashfällen
außerhalb des Auslegungszustands erreicht werden, d. h. man
erhält eine hohe Systemrobustheit.
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Passagiere
in dem ersten Innenraum 16 werden besser geschützt,
da der hochbelastete Bereich der Anbindung an die Bodenträgereinrichtung 26 versteift
wird. Das Risiko eines Spantversagens am ersten Innenraum 16 wird
reduziert. Dadurch wird die Gefahr einer massiven Einwirkung auf
den Überlebensraum am ersten Innenraum 16 im Crashfall
reduziert.
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Durch
entsprechende Anordnung (und Ausbildung) einer Querstrebe 50 können
Beschleunigungslasten auf Sitzschienen 82 im ersten Innenraum 16 gezielt
reduziert werden. Dadurch ergeben sich im Crashfall reduzierte Crashlasten
für Passagiere.
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Durch
die mindestens eine Querstrebe 50 lässt sich die
Länge der jeweiligen ersten Strebeneinrichtung 32 und 34 reduzieren
und dadurch lässt sich das Knickversagen reduzieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102007030026
A1 [0002]
- - DE 102006019123 A1 [0003, 0058]