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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stabilisierungseinrichtung für ein Fahrzeug und/oder eine Fahrzeugnutzlast. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Stabilisierung eines Fahrzeugs und/oder einer Fahrzeugnutzlast beim Einwirken einer Explosion
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Derartige Fahrzeuge bzw. Verfahren zur Stabilisierung eines Fahrzeugs und/oder einer Fahrzeugnutzlast kommen insbesondere zum Schutz von gepanzerten Fahrzeugen zum Einsatz, die Explosionen bzw. Detonationen, z. B. beim Einsatz in verminten Gebieten, ausgesetzt sind. Eine in der Fahrzeugumgebung ausgelöste Explosion, beispielsweise beim Überfahren einer Landmine, führt in der Regel dazu, dass das Fahrzeug unter der Explosionseinwirkung vom Untergrund abhebt. Sowohl in der Abhebephase als auch in der sich anschließenden Aufsetzphase ist die Besatzung des Fahrzeugs hohen Beschleunigungen ausgesetzt, die aufgrund der daraus resultierenden Krafteinwirkungen zu schweren Verletzungen der Besatzung des Fahrzeugs führen können mit u. U. letalen Auswirkungen.
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Aus dem Dokument
DE 10 2010 008 828 A1 geht ein Schutzsystem für ein Fahrzeug hervor, bei dem Raketen am Fahrzeug angeordnet sind, um einem Abheben des Fahrzeugs beim Auslösen einer Landmine entgegenzuwirken.
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Dokument
DE 43 04 231 A1 zeigt ein Verfahren sowie einen Bausatz zur rückstoßarmen Betätigung von Feuerwaffen. Eine Ausgleichsmasse in einem zweigeteilten Lauf durch Zündung einer zweikammerigen Patronenhülse in Gegenrichtung eines Projektils rückwärts synchron geschleudert, um den Rückschlag der Feuerwaffe zu reduzieren.
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Eine Vorrichtung und ein Verfahren zu Reduktion von Krafteinwirkungen auf die Fahrzeugbesatzung ist beispielsweise aus dem Dokument
WO 2010/067093 A1 bekannt, das ein Fahrzeugstabilisierungssystem offenbart, bei dem mittels eines Drucksensors die Druckwelle einer Explosion detektiert wird. Sofern mittels des Drucksensors eine Explosion detektiert worden ist, werden Feststoffraketenmotoren gezündet, um eine in Richtung des Untergrunds gerichtete Kraft auf das Fahrzeug auszuüben und das Fahrzeug auf diese Weise zu stabilisieren. Aufgrund der Schubcharakteristik der Feststoffraktenmotoren kann ein Abheben des Fahrzeugs vom Untergrund jedoch nicht zuverlässig verhindert werden. Während die durch die Explosion hervorgerufene Krafteinwirkung auf das Fahrzeug impulsartig, d. h. innerhalb weniger Millisekunden und mit hoher Anfangsamplitude, einwirkt, setzt die Schubentwicklung der Feststoffraketenmotoren bis zum Aufbau des endgültigen Brennstoffkammerdrucks zeitverzögert ein. Des Weiteren wird das Fahrzeug während der sich anschließenden Abwärtsbewegung in Richtung Untergrund durch den von den Feststoffraktenmotoren erzeugten Schub noch zusätzlich beschleunigt und die Aufschlaggeschwindigkeit in der Konsequenz sogar noch mehr erhöht.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stabilisierungseinrichtung für ein Fahrzeug und/oder eine Fahrzeugnutzlast vorzuschlagen, das die auf Personen innerhalb des Fahrzeugs bzw. innerhalb der Fahrzeugnutzlast einwirkenden Kräfte im Falle einer in der Umgebung des Fahrzeugs bzw. der Fahrzeugnutzlast ausgelösten Explosion auf ein Minimum reduziert. Des Weiteren besteht die Aufgabe darin, ein entsprechendes Verfahren vorzuschlagen.
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Die Aufgabe wird durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs gelöst. Mit anderen Worten wird die diskrete Ausstoßmasse durch die Druckwirkung der Abgase, die das Treibmittel bei der Aktivierung des Triebwerks durch die Steuereinrichtung entwickelt, und der daraus resultierenden Kraft beschleunigt. Die dabei entstehende Gegenkraft wirkt auf das Triebwerk und darüber auch auf das Fahrzeug und/oder die Fahrzeugnutzlast. Dies bietet den Vorteil, dass unmittelbar mit der Aktivierung des Triebwerks die diskrete Ausstoßmasse mittels des Treibmittels beschleunigt und so im Wesentlichen unverzüglich eine entsprechende Gegenkraft als Stabilisierungskraft auf das Fahrzeug bzw. auf die Fahrzeugnutzlast ausgeübt wird. Der auf diese Weise ausgeübte zeitliche Verlauf der Stabilisierungskraft entspricht einem impulsartigen Anstieg quasi zeitgleich mit der Aktivierung des Triebwerks, der während des Beschleunigungsvorgangs der diskreten Ausstoßmasse anhält. Der zeitliche Verlauf der Stabilisierungskraft korrespondiert daher mit dem zeitlichen Verlauf der durch die Explosion hervorgerufenen Krafteinwirkung auf das Fahrzeug bzw. auf die Fahrzeugnutzlast, so dass die Stabilisierungskraft die explosionsbedingte Krafteinwirkung kompensiert und einem Abheben bzw. Umkippen des Fahrzeugs und/oder der Fahrzeugnutzlast entgegenwirkt. Vorzugsweise ist das Triebwerk derart eingerichtet und ausgebildet, dass der Betrag der Stabilisierungskraft denjenigen der auf das Fahrzeug bzw. der auf die Fahrzeugnutzlast durch die Explosion einwirkenden Kraft übersteigt und so das Fahrzeug und/oder die Fahrzeugnutzlast in jedem Fall sicher auf dem Untergrund gehalten wird.
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Vorteilhafter Weise ist die diskrete Ausstoßmasse ein schüttgutförmiger Festkörper, ein Vollkörper oder ein Fluid ist. Ein schüttgutförmiger Körper, wie beispielsweise Sand, Metallgranulate oder weitere granulare Stoffe oder Stoffgemische mit hohem spezifischem Eigengewicht, zerfällt ebenso wie ein Fluid nach dem Verlassen des Aufnahmeelements bzw. des Gehäuseelements und während des Bewegungsvorgangs in der Fahrzeugumgebung aufgrund des entgegenwirkenden Luftwiderstands in eine Vielzahl einzelner Partikel, die über ein größeres Gebiet verstreut werden, so dass mögliche Gefährdungen durch die Ausstoßmasse in der Umgebung des Fahrzeugs und darüber hinaus auf ein Minimum reduziert werden.
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Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Triebwerk ein Gehäuseelement mit einer Austrittsöffnung für die diskrete Ausstoßmasse umfasst. Mittels des Gehäuseelements wird die diskrete Ausstoßmasse beim Aktivieren des Triebwerks seitlich geführt und damit die Bewegungsrichtung der diskreten Ausstoßmasse exakt vorgegeben. Weiterhin sind das Treibmittel und die Ausstoßmasse so geschützt vor äußeren Einflüssen in dem Gehäuseelement angeordnet.
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Eine weitere zweckmäßige Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die diskrete Ausstoßmasse eine zum zeitverzögerten Zerlegen der diskreten Ausstoßmasse eingerichtete Zerlegungsladung mit einer Verzögerungseinheit umfasst.
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Mittels der Zerlegungsladung und der Verzögerungseinheit wird die diskrete Ausstoßmasse zeitverzögert nach dem Aktivieren des Triebwerks auseinandergetrieben. So wird sichergestellt, dass die diskrete Ausstoßmasse nicht als kompakte Masse im Anschluss an die Triebswerksaktivierung zu Boden fällt, sondern in Form einer Vielzahl kleinerer Partikel, wodurch eine mögliche Gefährdung durch die herabfallende diskrete Ausstoßmasse bzw. durch Teile davon minimiert wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist zwischen dem Treibmittel und der diskreten Ausstoßmasse ein bewegbar ausgebildetes Trennelement angeordnet. Das Trennelement dient der räumlichen Trennung der diskreten Ausstoßmasse von dem Treibmittel. Wird beispielsweise als diskrete Ausstoßmasse ein schüttgutförmiges Medium verwendet, so dient das Trennelement ferner einer gleichmäßigen Übertragung der mittels des Treibmittels beim Aktivieren des Triebwerks freigesetzten Kräfte auf die diskrete Ausstoßmasse.
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Eine weitere zweckmäßige Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement als ein Aufnahmeelement mit einem Aufnahmeraum zur Aufnahme der diskreten Ausstoßmasse ausgebildet und eingerichtet ist, wobei das Aufnahmeelement in dem Gehäuseelement und relativ zu diesem bewegbar angeordnet ist. Anders ausgedrückt ist das Trennelement becherförmig ausgebildet. Dies ist einerseits besonders zweckmäßig bei der Verwendung eines schüttgutförmigen Mediums als diskrete Ausstoßmasse, beispielsweise beim Einsatz von Metallgranulaten, Sanden oder dergleichen sowie andererseits bei der Verwendung flüssiger diskreter Ausstoßmassen, beispielsweise Fluiden, oder Fluiden in Gelform. Beim Aktivieren des Triebwerks bzw. des Treibmittels wird das Aufnahmeelement einschließlich der darin angeordneten diskreten Ausstoßmasse beschleunigt. Das Aufnahmeelement umfasst die diskrete Ausstoßmasse dabei seitlich und zu dem Treibmittel hin, so dass einerseits eine gleichmäßige Kraftübertragung und damit eine in sich homogene Beschleunigung aller Teilmassen der diskreten Ausstoßmasse gewährleistet wird und andererseits der Reibungskoeffizient zwischen dem Aufnahmeelement und dem Gehäuseelement nur durch die Materialien des Aufnahmeelements und der Innenwand des Gehäuseelements definiert ist, also unabhängig von der Art des verwendeten Materialtyps der diskreten Ausstoßmasse ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Aufnahmeraum des Aufnahmeelements in Richtung der Austrittsöffnung sich verbreiternd eingerichtet und ausgebildet. Mit anderen Worten ist der Aufnahmeraum zu der Austrittsöffnung hin geweitet ausgebildet, beispielsweise in Form eines Kegelstumpfes. Dies bietet den Vorteil, dass die die Ausstoßmasse ungehindert und verklemmungsfrei aus- bzw. abgestoßen werden kann.
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Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenseite des Gehäuseelements und/oder an der Außenseite des Aufnahmeelements mindestens ein Führungselement zur Führung des Aufnahmeelements in dem Gehäuseelement angeordnet ist. So wird das Aufnahmeelement spiel- und verklemmungsfrei geführt und so ein andernfalls mögliches Verkanten des Aufnahmeelements in dem Gehäuseelement in jedem Fall vermieden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist im Bereich der Austrittsöffnung des Gehäuseelements ein Begrenzungsmittel zur Wegbegrenzung des Aufnahmeelements angeordnet. Dies bietet den Vorteil, dass das Aufnahmeelement zwar relativ zu dem Gehäuseelement bewegbar angeordnet ist, jedoch an einem Herausgleiten aus dem Gehäuseelement nach dem Aktivieren des Triebswerks bzw. des Treibmittels gehindert wird. Anders ausgedrückt ist das Begrenzungsmittel derart eingerichtet, dass das Aufnahmeelement mit seinem Bodenbereich unter formschlüssigem Eingriff an einem Lösen aus dem Gehäuseelement gehindert wird. Beim Aktivieren des Triebwerks bzw. des Treibmittels wird also zunächst das Aufnahmeelement einschließlich der im Aufnahmerahm befindlichen diskreten Ausstoßmasse beschleunigt, jedoch beim Erreichen einer Endposition mittels des Begrenzungsmittels angehalten, während die in dem Aufnahmeelement angeordnete diskrete Ausstoßmasse das Aufnahmeelement verlässt und in die Umgebung abgestoßen wird.
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Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Detektionseinrichtung mindestens einen Beschleunigungssensor umfasst, der zur Erfassung von explosionsbedingten Verformungen des Fahrzeugs und/oder der Fahrzeugnutzlast ausgebildet und eingerichtet ist. Die Detektionseinrichtung bedingt eine hohe Zuverlässigkeit der Explosionserkennung. So detektiert die Detektionseinrichtung nur dann eine Explosion in der Umgebung des Fahrzeugs und/oder der Fahrzeugnutzlast, wenn diese mit einer solch großen Kraft auf das Fahrzeug bzw. auf die Fahrzeugnutzlast einwirkt, dass die Struktur re- oder irreversibel verformt wird. Auf diese Weise wird eine Explosionsfehlerkennung zuverlässig vermieden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist eine Mehrzahl der Triebwerke an dem Fahrzeug und/oder der Fahrzeugnutzlast angeordnet, wobei die Steuereinrichtung zum zeitversetzten Aktivieren der Triebwerke ausgebildet und eingerichtet ist. Mittels mehrerer an dem Fahrzeug angeordneter Triebwerke ist es einerseits möglich, das Fahrzeug und/oder die Fahrzeugnutzlast optimal zu stabilisieren und andererseits die Stabilisierungskräfte beispielsweise auf die Fahrzeug- bzw. Fahrzeugnutzlasteckbereiche zu verteilen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Steuereinrichtung zum zeitversetzten Aktivieren der Triebwerke ausgebildet und eingerichtet ist. So kann der Zeitraum der Einwirkung der Stabilisierungskraft auf das Fahrzeug bzw. auf die Fahrzeugnutzlast variiert werden.
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Eine weitere zweckmäßige Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Triebwerk derart an dem Fahrzeug und/oder der Fahrzeugnutzlast angeordnet ist, dass die diskrete Ausstoßmasse zumindest im Wesentlichen in vertikaler Richtung beim Aktivieren des Triebswerks beschleunigt wird. Vorteilhafter Weise ist daher die Stabilisierungskraft zumindest im Wesentlichen vertikal, d. h. entweder vertikal bzw. um einen Winkel von bis zu ±90° gegenüber der Vertikalen geneigt, ausgerichtet. Mit anderen Worten ist das Triebwerk derart an dem Fahrzeug und/oder der Fahrzeugnutzlast angeordnet, dass die Stabilisierungskraft senkrecht zum Untergrund auf das Fahrzeug bzw. auf die Fahrzeugnutzlast einwirkt und dieses zusätzlich zu der Gewichtskraft des Fahrzeugs und/oder der Fahrzeugnutzlast auf den Untergrund drückt. Das bzw. die Triebwerke können jedoch auch geneigt angeordnet sein, so dass die Stabilisierungskraft bzw. mindestens eine der Stabilisierungskräfte eine Kraftkomponente in horizontaler Richtung umfasst bzw. umfassen. So kann das Fahrzeug und/oder die Fahrzeugnutzlast nicht nur am Abheben vom Untergrund gehindert, sondern zusätzlich ein Kippen des Fahrzeugs bzw. der Fahrzeugnutzlast, beispielsweise bei Krafteinwirkungen durch seitlich neben dem Fahrzeug bzw. der Fahrzeugnutzlast erfolgenden Explosionen, zuverlässig unterbunden werden.
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Des Weiteren wird die Aufgabe durch ein entsprechendes Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Die Vorteile des Verfahrens sind bereits zuvor im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Stabilisierungseinrichtung detailliert erläutert worden. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die entsprechenden Textstellen verwiesen.
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Weitere bevorzugte und/oder zweckmäßige Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung. Besonders bevorzugte Ausführungsformen werden anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt:
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1 eine Seitenansicht des Triebwerks im nicht aktivierten Zustand,
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2 eine Seitenansicht des Triebwerks unmittelbar nach dem Aktivieren,
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3 eine Seitenansicht des Triebwerks unmittelbar vor dem Abstoßen der diskreten Ausstoßmasse
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4 eine Seitenansicht des Triebwerks während des Abstoßvorgangs der diskreten Ausstoßmasse und
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5 eine Draufsicht mit Blickrichtung auf die Austrittsöffnung.
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Die 1 bis 4 zeigen jeweils eine Seitenansicht des Triebwerks 10 der Stabilisierungseinrichtung in unterschiedlichen Phasen, nämlich im nicht aktivierten Zustand des Triebswerks 10, unmittelbar nach dem Aktivieren, unmittelbar vor dem Abstoßen einer diskreten Ausstoßmasse 11 bzw. während des Abstoßens der diskreten Ausstoßmasse 11. Die erfindungsgemäße Stabilisierungseinrichtung kommt vorzugsweise bei gepanzerten Fahrzeugen und/oder Fahrzeugnutzlasten zum Einsatz, deren Struktur gegenüber Explosionseinwirkungen von außen geschützt ist. Das Fahrzeug und/oder die Fahrzeugnutzlast umfasst bzw. umfassen eine Stabilisierungseinrichtung, wobei die Stabilisierungseinrichtung zum Erfassen einer Explosion in der Umgebung des Fahrzeugs bzw. der Fahrzeugnutzlast eine oder mehrere zur Erfassung von Explosionen eingerichtete Detektionseinrichtung(en) umfasst. Die erfindungsgemäße Stabilisierungseinrichtung ist daher sowohl für die Stabilisierung von Fahrzeugen und/oder von Fahrzeugnutzlasten geeignet, d. h. es können damit verschiedene Fahrzeugtypen mit und ohne Fahrzeugnutzlast stabilisiert werden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht ausschließlich auf die Stabilisierung von Fahrzeugen beschränkt. Vielmehr ist die Stabilisierungseinrichtung neben der Stabilisierung von Fahrzeugnutzlasten, wie Fahrzeuganhängern, Containern, mobilen Bauwerken und dergleichen, grundsätzlich zur Stabilisierung beliebiger nicht Fahrzeug gebundener Einrichtungen, beispielsweise zur Stabilisierung von Containern, grundsätzlich geeignet.
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Die Stabilisierungseinrichtung umfasst weiter das mindestens eine Triebwerk 10. Das Triebwerk 10 ist zur Stabilisierung des Fahrzeugs und/oder der Fahrzeugnutzlast ausgebildet und eingerichtet. Ferner ist dem Triebwerk 10 eine Steuereinrichtung zugeordnet, die zur Aktivierung des mindestens einen Triebwerks 10 im Fall einer mittels der Detektionseinrichtung erfassten Explosion eingerichtet und ausgebildet ist. Die Steuereinrichtung sowie die Detektionseinrichtung sind vorzugsweise als elektronische Steuerungen ausgebildet.
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Gemäß einer bevorzugten alternativen Ausführung der Erfindung sind die Steuereinrichtung und die Detektionseinrichtung als pyrotechnische Einrichtungen ausgebildet und eingerichtet. Die Steuer- und Detektionseinrichtung sind hierbei als stoß- und/oder druckempfindliche Anzündmischung ausgebildet. Diese sind derart eingerichtet, dass beim Eintreffen von durch Explosionen bzw. Detonationen ausgelösten Druckwellen eine Zündung erfolgt und so das Triebwerk 10 mittels der Anzündmischung aktiviert wird. Weiter bevorzugt umfasst die Anzündmischung seismische Kügelchen, die ein pyrotechnisches Zünden aufgrund von Beschleunigen ermöglichen. Die vorgenannten Anzündmischungen sind vorzugsweise jeweils unmittelbar an dem jeweiligen Triebwerk 10 angeordnet, so dass die Anzündmischung jeweils mit dem Treibmittel 23 in Kontakt stehend ausgebildet ist. Alternativ ist die Detektionseinrichtung als eine Schocktube, d. h. als eine auf Druckstöße reagierende Ladung ausgebildet, die mittel der als pyrotechnische Übertragungsleitung ausgebildeten Steuerungseinrichtung mit dem jeweiligen Triebwerk 10 bzw. dem Treibmittel 23 verbunden ist. So ist es beispielsweise möglich, die Detektionseinrichtung am Boden des Fahrzeugs und/oder der Fahrzeugnutzlast anzuordnen und das bzw. die Triebwerk(e) 10 über die pyrotechnische Verzögerungsleitung zu aktivieren, sofern mittels der Detektionseinrichtung eine Explosion oder Detonation detektiert worden ist. Ein besonderer Vorteil der vorgenannten pyrotechnischen Ausbildungen der Detektions- und Steuereinrichtungen besteht darin, dass diese unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Einwirkungen und Störungen sind. Es ist daher möglich, die erfindungsgemäße Stabilisierungseinrichtung beispielsweise in der unmittelbaren Umgebung von Hochleistungsradareinrichtungen einzusetzen, ohne dass die Gefahr einer Fehlaktivierung der Triebwerke 10 durch das Vorhandensein elektromagnetischer Felder hoher Feldstärke zu befürchten ist. Als Treibmittel 23 finden vorzugsweise Treibladungspulver bzw. Schüttpulver Verwendung, beispielsweise aus einbasigem, zweibasigem oder mehrbasigem Material bzw. einem Composite-Material. Besonders bevorzugt ist das Treibmittel 23 ein Nitrocellulose-Pulver, das im Gegensatz zu Raktentreibstoffen Treibgase mit einer relativ niedrigen Verbrennungstemperatur im Bereich bis zu 1000°K beim Zünden erzeugt. Das Treibmittel 23 liegt vorzugsweise in einer Geometrie vor, die eine große Abbrandoberfläche bereitstellt, beispielsweise als Pulverkörner mit einem Durchmesser im Bereich zwischen 2 mm und 6 mm. Optional umfasst das Treibmittel 23 in der Brennkammer 24 weitere Beimengungen, beispielsweise Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, oder Flüssigkeiten in Gelform, um den Brennkammerdruck in der Brennkammer 24 bzw. das Abbrandverhalten des Treibmittels 23 zu beeinflussen.
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Vorteilhafter Weise ist die Brennkammer 24 thermisch isoliert ausgebildet und eingerichtet. Dies wirkt sich besonders positiv beim Einsatz verhältnismäßig geringer Mengen des Treibmittels 23 aus, da eine Abstrahlung von Wärmeenergie weitestgehend vermieden wird und so ein rascher Druckanstieg in der Brennkammer 24 begünstigt wird.
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Das Triebwerk 10 umfasst ferner ein Treibmittel 23 sowie eine von dem Treibmittel 23 getrennt angeordnete diskrete Ausstoßmasse 11. Das Treibmittel 23 sowie die diskrete Ausstoßmasse 11 sind dabei derart eingerichtet und ausgebildet, dass bei der Aktivierung des Triebwerks 10 durch die Steuereinrichtung die diskrete Ausstoßmasse 11 mittels des Treibmittels 23 unter Beaufschlagung des Fahrzeugs und/oder der Fahrzeugnutzlast mit einer Stabilisierungskraft beschleunigt wird. Das Treibmittel 23 ist vorzugsweise als pyrotechnischer Satz, besonders bevorzugt als Ausstoßsatz, ausgebildet, wobei die diskrete Ausstoßmasse aufgrund des Druckanstiegs der beim Abbrennen des pyrotechnischen Satzes entstehenden Verbrennungsgase beschleunigt wird. Alternativ ist das Treibmittel 23 als elektromagnetisches Antriebsmittel, beispielsweise in Form eines elektrischen Linearmotors oder dergleichen, eingerichtet.
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Das Treibmittel 23 dient dem Zweck, durch das Beschleunigen der diskreten Ausstoßmasse 11 eine der Massenträgheit der diskreten Ausstoßmasse 11 entgegen gesetzte Kraft zu erzeugen, die als die Stabilisierungskraft auf das Fahrzeug und/oder die Fahrzeugnutzlast wirkt, um die durch eine Explosion auf das Fahrzeug bzw. die Fahrzeugnutzlast einwirkenden äußeren Kräfte zu kompensieren und ein Abheben bzw. Kippen des Fahrzeugs und/oder der Fahrzeugnutzlast in jedem Fall zu verhindern. Die zur Stabilisierung des Fahrzeugs und/oder der Fahrzeugnutzlast beim Beschleunigungsvorgang der diskreten Ausstoßmasse hervorgerufene Gegenkraft entsteht ausschließlich durch den Beschleunigungsvorgang der diskreten Ausstoßmasse 11. Dabei dient das Treibmittel 11 selbst ausschließlich zum Beschleunigung und Abstoßen der diskreten Ausstoßmasse 11, während das Treibmittel 11 selbst – im Gegensatz zu einem Raketentriebwerk – keinen Rückstoß durch einen Ausstoß des Treibmittels 11 erzeugt. Anders ausgedrückt sind der Energieträger, nämlich das Treibmittel 23, zur Freisetzung der zur Beschleunigung der diskreten Ausstoßmasse 11 erforderlichen Energiemenge und das ausgestoßene Medium, d. h. die diskrete Ausstoßmasse 11, getrennt ausgebildet.
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Vorzugweise umfasst das Triebwerk 10 ein Gehäuseelement 12 mit einer Austrittsöffnung 13. Die Austrittsöffnung 13 ermöglicht den Durchtritt der diskreten Ausstoßmasse 11 im Falle einer Aktivierung des Triebwerks 10 durch die Steuerungseinrichtung. Das Gehäuseelement 12 ist beispielsweise als Rohrelement mit einem geschlossenen Bodenbereich 14 ausgebildet, wobei das Treibmittel 23 zwischen dem Bodenbereich 14 und der diskreten Ausstoßmasse 11 angeordnet ist. Weiter bevorzugt ist zwischen dem Treibmittel 23 und der diskreten Ausstoßmasse 11 ein bewegbar ausgebildetes Trennelement 15 angeordnet. Mit anderen Worten ist das Trennelement 15 relativ zu dem Gehäuseelement 12 bewegbar angeordnet. Beim Aktivieren des Triebwerks 10 wird das Trennelement 15 mittels des Treibmittels 23 in Richtung der Austrittsöffnung 13 bewegt und zusammen mit der diskreten Ausstoßmasse 11 beschleunigt. Das Trennelement 15 ist daher vorzugsweise als Treibladungsspiegel ausgebildet. Das Trennelement 15 ist vorzugweise selbstlidernd ausgebildet. Dazu ist das Trennelement 15 besonders bevorzugt aus einem duktilen Material gefertigt, so dass sich das Trennelement 15 beim Aktivieren des Triebwerks 10 soweit verformt, dass dieses an die Innenseite des Gehäuseelements 12 gepresst wird und einen dichtende metallische Verbindung bildet. Das Trennelement 15 ist daher als Dichtungselement eingerichtet, dass ein Austreten von Verbrennungsgasen des Treibmittels 23 verhindert. Dies begünstigt einen raschen Druckanstieg in der von dem Gehäuseelement 12 und dem Trennelement 15 gebildeten Brennkammer 24, so dass der für eine zügige Verbrennung förderliche Betriebsdruck von ca. 300 bis 1000 bar erreicht werden kann. Vorteilhafter Weise ist das Trennelement 15 mittels einer Abreißeinrichtung, beispielsweise einer Abreißschraube, mit dem Bodenbereich 14 verbunden. Die Abreißeinrichtung bewirkt, dass das Trennelement 15 solange fest mit dem Bodenbereich 14 verbunden ist, bis der Druck der von dem Treibmittel 23 freigesetzten Verbrennungsgase einen vorgegebenen Betriebsdruck überschreitet. Gemäß einer alternativen Ausführung der Erfindung ist anstelle der Abreißeinrichtung die Ausstoßmasse 11 in dem Gehäuseelement 12 verspannt oder verklemmt angeordnet, so dass die Ausstoßmasse 11 erst nach Erreichen des vorgegebenen Betriebsdrucks freigegeben wird. Von einer Verdämmung des Treibmittels 23 mit den vorgenanten Mitteln kann verzichtet werden, sofern die Ausstoßmasse 11 so groß gewählt ist, dass die diese aufgrund ihrer Massenträgheit den Anstieg des Drucks in der Brennkammer 24 auf den vorgegebenen Betriebsdruck zulässt, bevor die Ausstoßmasse 11 das Gehäuseelement 12 verlässt und somit die Brennkammer 24 zur Atmosphäre hin freigibt.
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Bevorzugt ist das Trennelement 15 im Randbereich, also in dem Bereich, der mit der Innenseite des Gehäuseelements 12 in Kontakt steht, mit einer Gleitbeschichtung versehen, beispielsweise aus Graphit, Teflon oder dergleichen versehen. Auch ist es möglich, dass die mit der Innenseite des Gehäuseelements 12 in Kontakt stehenden Bereich der Ausstoßmasse 11 eine Gleitbeschichtung aufweisen.
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Weiter bevorzugt ist das Trennelement 15 als ein Aufnahmeelement 16 mit einem Aufnahmeraum 17 ausgebildet und eingerichtet. Der Aufnahmeraum 17 dient der Aufnahme der diskreten Ausstoßmasse 11. Das Aufnahmeelement 16 ist in dem Gehäuseelement 12 derart angeordnet, dass das Aufnahmeelement 16 relativ zu dem Gehäuseelement 12 bewegbar angeordnet ist. Mit anderen Worten entspricht das Aufnahmeelement 17 im Wesentlichen dem Trennelement 15, wobei jedoch das Aufnahmeelement 17 Seitenwände 18 umfasst, die den Aufnahmeraum 17 begrenzen. Die vorgenannte Ausbildung des Aufnahmeelements 16 eignet sich insbesondere für schüttgutförmige diskrete Ausstoßmassen n 11, wie Sand, Metallgranulate oder dergleichen sowie für flüssige oder gelartige Medien.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist der Aufnahmeraum 17 des Aufnahmeelements 16 in Richtung der Austrittsöffnung 13 sich verbreiternd eingerichtet und ausgebildet. Beispielsweise ist der Aufnahmeraum 17 kegelstumpfförmig ausgebildet, indem das Aufnahmeelement 16 mit seinen Seitenwänden 18 und dem Bodenbereich 14 die entsprechenden Mantelflächen des Kegelstumpfs bildet.
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Vorzugsweise sind zur klemmfreien Führung des Aufnahmeelements 16 in dem Gehäuseelement 12 an der Innenseite 19 des Gehäuseelements 12 oder an der Außenseite 20 des Aufnahmeelements 16 Führungselemente 21 angeordnet. Vergleiche hierzu die Draufsicht gemäß 5 mit Blickrichtung auf die Austrittsöffnung 13 einschließlich des in der 5 gezeigten vergrößerten Ausschnitts. Das Triebwerk 10 umfasst mindestens eines der Führungselemente 21, wobei vorzugsweise an der Innenseite 19 des Gehäuseelements 12 mehrere der Führungselemente 21 angeordnet sind. Weiter bevorzugt sind die Führungselemente 21 in gleichmäßigem Abstand über den Umfang verteilt und symmetrisch zur Längsachse des Gehäuseelements 12 angeordnet. Alternativ können das oder die Führungselement(e) 21 an der Außenseite 20 des Aufnahmeelements 16 angeordnet sein. Es ist auch möglich, dass einige der Führungselemente 21 an der Außenseite des Aufnahmeelements 16 und die weitere Führungselemente 21 an der Innenseite 19 des Gehäuseelements 12 angeordnet sind. Die Führungselement 21 sind vorzugsweise stegförmig ausgebildet. Vorzugweise sind die Führungselement 21 derart dimensioniert, dass diese sich jeweils über Kreissegmente mit einem Mittelpunktswinkel von mindestens 30° erstrecken. Weiter bevorzugt sind die Oberflächen der Führungselemente 21 sowie die mit diesen in Kontakt stehenden Flächen mit einer Gleitbeschichtung versehen. Die Gleitbeschichtung ist vorzugsweise als Graphit- oder Teflonbeschichtung ausgebildet.
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Weiter bevorzugt ist im Bereich der Austrittsöffnung 13 des Gehäuseelements 12 ein Begrenzungsmittel 22 angeordnet. Die Funktion des Begrenzungsmittels 22 besteht darin, den Weg des Aufnahmeelement 16 bzw. des Trennelements 15 am Ende der Austrittsöffnung 13 zu begrenzen, so dass dieses zwar innerhalb des Gehäuseelements 12 bewegbar angeordnet ist, jedoch nur insoweit, dass das Aufnahmeelement 16 bzw. das Trennelement 15 das Gehäuseelement beim Aktivieren des Triebwerks 10 nicht vollständig verlassen kann. Vorzugsweise ist das Begrenzungsmittel 22 als Ringelement ausgebildet, dass am Rand des Gehäuseelements 12 angeordnet ist und so die Austrittsöffnung 13 definiert. Der Außendurchmesser des Aufnahmeelements 16 ist im Bereich der Seitenwände 18 kleiner als der Innendurchmesser des Ringelements, d. h. kleiner als der Durchmesser der Austrittsöffnung 13 gewählt. Entsprechend ist der Durchmesser des Bodenbereichs 14 des Aufnahmeelements 16 größer als der Innendurchmesser des Ringelements eingerichtet, so dass das der Bodenbereich 14 des Aufnahmeelements 16 unter Formschluss mittels des Ringelements gegen ein Herausgleiten aus dem Gehäuseelement 12 gesichert ist.
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Besonders bevorzugt ist die diskrete Ausstoßmasse 11 ein schüttgutförmiger Körper, beispielsweise in Form von Sand, granulatförmigen Stoffen, wie Metallgranulaten oder dergleichen. Alternativ ist die diskrete Ausstoßmasse 11 ein Vollkörper, d. h. einstückig ausgebildet. Die diskrete Ausstoßmasse 11 ist jedoch nicht nur auf Feststoffe beschränkt sondern kann alternativ zusätzlich flüssige Medien umfassen. Alternativ ist die diskrete Ausstoßmasse 11 ausschließlich als Fluid oder als gelförmiges Medium ausgebildet.
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Weiter bevorzugt umfasst die Ausstoßmasse 11 eine Zerlegungsladung mit einer Verzögerungseinheit, die zum zeitverzögerten Zerlegen der Ausstoßmasse 11 eingerichtet und ausgebildet ist. Die Verzögerungseinheit ist entweder als elektronische Verzögerungsschaltung oder als pyrotechnische Verzögerungsleitung ausgebildet und eingerichtet. Besonders vorteilhaft wird die Verzögerungszeit, die den Zeitraum zwischen dem Aktivieren des Triebwerks 10 und dem Aktivieren der Zerlegungsladung definiert, so gewählt, dass die Zerlegungsladung zu dem Zeitpunkt aktiviert wird, an dem die Ausstoßmasse 11 seine maximale Steighöhe erreicht hat.
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Weiter bevorzugt ist die diskrete Ausstoßmasse 11 als Kartusche ausgebildet, beispielsweise als Kunststoff- oder Pappkartusche. Vorzugsweise ist die Kartusche seitlich geschlitzt ausgebildet, so dass die Kartusche beim Aktivieren der Zerlegungsladung in Einzelteile zerlegt werden und die Ausstoßmasse 11 ungehindert in kleinere Einheiten zerfallen kann. Alternativ ist es möglich, dass die Ausstoßmasse 11 eine Umhüllung aufweist, die derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass diese sich aufgrund der vorbeiströmenden Umgebungsluft nach dem Ausstoßen ablöst und die Ausstoßmasse 11 seitlich freigegeben wird.
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Zur Erfassung von Explosionen bzw. Detonationen in der Umgebung des Fahrzeugs bzw. der Fahrzeugnutzlast umfasst die Detektionseinrichtung mindestens einen an der an der Struktur des Fahrzeugs oder des Fahrzeugnutzlast angeordneten Beschleunigungssensor. Der Beschleunigungssensor ist dabei zur Erfassung von explosionbedingten Verformungen der jeweiligen Struktur ausgebildet und eingerichtet. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass nur im Falle einer tatsächlich durch eine Explosion hervorgerufenen beginnenden Verformung des Fahrzeugs mittels der Steuerungseinrichtung als Reaktion auf das vom Beschleunigungssensor abgegebene Signal das Triebwerk 10 aktiviert werden, so dass eine Fehlaktivierung des Triebwerks 10 praktisch ausgeschlossen ist. Alternativ umfasst die Detektionseinrichtung andere Sensortypen zur Erkennung der Verformung des Fahrzeugs, beispielsweise Dehnungsmessstreifen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine Mehrzahl der Triebwerke 10 an dem Fahrzeug und/oder der Fahrzeugnutzlast angeordnet. Vorzugsweise ist an Eckbereich mindestens eines der Triebwerke 10 angeordnet, so dass die Anzahl der Triebwerke 10 vorzugsweise mindestens 4 bzw. ein Vielfaches davon beträgt. Besonders bevorzugt ist die Steuereinrichtung zum zeitversetzten aktivieren der Triebwerke 10 ausgebildet und eingerichtet. Beispielsweise wird ein Fahrzeug mit einer Masse von ca. 5 t mit vier der Triebwerke 10 ausgestattet, die jeweils einen Triebwerksschub von bis zu 4 × 150 kN erzeugen können. Aufgrund der zuvor beschriebenen Ausgestaltung der Triebwerke 10 wird diese Schubgröße typisch in weniger als 0,5 ms bereitgestellt, so dass der mittels der Triebwerke 10 erzeugte Schub als impulsartige Stabilisierungskraft unmittelbar nach der Detektion der Explosion bzw. eine Detonation auf das Fahrzeug bzw. die Fahrzeugnutzlast ausgeübt wird. Mittels der zur zeitversetzten Aktivierung der Triebwerke 10 ausgebildeten Steuerungseinrichtung ist es möglich, auch Explosionseinwirkung über einen längeren Zeitraum hinweg entgegen zu wirken. In diesem Fall werden mehrere der Triebwerke 10 sequentiell oder zeitlich überlappend mittels der Steuerungseinrichtung aktiviert und so in mehrfacher Folge impulsartige Stabilisierungskräfte auf das Fahrzeug ausgeübt. Die Triebwerke 10 können dabei hinsichtlich ihrer Triebwerksleistung abgestuft ausgebildet sein, so dass das der Schub des zuerst zu aktivierenden Triebwerks 10 größer als derjenige Schub der zeitlich später zu aktivierenden Triebwerke 10 gewählt wird.
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Vorteilhafterweise ist das eine bzw. die Mehrzahl der Triebwerke 10 derart an dem Fahrzeug und/oder an der Fahrzeugnutzlast angeordnet, dass die diskrete Ausstoßmasse 11 zumindest im Wesentlichen in vertikaler Richtung beim Aktivieren des Triebwerks 10 beschleunigt wird. Beispielsweise ist das Triebwerk 10 mit seiner Längsachse parallel oder um einen Winkel im Bereich zwischen 0° und ±90° gegenüber der Vertikalen angeordnet, so dass die Austrittsöffnung 13 in eine vom Untergrund abgewandte Richtung zeigt. Ist das Triebwerk 10 bzw. die Mehrzahl der Triebwerke 10 mit der Längsachse parallel zur Vertikalen angeordnet, wird die diskrete Ausstoßmasse 11 beim Aktivieren des Triebwerks 10 in vertikaler Richtung beschleunigt, so dass die dabei entstehenden Rückstoßkraft als Stabilisierungskraft das Fahrzeug bzw. die Fahrzeugnutzlast zusätzlich zu dessen Gewichtskraft senkrecht auf den Untergrund drückt und diese so am Abheben vom Untergrund hindert.
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Alternativ ist sind die Mehrzahl der Triebwerke 10 mit ihrer Längsachse um einen Winkeln im Bereich zwischen 0° und ±90° gegenüber der Vertikalen geneigt angeordnet. Auf diese Weise kann nicht nur das Abheben des Fahrzeugs bzw. der Fahrzeugnutzlast vom Untergrund sondern zusätzlich auch ein Kippen bzw. Rotieren, beispielsweise durch die Einwirkung einer Explosion oder Detonation in einem seitlich vom Fahrzeug bzw. von der Fahrzeugnutzlast gelegenen Bereich, wirksam entgegengewirkt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug bereits eingehend erläutert worden, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die entsprechenden Textpassagen verwiesen wird.
