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Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Behälter einer oberhalb einer Passagiersitzreihe angeordneten Sauerstoffversorgungseinheit in einem Flugzeug.
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Gemäß der Betriebsordnung für Luftfahrtgeräte (LuftBO) müssen Flugzeuge Notsauerstoffsysteme zur Versorgung der Passagiere und des Servicepersonals mit Sauerstoff im Falle eines Druckabfalls vorsehen. Derzeitige dezentralisierte Systeme sind so gestaltet, dass die Sauerstoffmasken samt den Sauerstoffzuführungsschläuchen und den Sauerstoffgeneratoren jeweils in quaderförmigen Behältern untergebracht sind, die als Passagierversorgungseinheiten (Passanger Service Units, PSU) jeweils im Passagierversorgungskanal (Passenger Service Channel, PSC) in den Kabinenverkleidungsflächen oberhalb der Passagiersitzreihen integriert sind.
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Diese Behälter bestehen jeweils aus einem der Aufnahme mehrerer Sauerstoffmasken dienenden, feststehenden Behältergehäuse und einer daran jeweils schwenkbar angebrachten Behälterklappe. Die Behälterklappe ist gleichzeitig Teil der Verkleidung und weist eine elektrisch angesteuerte Klappenverriegelung auf, welche ein automatisches Öffnen im Fall eines Druckabfalls auslöst, sodass die Sauerstoffmasken, an sogenannten Lanyards hängend, schwerkraftbedingt herausfallen. Die Sauerstoffzufuhr wird dann über das Lanyard ausgelöst. Unter Lanyard versteht man ein Zugmittel, das zwischen der Maske und dem Auslösemechanismus der Sauerstoffzufuhr angebracht ist. Die Maske ist mit einem Versorgungsschlauch mit der Sauerstoffversorgung verbunden.
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Bei Auslösung des Sauerstoffsystems, beispielsweise infolge eines Druckabfalls, genügt ein Entriegeln der Behälterklappe. Die Klappe wird daraufhin schwerkraftbedingt und ggf. unterstützt durch eine zusätzliche Federkraft automatisch in die geöffnete Stellung geschwenkt und dort gehalten. Die herausfallenden Sauerstoffmasken können dann von den Passagieren leicht zugänglich gegriffen und angelegt werden.
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Zur Freigabe der Behälterklappe bei einem Druckverlust sowie Rauch- und Gasentwicklung innerhalb der Kabine kommt heute zumeist ein elektromagentischer Entriegelungsmechanismus zum Einsatz. Dieser besteht aus einer komplexen Kinematik mit einem Elektromagneten als Herzstück des Mechanismus. Sobald das Sauerstoffsystem aktiviert wird, erhält der Elektromagnet dieses Klappenentriegelungsmechanismus von einer übergeordneten Überwachungselektronik ein elektrisches Öffnungssignal in Form einen kurzen Spannungsimpulses, wodurch ein Riegel gelöst und die Behälterklappe geöffnet wird.
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Nachteilig hierbei ist allerdings, dass ein Elektromagnet bezogen auf die von ihm zur Verfügung gestellte Leistung ein hohes Gewicht und einen hohen Bauraumbedarf aufweist, was bei Flugzeuganwendungen grundsätzlich problematisch ist, wo es angesichts der hohen Kerosinkosten gerade auf eine leichte und platzsparende Bauweise ankommt.
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Da die elektromagnetische Entriegelung nur im Notfall bzw. in sporadischen Abständen zu Testzwecken betätigt wird, ergibt sich zudem die Gefahr, dass sich zu bewegende Bauteile der elektromagnetischen Entriegelung festsetzen können, sodass im Notfall die Magnetkraft möglicherweise nicht ausreicht, um den Riegel zu lösen und die Behälterklappe zu öffnen. Dies stellt ein erhebliches Sicherheitsrisiko dar.
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Ferner sind elektromagnetische Entriegelungen aufgrund der hohen Bauteilanzahl mit einer hohen Systemkomplexitat und demzufolge hohen Herstellungskosten verbunden, was in der unter starkem Kostendruck stehenden Flugzeugzulieferindustrie nur schwer tolerierbar ist.
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Schließlich sind elektromagnetische Komponenten zum Teil ökologisch bedenklich und nur schwer wiederverwertbar. Als magnetische Materialien kommen beispielsweise häufig Seltene Erden zum Einsatz, deren Abbau sehr teuer ist und zudem die Umwelt schwer belastet. Verschärfend hinzu kommt, dass die Rückgewinnung in Anbetracht der geringen Menge an verbauten Seltenen Erden bisher als zu aufwendig und damit zu teuer gilt.
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Aus der als nächstliegender Stand der Technik angesehenen
EP 2 679 499 A2 ist es bereits vorbekannt, einen Formgedächtnisaktor zum Entriegeln einer Behälterklappe einer Sauerstoffnotversorgungseinheit in einem Flugzeug einzusetzen. Bei der Sauerstoffnotversorgungseinrichtung der
EP 2 679 499 A2 muss allerdings separat am Behältergehäuse eine Formgedächtnisaktorik angebracht werden, um einen damit gekoppelten Hebel im Notfall mechanisch zu betätigen.
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Angesichts der vorgenannten Nachteile ist die vorliegende Erfindung auf einen Behälter einer oberhalb einer Passagiersitzreihe angeordneten Sauerstoffversorgungseinheit in einem Flugzeug gerichtet, bei dem ein Entriegeln des Behälters und ein Schwenken der Behälterklappe in eine geöffnete Stellung durch einen einfacheren und in ökonomischer und ökologischer Hinsicht effizienteren Entriegelungsmechanismus bewirkt wird.
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Diese Aufgabe wird durch einen Behälter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Der erfindungsgemäße Behälter einer oberhalb einer Passagiersitzreihe angeordneten Sauerstoffversorgungseinheit in einem Flugzeug weist ein feststehendes Behältergehäuse und eine zwischen einer geschlossenen und einer geöffneten Stellung schwenkbare Behälterklappe auf. In geschlossener Stellung greift ein an der Behälterklappe oder an dem Behältergehäuse vorgesehener Verriegelungsstift in eine an dem gegenüberliegenden Behältergehäuse oder der gegenüberliegenden Behälterklappe vorgesehene Ausnehmung form- und/oder kraftschlüssig ein. Dabei ist die Behälterklappe derart schwenkbar, dass in geöffneter Stellung der Behälter nach unten offen ist und wenigstens eine darin aufgenommene Sauerstoffmaske herausfällt. Der erfindungsgemäße Behälter zeichnet sich nun dadurch aus, dass die Ausnehmung durch wenigstens einen zumindest teilweise aus einer Formgedächtnislegierung bestehenden Aktor derart aufweitbar ist, dass sich der Verriegelungsstift aus dem Eingriff in der Ausnehmung löst und die Behälterklappe in die geöffnete Stellung schwenkt. Der wenigstens eine Aktor ist als Formgedächtnisblech oder Formgedächtnisdraht ausgebildet, wobei das die Ausnehmung umgebende Material des Behältergehäuses oder der Behälterklappe elastisch nachgiebig ist, sodass die Ausnehmung unter Einwirkung einer vom wenigstens einen Aktor ausgehenden Kraft elastisch aufweitbar ist, um ein Hinein- oder Herausbewegen des Verriegelungsstifts in die bzw. aus der Ausnehmung zu ermöglichen.
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Im Folgenden wird der zumindest teilweise aus einer Formgedächtnislegierung bestehenden Aktor kurz als Formgedächtnisaktor bezeichnet. Ein solcher Formgedächtnisaktor bietet den entscheidenden Vorteil, dass er aufgrund seiner hohen spezifischen Energie- und Arbeitsdichte sehr kleinbauend ist und demzufolge ohne Weiteres in die bestehende Struktur des Behälters (insbesondere des feststehenden Behältergehäuses) integriert werden kann. Vorteilhafterweise kann somit auf den Einsatz eines separat und zusätzlich zum Behälter bereitzustellenden elektromagnetischen Entriegelungsmechanismus unter Verwendung eines schweren und großbauenden Elektromagneten verzichtet werden. Der simple Entriegelungsmechanismus im erfindungsgemäßen Behälter erfordert lediglich einen im geschlossenen Zustand mit einer Ausnehmung in form- und/oder kraftschlüssigen Eingriff stehenden Verriegelungsstift sowie einen Formgedächtnisaktor, der bei Aktivierung eine Aufweitung der Ausnehmung vornimmt, um den Verriegelungsstift aus dem Eingriff zu lösen und die Behälterklappe selbsttätig unter dem Einfluss der Schwerkraft in die geöffnete Stellung aufschwenken zu lassen.
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Allein die vom Formgedächtnisaktor bei Aktivierung vollzogene Formänderung reicht hierbei aus, um die Ausnehmung aufzuweiten und die Verriegelung zu lösen. Ein elektromagnetischer Entriegelungmechanismus ist verglichen damit aufgrund der hohen Bauteilanzahl erheblich komplexer aufgebaut und folglich störanfälliger, größer, teurer und schwerer herzustellen.
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Formgedächtnislegierungen (kurz: FGL) sind gegenüber Elektromagneten (kurz: E-Magneten) aufgrund der deutlich höheren Energiedichte (FGL: ~6 J/cm3; E-Magneten: ~0.4 J/cm3) erheblich effizienter. Hierdurch ergibt sich für den erfindungsgemäß eingesetzten Entriegelungsmechanismus gegenüber einem konventionellen elektromagnetischen Entriegelungsmechanismus eine Gewichtsreduktion um bis zu 88%, eine Bauraumreduktion um bis zu 80% und eine Bauteilreduktion um bis zu 90%. Die vorgenannten Einsparungen werden nicht nur unmittelbar beim Entriegelungsmechanismus, sondern auch bei den zu seiner Auslösung verwendeten Kabelzuführungen realisiert. Zum Beispiel können die Kabelquerschnitte aufgrund des Verzichts auf verlustbehaftete Elektromagnete deutlich kleiner dimensioniert werden.
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Zudem sind im erfindungsgemäßen Behälter keine Seltenen Erden verbaut. Die verwendeten Formgedächtnislegierungen sind auch nach einem langen Produktleben ohne Einbußen ihrer Eigenschaften wiederverwertbar, sodass eine hohe Nachhaltigkeit und Umweltfreundlichkeit sichergestellt ist. Überdies wird Unabhängigkeit von den rapide steigenden Rohstoffkosten auf dem stark umkämpften Markt für Seltenerdmetalle erreicht.
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Die Leistungsfähigkeit von Formgedächtniselementen ist enorm. Beispielsweise kann ein Formgedächtnisdraht von lediglich 2 mm Durchmesser eine Last von über 100 kg anheben. Durch den Ersatz des Elektromagneten mit einem Formgedächtnisblech oder -draht als Entriegelungsaktor reduzieren sich somit das Gewicht und der Bauraumbedarf des Entriegelungs-mechanismus sehr deutlich. Die aktorische Funktion wird integraler Bestandteil der Struktur und kann nahezu gewichts- und bauraumneutral realisiert werden. Bedenkt man, dass in Verkehrsflugzeugen für jede Passagiersitzreihe ein Sauerstoffmodul-Behälter als PSU mit einem entsprechenden Entriegelungsmechanismus vorgesehen sein muss, ergibt sich (insbesondere in Großraumflugzeugen) ein erhebliches Gewichts- und Bauraumeinsparungspotential.
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Dabei ist es ausreichend, dass wenigstens der Randbereich der Ausnehmung eine radiale Nachgiebigkeit aufweist, die es dem Formgedächtnisaktor bei Aktivierung gestattet, durch seine (z. B. thermisch induzierte) Formänderung ein Aufweiten der Ausnehmung und somit ein sicheres Lösen der Verriegelung zu gewährleisten. Bei Deaktivierung des Formgedächtnisaktors kehrt die Ausnehmung aufgrund der elastischen Nachgiebigkeit des sie umgebenden Materials wieder in ihren ursprünglichen Formzustand, d. h. zu ihrem ursprünglichen, nicht aufgeweiteten Durchmesser zurück. Jetzt kann die Behälterklappe wieder manuell oder motorisch zugeklappt und der Verriegelungsstift dabei form- und/oder kraftschlüssig in die Ausnehmung einschnappen.
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Der erfindungsgemäße Behälter bietet somit im Ergebnis gegenüber konventionellen elektromagnetisch entriegelbaren Sauerstoffmaskenbehältern in technologischer, ökonomischer und ökologischer Hinsicht eindeutige Vorteile.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die aufweitbare Ausnehmung durchgängig ausgebildet ist und der Verriegelungsstift an seinem freien Ende eine radiale Erweiterung aufweist, die in geschlossener Stellung einen Randbereich der Ausnehmung radial hintergreift, wobei der wenigstens eine Aktor die Ausnehmung in radialer Richtung so weit aufweitet, dass der Verriegelungsstift aufgrund der Schwerkraft selbsttätig aus der Ausnehmung herausfällt.
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Ein derartiger Entriegelungsmechanismus ist äußerst einfach aufgebaut. Er erfordert lediglich einen Verriegelungsstift, der zur Erfüllung seiner Verriegelungsaufgabe durch eine durchgängige Ausnehmung so weit eingesteckt ist, dass eine am Stiftende vorgesehene radiale Erweiterung (z. B. ein kugelförmig verdickter Stiftkopf) den Randbereich der Ausnehmung formschlüssig hintergreift. Um das zum Verriegeln notwendige Einführen des Stifts in die Ausnehmung zu ermöglichen, ist wenigstens der Randbereich der Ausnehmung aus einem elastisch federnden Material gebildet. Unter Einwirkung des eingeführten, radial erweiterten Stiftendes ist die Ausnehmung zunächst radial aufgeweitet und erst im vollkommen eingesteckten Zustand wieder radial kontrahiert, sodass der Stift mit der Ausnehmung verrastet. In diesem verrasteten Zustand wirkt die radiale Erweiterung am Stiftende wie eine Arretierung, die verhindert, dass der Verriegelungsstift sich in entgegengesetzter Richtung zur Einführrichtung wieder aus der Ausnehmung herauslöst. Somit ist die Behälterklappe gegen ein unerwünschtes Wegschwenken vom Behältergehäuse gesichert.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Aktor als NiTi-Formgedächtnisblech oder -draht ausgebildet ist, wobei das Formgedächtnisblech oder der Formgedächtnisdraht durch Anlegen eines elektrischen Stroms erwärmbar und kontrahierbar ist und wobei das Formgedächtnisblech oder der Formgedächtnisdraht derart mit der Ausnehmung in Wirkverbindung steht, dass die Kontraktion des Formgedächtnisblechs oder des Formgedächtnisdrahts zu einer radialen Aufweitung der Ausnehmung führt.
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Die bevorzugte Funktionswerkstoffkombination Nickel-Titan des Formgedächtnisblechs bzw. -drahts ist problemlos wiederverwertbar. Insbesondere kann auf den Einsatz magnetischer Seltenerdmetalle (wie Neodym, Dysprosium oder Yttrium) verzichtet werden, die für die Herstellung von Permanentmagneten in elektromagnetischen Entriegelungen unerlässlich sind und deren Förderung aber aufwendig und teuer ist und zum Teil mit eklatanten Umweltschäden einhergeht.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Behälters weist die Behälterklappe eine im Wesentlichen flächenförmige Gestalt auf und ist auf einer Seite mittels wenigstens eines Scharniers am Behältergehäuse schwenkbar gelagert, während auf der gegenüberliegenden Seite der Verriegelungsstift vorgesehen ist.
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Bei einem in die gegenüberliegende Ausnehmung des Behältergehäuses eingesteckten Zustand hält der klappenseitige Verriegelungsstift die schwenkbare Klappe sicher in einer horizontalen, das Behältergehäuse nach unten hin abschließenden Stellung. Sowohl Erschütterungen als auch straff gepackte Maskenbehälter können diese Verriegelung nicht gefährden. Die Behälterklappe wird erst freigegeben, wenn der Verriegelungsstift aus der Ausnehmung mittels des Formgedächtnisaktors gelöst wird. Daraufhin schwenkt die Behälterklappe unter Einfluss der Schwerkraft in eine annähernd vertikale 90°-Stellung, sodass das Behältergehäuse nach unten hin offen ist und die Sauerstoffmasken für die Insassen griffbereit herausfallen.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Behälters weist das Behältergehäuse eine im Wesentlichen schalenförmige Gestalt zur Aufnahme wenigstens einer Sauerstoffmaske auf und ist auf einer Seite mittels wenigstens eines Scharniers mit der Behälterklappe verbunden, während auf der gegenüberliegenden Seite ein der Behälterklappe in geschlossener Stellung planparallel gegenüberliegender, abgeflachter Abschnitt ausgebildet ist.
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Durch seine schalenförmige Ausbildung mit einer Bodenwand und davon annähernd vertikal abgebogenen Seitenwänden weist das Behältergehäuse das für die Unterbringung der Sauerstoffmasken und -schläuche notwendige Stauvolumen auf. Um Behältergehäuse und Behälterklappe miteinander zu verriegeln, ist an der der Scharnierverbindung entgegengesetzten Seitenkante des Behältergehäuses ein abgeflachter Abschnitt gebildet, der in geschlossener Stellung der flächigen Behälterklappe planparallel gegenüberliegt. In diesem abgeflachten Abschnitt des Behältergehäuses ist eine Durchgangsbohrung vorgesehen, in die der senkrecht von der flächigen Behälterklappe abstehende Verriegelungsstift eingesteckt ist.
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Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Behälters weist das Behältergehäuse ein Verriegelungselement auf, wobei das Verriegelungselement wiederum die aufweitbare Ausnehmung zum form- und/oder kraftschlüssigen Eingriff des Verriegelungsstifts umfasst.
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Die Verriegelung wird allein durch den Eingriff zwischen dem Verriegelungsstift und der Ausnehmung des gehäuseseitigen Verriegelungselements sichergestellt. Dieser Eingriff kann verwirklicht werden, indem eine radiale Erweiterung am Stiftende formschlüssig einen die Ausnehmung begrenzenden Randbereich hintergreift, wobei zur Ermöglichung eines Verriegelungs- und Entriegelungsvorgangs der Randbereich der Ausnehmung im Verriegelungselement elastisch deformierbar ist. Der Durchmesser der Durchgangsbohrung sollte dabei größer sein als der Durchmesser der radialen Erweiterung am Stiftende, damit der Verriegelungsstift im entriegelten Zustand ohne Kollision durch die aufgeweitete Ausnehmung des Verriegelungselements und anschließend durch die Durchgangsbohrung des Behältergehäuses gleiten kann. Somit ist ein störungsfreies Öffnen der Behälterklappe gewärleistet.
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In weiterer bevorzugter Weise kann das Verriegelungselement in eine Aussparung des Behältergehäuses eingesetzt sein, die auf einer der Behälterklappe abgewandten Oberfläche des Behältergehäuses vorgesehen ist, wobei die Ausnehmung des Verriegelungselements mit einer Durchgangsbohrung des Behältergehäuses fluchtet.
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In einem solchen Fall dient die Durchgangsbohrung des Behältergehäuses lediglich als eine zusätzliche Führung für den zum Verriegeln in die Ausnehmung des Verriegelungselements hinein zu bewegenden bzw. zum Entriegeln aus der Ausnehmung des Verriegelungselements heraus zu bewegenden Verriegelungsstift.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass im Verriegelungselement der Randbereich der Ausnehmung durch zwei voneinander durch einen Spalt getrennte Segmente gebildet ist, wobei zur Aufweitung der Ausnehmung die beiden Segmente unter Vergrößerung des Spalts voneinander weg bewegbar sind.
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Die Begrenzung der Ausnehmung durch zwei voneinander durch einen Spalt getrennte (z. B. keil- oder halbkreisförmig gestaltete) Segmente erlaubt es, die zur Verriegelung und Entriegelung des Behälters notwendige Durchmesseraufweitung der Ausnehmung durch eine einfache, radial auseinander gerichtete Verschiebung dieser beiden Segmente zu bewerkstelligen. Zum Verriegeln des Behälters (z. B. nach einer zu Test- oder Wartungszwecken vorgenommenen Öffnung des Behälters) wird die Behälterklappe manuell oder motorisch zugeklappt, wobei der Verriegelungsstift derart in die Ausnehmung eindringt, dass das Stiftende die Segmente zunächst auseinanderdrückt, bis es hinter diesen Segmenten formschlüssig einschnappt. Zum Entriegeln des Behälters wird durch den wenigstens einen Formgedächtnisaktor der Spalt zwischen den Segmenten und somit der Durchmesser der Ausnehmung vergrößert, sodass der Verriegelungsstift von selbst (ggf. unterstützt von einer Federkraft) aus der aufgeweiteten Ausnehmung herausfällt. Die Behälterklappe kann so eingriffsfrei in die geöffnete Stellung schwenken.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist im Verriegelungselement jeweils wenigstens ein Steg an die beiden Segmente angeformt, um die beiden Segmente jeweils mit einem Rahmen des Verriegelungselements zu verbinden.
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Der oder die Stege können hinsichtlich ihres Verlaufs, ihrer Länge und/oder ihrer Querschnittsabmessungen derart gestaltet sein, dass eine gewünschte Steifigkeit gegenüber der durchmesseraufweitenden Verschiebung der Segmente erzielt wird. Indem diese Steifigkeit an die Formänderungscharakteristik des Formgedächtnisaktors angepasst wird, kann die im Notfall unbedingt erforderliche schnelle Entriegelung des Behälters sichergestellt werden. Über den Strompegel kann die Auslösedynamik des Formgedächtnisaktors weiter gezielt angepasst werden.
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In Weiterbildung der Erfindung befindet sich ein Aktor in Form eines bei Bestromung kontrahierbaren Formgedächtnisblechs oder Formgedächtnisdrahts im Inneren wenigstens eines der Stege, wobei eine Kontraktion des Formgedächtnisblechs oder des Formgedächtnisdrahts zu einer Auslenkung des an dem jeweiligen Steg angeformten Segments führt, um den Spalt zwischen den Segmenten zu vergrößern und damit die Ausnehmung aufzuweiten.
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Gemäß dieser Weiterbildung ist der Formgedächtnisaktor ein Formgedächtnisblech oder ein Formgedächtnisdraht. Aufgrund der hohen Energie- und Arbeitsdichte können Formgedächtnisbleche oder Formgedächtnisdrähte sehr querschnittsklein dimensioniert werden und dabei dennoch die für die notwendige Verschiebung der Segmente notwendigen Kräfte problemlos aufbringen. Es bietet sich demzufolge an, die Formgedächtnisbleche oder Formgedächtnisdrähte bauraumneutral in die zwischen dem Rahmen und den Segmenten vorgesehenen Stege des Verriegelungselements zu integrieren. Mittels einer Einrichtung zum Zuführen eines elektrischen Stroms wird der jeweilige Formgedächtnisaktor (in Blech- oder Drahtform) durch seinen elektrischen Eigenwiderstand erwärmt, infolgedessen wiederum eine Kontraktion des Aktors eintritt. Diese Kontraktion bewirkt eine Verkürzung der jeweiligen Steglänge und führt deshalb zu einer radialen Verschiebung des daran angeschlossenen Segments. Aus dieser radialen Verschiebung resultiert schließlich eine Aufweitung der Ausnehmung, die es dem Verriegelungsstift gestattet, sich selbsttätig aus dem Eingriff zu lösen. Dank des vorbeschriebenen Mechanismus kann der Behälter somit auf einfache und störunanfällige Weise elektrisch geöffnet werden.
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Dem Formgedächtnisblech oder Formgedächtnisdraht kann die beim Entriegeln zu erreichende Endform durch thermomechanisches Training ”antrainiert” werden. Durch die Struktursteifigkeit des Verriegelungselements wird das Formgedächtnisblech oder der Formgedächtnisdraht zunächst in seiner Ausgangsform gehalten. Bei Aktivierung des Formgedächtnisblechs oder des Formgedächtnisdrahts ”erinnert” sich dieses oder dieser jedoch wieder an seine Endform und will in diese zurückkehren. Bei Deaktivierung kehrt das das Blech oder der Draht wieder durch das elastisch verformte Verriegelungselement (Festkörpergelenk) in den Ausgangszustand zurück.
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In weiter bevorzugter Ausgestaltung können im Verriegelungselement jeweils zwei Stege an die voneinander diametral abgewandten Außenseiten der beiden Segmente angeformt sein, wobei sich im Inneren eines jeden der vier Stege ein bei Bestromung kontrahierbarer Formgedächtnisaktor befindet und wobei eine Kontraktion der Formgedächtnisaktoren zu einer Vergrößerung des Spalts zwischen den beiden Segmenten und damit zu einer Aufweitung der Ausnehmung führt.
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Indem den beiden Segmenten jeweils zwei Stege mit einem jeweils eingebetteten Formgedächtnisaktor (z. B. Formgedächtnisblech oder Formgedächtnisdraht) zugeordnet sind, kann die für die Verschiebung dieser Segmente und somit die Aufweitung der Ausnehmung aufzubringende Kraft pro Steg und Formgedächtnisaktor reduziert (halbiert) werden. Des Weiteren kann dadurch, dass pro Segment jeweils zwei Stege und zwei Formgedächtnisdrähte vorgesehen sind, eine Redundanz geschaffen werden, die es selbst bei Ausfall eines Formgedächtnisaktors sicherstellt, dass im Notfall vom verbleibenden Formgedächtnisaktor immer die für die Entriegelung des Behälters notwendige Kraft auf die Segmente ausgeübt wird.
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Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Behälters sieht vor, dass die vier Stege einen jeweils S-förmig gebogenen, elastisch verformbaren Verlauf aufweisen, wobei die beiden an jeweils einem Segment angeformten Stege sich zu den einander gegenüberliegenden Seiten eines Rahmens erstrecken und wobei der sich jeweils im Inneren eines jeden der vier Stege befindende Formgedächtnisaktor einen entsprechend S-förmig gebogenen Verlauf aufweist.
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Formgedächtnisaktoren können als Formgedächtnisbleche oder Formgedächtnisdrähte mit sehr kleinen Querschnittsabmessungen realisiert sein, wodurch sich Formgedächtnisaktoren aufwandsarm an beliebige Konturen anpassen lassen. Unter Ausnutzung dieser fast uneingeschränkten Gestaltungsfreiheit können die Stege und die dort jeweils eingebetteten Formgedächtnisaktoren in S-förmiger Kurvenform gestaltet und an voneinander diametral abgewandten Außenseiten der beiden Segmente angeschlossen werden. Dies bietet den Vorteil, dass eine (z. B. durch thermische Aktivierung ausgelöste) Verkürzung der Formgedächtnisaktoren in Längsachsenrichtung jeweils zu an den Segmenten angreifenden, in radialer Richtung nach außen wirkenden Kräften führt. Durch diese einander diametral entgegengesetzten Kräfte werden die beiden Segmente unter Vergrößerung des zwischen ihnen liegenden Spalts voneinander weg bewegt. Dies führt zur gewünschten Durchmesseraufweitung der Ausnehmung, die ein selbsttätiges Lösen des Verriegelungsstifts aus dem Eingriff mit der Ausnehmung und somit ein Schwenken der Behälterklappe in die geöffnete Stellung ermöglicht.
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Schließlich kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass bei aufgeweiteter Ausnehmung durch das elastisch nachgiebige Material des Behältergehäuses, der Behälterklappe oder des Verriegelungselements eine Rückstellkraft generiert wird, die den Aktor wieder in seinen ursprünglichen Formzustand zurückführt.
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Im Allgemeinen ist für die Rückformung des Formgedächtnisaktors eine Rückstellkraft erforderlich. Bevorzugt wird die Rückstellkraft allein durch die Struktur (z. B. die Kunststoffmatrix) des umgebenden Materials des Behältergehäuses, der Behälterklappe oder des Verriegelungselements, in dem der Formgedächtnisaktor eingebettet ist, bereitgestellt. Somit kann vorteilhafterweise von der Installation einer zusätzlichen Aktorik zwecks Ausübung einer externen Rückstellkraft abgesehen werden, wodurch der Einfachheitsgrad des Entriegelungsmechanismus weiter gesteigert wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsformen in Zusammenschau mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine vergrößerte Ansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Behälters im Bereich des Entriegelungsmechanismus,
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2 schematische Schnittansichten des erfindungsgemäßen Behälters nach 1 in den verschiedenen Stadien eines Entriegelungsvorgangs,
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3 Einzelansichten des Verriegelungselements und der angeschlossenen Formgedächtnisdrähte in den verschiedenen Stadien des Entriegelungsvorgangs nach 2,
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4a und 4b vergrößerte Ansicht eines in einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Behälters verwendeten Behältergehäuses im Bereich eines eingelegten Verriegelungselements,
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5a und 5b eine Draufsicht auf das im Behältergehäuse nach 4a und 4b eingelegte Verriegelungselement.
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1 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Behälters 1 einer oberhalb einer Passagiersitzreihe angeordneten Sauerstoffversorgungseinheit in einem Flugzeug. Der Behälter 1 ist dabei in einer vergrößerten perspektivischen Ansicht auf den zwischen Behältergehäuse 2 und Behälterklappe 3 vorgesehenen Entriegelungsmechanismus gezeigt. Der Entriegelungsmechanismus befindet sich in einer Schließstellung. Hierbei greift ein klappenseitiger Verriegelungsstift 4 in eine gehäuseseitige Ausnehmung 25 formschlüssig ein.
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In einem abgeflachten Abschnitt 1 des Behältergehäuses 2 ist an der der Behälterklappe 3 abgewandten Oberfläche eine Aussparung 15 vorgesehen, in die ein zusätzliches Verriegelungselement 20 mit der Ausnehmung 25 zur Aufnahme des Verriegelungsstifts 4 eingelegt ist. Das Verriegelungselement 20 bildet ein Festkörpergelenk und ist hierzu aus einem elastisch nachgiebigen Material, insbesondere aus Kunststoff gefertigt. Es weist zwei keilförmige Segmente 22a, 22b auf, die an den zulaufenden und einander zugewandten Enden kurvenförmig konkav ausgebildet sind. Zwischen diesen Enden ist die durch das Verriegelungselement 20 gehende Ausnehmung 25 gebildet, welche der Aufnahme des Verriegelungsstifts 4 dient.
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Bei einem solchen Behälter 1 handelt es sich um ein sicherheitsrelevantes Bauteil, d. h. an dieses Bauteil werden bezüglich der Funktionssicherheit innerhalb eines großen Temperaturbereichs höchste Anforderungen gestellt. Gleichzeitig muss der Behälter 1 – wie alle im Flugzeug verbauten Komponenten – leicht sein und eine geringe Leistungsaufnahme aufweisen. Konventionelle Betätigungsmagnete zur Entriegelung von Maskenbehältern in Flugzeugen sind dieser Herausforderung nur unvollkommen gewachsen. Der von der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene Behälter 1 hingegen ermöglicht aufgrund einer in die Struktur des Behälters 1 integrierbaren Formgedächtnisaktorik eine deutliche Reduktion von Gewicht und Bauraum.
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Als Passagierversorgungseinheit (Passenger Service Unit, PSU) ist der Behälter 1 jeweils über jeder Passagiersitzreihe im Passagierversorgungskanal (Passenger Service Channel, PSC) des Flugzeugs angeordnet. An einer innerhalb der Kabinendeckenverkleidung versenkten Oberseite des Behälters 1 ist eine schalenförmiges Behältergehäuse 2 vorgesehen, das der Aufnahme mehrerer Sauerstoffmasken 7 samt der daran angeschlossenen Zuführungsschläuche und chemischen Sauerstoffgeneratoren dient. An einer zum Kabinenboden weisenden Unterseite des Behälters 1 ist eine das Behältergehäuse 2 nach unten hin abschließende, im Wesentlichen flächenförmig gestaltete Behälterklappe 3 befestigt. Die Behälterklappe 3 ist an einer Seitenkante mittels wenigstens eines Scharniers um eine Scharnierachse schwenkbar am feststehenden Behältergehäuse 2 gelagert und kann somit eine horizontale, geschlossenen Stellung oder eine vertikale, geöffnete Stellung einnehmen. In geschlossener Stellung verläuft die Behälterklappe 3 flächenbündig mit der an ihr angrenzenden Kabinenverkleidung. In der geöffneten Stellung können die Sauerstoffmasken 7 nach unten aus dem Behälter 1 herausfallen
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2 stellt in schematischer Weise das Funktionsprinzip eines im Notfall (z. B. bei einem plötzlichen Druckabfall) stattfindenden Entriegelungsvorgangs für den erfindungsgemäßen Behälter 1 nach 1 dar. Die geschlossene Stellung der Behälterklappe 3 ist in der ersten Abbildung von links der 2 gezeigt und soll im normalen Flugbetrieb (als auch bei heftigen Erschütterungen oder Schwingungen des Flugzeugs) sicher beibehalten werden. Zur Erfüllung dieser Verriegelungsaufgabe ist an der zu der Scharnierachse parallelen gegenüberliegenden Seitenkante der Behälterklappe 3 eine Befestigungskonsole mit einem vertikal nach oben zum Behältergehäuse 2 weisenden Verriegelungsstift 4 vorgesehen. Dieser Verriegelungsstift 4 greift in geschlossener Stellung in eine Ausnehmung 25 des gegenüberliegenden Behältergehäuses 2 ein. Die Ausnehmung 25 ist hierbei in einem Verriegelungselement 20 ausgebildet, welches wiederum in einem abgeflachten Abschnitt 11 des Behältergehäuses 2 vorgesehen ist. Gemäß der ersten Abbildung von links in 2 liegt der abgeflachte Abschnitt 11 des Behältergehäuses samt des darin vorgesehenen Verriegelungselements 20 in Schließstellung der Behälterklappe 3 im Abstand planparallel gegenüber. Das Behältergehäuse 2 ist in Richtung auf den abgeflachten Abschnitt 11 muldenförmig vertieft, wobei links und rechts dieser muldenförmigen Vertiefung 31 jeweils eine Sauerstoffmaske 7 im Behältergehäuse 2 untergebracht ist.
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Um die Behälterklappe 3 gegen ein Öffnen im normalen Betrieb zu sichern, ist am freien, dem Behältergehäuse 2 zugewandten Ende des Verriegelungsstifts 4 eine radiale Erweiterung in Form eines kugelförmigen Stiftkopfs 9 angeformt. Zum Verriegeln wird dieser Stiftkopf 9 in die Ausnehmung 25 des gehäuseseitig montierten Verriegelungselements 20 eingesteckt. Das Verriegelungselement 20 ist dabei gemäß 3 als Festkörpergelenk aus einem rückstellfähigen, elastisch verformbaren Material (z. B. einem Kunststoff) aufgebaut, wobei sich beim Einführen des Stiftkopfs 9 der Durchmesser der Ausnehmung 25 zunächst elastisch aufweitet. Erreicht der Stiftkopf 9 im eingesteckten Zustand seine Endposition verengt sich der Durchmesser der Ausnehmung 25 aufgrund seiner Elastizität wieder unter Bildung eines form- und/oder kraftschlüssigen Eingriffs zwischen Ausnehmung 25 und Verriegelungsstift 4.
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Ein Lösen bzw. Herunterfallen der Behälterklappe 3 in eine geöffnete 90°-Stellung soll nur im Notfall (also z. B. im Falle eines Druckverlustes oder von Rauch- und Gasentwicklung in der Kabine) erfolgen, damit die Sauerstoffmasken 7 zu den Passagieren griff- und anlagebereit herabfallen können. Hierzu wird durch eine entsprechende Überwachungselektronik ein Öffnungssignal in Form eines kurzen Spannungsimpulses an den für jeden einzelnen Maskenbehälter 2 vorgesehenen Entriegelungsmechanismus gegeben.
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Die Aktorik des Entriegelungsmechanismus wird gemäß der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Behälters 1 nach 1 bis 3 durch in das Material des Behältergehäuses 2 eingebettete Formgedächtnisdrähte 28a, 28b realisiert, die zur mechanischen und elektrischen Kontaktierung an ihren beiden Enden jeweils mit einer Crimphülse 29a, 29b versehen sind. Gemäß 1 und 2 erstrecken sich dabei zwei Formgedächtnisdrähte 28a, 28b in den die muldenförmige Vertiefung 31 seitlich begrenzenden Zwischenwänden 17 des Behältergehäuses 2. Das erste Ende des Formgedächtnisdrahts 28a, 28b befindet sich dabei jeweils annähernd am Übergang von der horizontalen Bodenwand 16 zur vertikalen Zwischenwand 17 des Behältergehäuses 2, während das zweite Ende des Formgedächtnisdrahts 28a, 28b jeweils nach einer annähernd rechtwinkligen Biegung innerhalb des abgeflachten Abschnitt 11 bis unmittelbar radial angrenzend an die den Verriegelungsstift 4 aufnehmende Ausnehmung 25 geführt ist. Die beiden Formgedächtnisdrähte 28a, 28b sind dabei relativ zueinander so positioniert, dass ihre zweiten Enden jeweils an diametral entgegengesetzten Seiten der Ausnehmung 25 angeordnet sind.
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Formgedächtnisdrähte 28a, 28b sind elektro-thermomechanische Energiewandler. Formgedächtnislegierungen (wie z. B. NiTi-Legierungen) werden bei elektrischer Bestromung durch Joule'sche Wärme erwärmt und kühlen im unbestromten Zustand wieder durch Konvektion ab. In Abhängigkeit der Temperatur findet eine Phasenumwandlung statt, sodass ein durch Anlegen eines elektrischen Stroms erwärmter Draht um etwas 5% kontrahiert.
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Diese bei elektrischer Bestromung eintretende Kontraktionsbewegung der Formgedächtnisdrähte 28a, 28b wird im erfindungsgemäßen Behälter 1 dazu ausgenutzt, um den Verriegelungsstift 5 aus seinem formschlüssigen Eingriff mit der Ausnehmung 25 des Verriegelungselements 20 zu lösen und somit die Behälterklappe 3 eingriffsfrei in die geöffnete Stellung schwenken zu lassen.
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Das feststehende Behältergehäuse 2 ist bevorzugt einstückig aus einem Kunststoffmaterial aufgebaut. In einer im Behältergehäuse 2 ausgebildeten Aussparung 15 ist dabei das Verriegelungselement 20 eingesetzt. Das Verriegelungselement 20 ist als Festkörpergelenk ausgestaltet, wobei zumindest der die die Ausnehmung 25 umgebende Randbereich dieses Verriegelungselements 20 elastisch nachgiebig ausgeführt ist. Elastisch nachgiebig soll hierbei bedeuten, dass infolge der Kontraktionsbewegung des Formgedächtnisdrahts 28a, 28b eine elastisch reversible Formänderung des Verriegelungselements 20 eintritt, die ein Lösen des form- und/oder kraftschlüssigen Eingriffs zwischen Verriegelungsstift 4 und Ausnehmung 25 bewirkt.
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Gemäß der mittleren Abbildung von 2 und 3 wird durch die Bestromung und dadurch bewirkte Verkürzung der Formgedächtnisdrähte 28a, 28b eine jeweils radial nach außen gerichtete (durch Pfeile symbolisierte) Kraft auf den Randbereich der Ausnehmung 25 ausgeübt. Infolgedessen weitet sich der Durchmesser der Ausnehmung 25 auf. Diese Durchmesseraufweitung führt wiederum gemäß der rechten Abbildung von 2 und 3 zur Aufhebung des Eingriffs zwischen dem Verriegelungsstift 4 und der Ausnehmung 25 des Verriegelungselements 20. Der Verriegelungsstift 4 kann nun selbsttätig unter Einfluss der Schwerkraft aus der Ausnehmung 25 des gehäuseseitig montierten Verriegelungselements 20 herausfallen, sodass die Behälterklappe 3 bei gelöstem Eingriff vertikal vom Behältergehäuse 2 weg um die Scharnierachse in die geöffnete 90°-Stellung schwenken kann. Das öffnen des Behälters 1 erfolgt bei Bestromung und dadurch verursachter Durchmesseraufweitung der Ausnehmung 25 augenblicklich, also mit praktisch nicht spürbarer zeitlicher Verzögerung. Diese geringe Schaltzeit ist vorliegend wichtig, da in einer Notfallsituation ein schnelles öffnen und Freigeben der Sauerstoffmasken 7 von sicherheitsrelevanter Bedeutung ist.
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3 zeigt das in der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Behälters 1 nach 1 und 2 verwendete Verriegelungselement 20 in einer Einzelansicht mit den daran angeschlossenen Formgedächtnisdrähten 28a, 28b und dem in einer zentralen Ausnehmung 25 des Verriegelungselements 20 aufgenommenen Verriegelungsstift 4. In Übereinstimmung zu 2 ist dabei in 3 das Verriegelungselement 20 in verschiedenen Stadien gezeigt. Während in der linken Abbildung ein dem geschlossenen Behälter 1 entsprechendes Stadium dargestellt ist, bei dem der Verriegelungsstift 4 formschlüssig in die Ausnehmung 25 des Verriegelungselements 20 eingesteckt ist, ist in der rechten Abbildung ein dem geöffneten Behälter 1 entsprechendes Stadium dargestellt, bei dem der Verriegelungsstift 4 aus der aufgeweiteten Ausnehmung 25 des Verriegelungselements 20 abgezogen ist.
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Wie weiter aus 3 ersichtlich ist, sind die beiden einander abgewandten Seiten der keilfömigen Segmente 22a, 22b jeweils von zwei S-förmig gebogenen Stegen 23a, 23b und 23c, 23d mit einander gegenüberliegenden Seiten eines rechteckförmigen Rahmens 24 des Verriegelungselements 4 verbunden. Diese S-förmig gebogenen Stege 23a, 23b und 23c, 23d bilden für die keilförmigen Segmente 22a, 22b eine elastische Lagerung. Aufgrund dieser elastischen Lagerung ist der Abstand zwischen den keilförmigen Segmenten 22a, 22b und somit der Durchmesser der Ausnehmung 25 durch in radialer Richtung zur Ausnehmung 25 einwirkende Kräfte reversibel veränderbar.
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Zur Verriegelung wird der radial erweiterte Stiftkopf 9 in die Ausnehmung 25 eingeführt, sodass er zunächst die keilförmigen Segmente 22a, 22b unter Deformation der S-förmig gebogenen Stege 23a...23d radial nach außen drückt. Nachdem der Stiftkopf 9 durch die Ausnehmung 25 hindurchgesteckt ist und auf der klappenabgewandten Rückseite zu liegen kommt, federt der Abstand zwischen den keilförmigen Segmenten 22a, 22b bedingt durch die Elastizität der S-förmig gebogenen Stege 23a...23d wieder zurück auf seine ursprüngliche, nicht aufgeweitete Größe. Somit rastet der Stiftkopf 9 (in Einführrichtung gesehen) hinter den keilförmigen Segmenten 22a, 22b formschlüssig ein. Durch diesen in 1 und der jeweils ersten Abbildung von links in 2 und 3 gezeigten, zwischen dem Stiftkopf 9 und den keilförmigen Segmente 22a, 22b gebildeten Hintergriff ist verhindert, dass der Verriegelungsstift 4 entgegen der Einführrichtung wieder vertikal nach unten aus der Ausnehmung 25 des Verriegelungselements 20 heraus bewegt werden kann.
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Zum Entriegeln wird der Abstand zwischen den keilförmigen Segmenten 22a, 22b vergrößert. Hierzu sind – wie in 1 und 2 zu sehen – zwei Formgedächtnisdrähte 28a, 28b in den vom abgeflachten Abschnitt 11 nach oben zur Bodenwand 16 abzweigenden Zwischenwänden 17 des Behältergehäuses eingebettet, die jeweils durch eine Crimphülse 29a, 29b gehalten und elektrisch kontaktierbar sind. Die zwei Formgedächtnisdrähte 28a, 28b sind bezogen auf die Ausnehmung 25 diametral gegenüberliegend an voneinander abgewandten Außenseiten der keilförmigen Segmente 22a, 22b für eine Kraftübertragung angeschlossen.
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Bei einer nach Strombeaufschlagung erfolgenden Erwärmung und Kontraktion der Formgedächtnisdrähte 28a, 28b wird auf die beiden angeschlossenen keilförmigen Segmente 22a, 22b entsprechend der mittleren Abbildung von 2 und 3 jeweils eine radial nach außen gerichtete (durch einen Pfeil symbolisierte) Kraft ausgeübt. Dadurch vergrößert sich der Abstand zwischen den keilförmigen Segmenten 22a, 22b und somit der Durchmesser der den Verriegelungsstift 4 aufnehmenden Ausnehmung 25. Sobald der aufgeweitete Durchmesser den Durchmesser des Stiftkopfs 9 erreicht und übersteigt, ist der formschlüssige Hintergriff des Stiftkopfs 9 durch die keilförmigen Segmente 22a, 22b aufgehoben und der Verriegelungsstift 4 kann von selbst schwerkraftbedingt aus der Ausnehmung 25 des Verriegelungselements 20 herausfallen.
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Wird anschließend der Strom durch die Formgedächtnisdrähte 28a, 28b ausgeschaltet, so werden die keilförmigen Segmente 22a, 22b und die daran angeschlossenen Formgedächtnisdrähte 28a, 28b durch die elastische Rückstellkraft der S-förmig gebogenen Stege 23a...23d zurück in den Ausgangszustand (d. h. zum nicht aufgeweiteten Durchmesser bzw. zur Ursprungslänge) geformt. Der Verriegelungsstift 4 kann dann wieder in die Ausnehmung 25 gedrückt werden, bis der formschlüssige Hintergriff des Stiftkopfs 9 hinter den keilförmigen Segmenten 22a, 22b erreicht ist.
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Das Verriegelungselement 20 fungiert dabei als Festkörpergelenk, welches daran angreifende (durch die Kontraktionsbewegung der Formgedächtnisdrähte 28a, 28b bewirkte) Kräfte in eine Durchmesseraufweitung der Ausnehmung 25 umsetzt und dadurch den Verriegelungsstift 4 aus seinem Eingriff mit der Ausnehmung 25 löst. Für den Mechanismus sind lediglich fünf Bauteile notwendig, nämlich zwei Formgedächtnisdrähte 28a, 28b, zwei Crimphülsen 29a, 29b zu ihrer elektrische Kontaktierung und ein Festkörpergelenk in Form eines Verriegelungselements 20 zur Aufnahme und Freigabe des Verriegelungsstifts 4. Im Vergleich zur komplizierten Kinematik bekannter elektromagnetischer Entriegelungsmechanismen, die aus einer Vielzahl von Bauteilen (bis zu 30) aufgebaut sind, kann somit eine deutliche Einsparung an Gewicht und Bauraum erzielt werden. Auch kann durch die erfindungsgemäße Lösung der Leistungsbedarf signifikant reduziert werden, da sich Formgedächtnisdrähte 28a, 28b gegenüber konventionellen Elektromagneten durch eine deutlich geringere Leistungsaufnahme auszeichnen.
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4a, 4b und 5a, 5b zeigen das in einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Behälters 1 verwendete Verriegelungselement 10 in einem am Behältergehäuse 2 montierten Zustand und in einer Einzelansicht. Gemäß 4a, 4b ist das Verriegelungselement 10 in eine Aussparung 15 an der der Behälterklappe 3 abgewandten Oberfläche des Behältergehäuses 2 eingelegt und umfasst eine zur formschlüssigen Aufnahme des Verriegelungsstifts 4 bestimmte Ausnehmung 5. In der gezeigten Ausführungsform ist die Ausnehmung 5 zwischen zwei halbkreisförmigen Segmenten 12a, 12b gebildet, die voneinander durch einen Spalt S getrennt und jeweils über S-förmig gebogene Stege 13a...13d mit einem umlaufenden rechteckförmigen Rahmen 14 verbunden sind. Jeweils zwei S-förmig gebogene Stege 13a, 13b und 13c, 13d sind mit einem gemeinsamen, radial nach außen gerichteten Verbindungspunkt der halbkreisförmigen Segmente 12a, 12b verbunden und verlaufen von dort zu einander gegenüberliegenden Seiten des Rahmens 14. Die Verbindungspunkte der Stege 13a, 13b und 13c, 13d mit den halbkreisförmigen Segmenten 12a, 12b sind dabei an voneinander diametral abgewandten Seiten der halbkreisförmigen Segmente 12a, 12b angeordnet.
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Zur weiteren Bauteilreduktion ist die zur Entriegelung vorgesehene Aktorik in das Verriegelungselement 10 integriert. Da Formgedächtnislegierungen eine sehr hohe Energiedichte bereitstellen, sind selbst Formgedächtnisbleche oder -drähte mit sehr kleinen Querschnittsabmessungen bereits in der Lage die für die erforderliche Durchmesseraufweitung notwendigen Kräfte aufzubringen. Daher ist es problemlos möglich, in die vier S-förmig gebogenen Stege 13a...13d jeweils dünne, an die S-förmig gebogene Kontur angepasste Formgedächtnisbleche oder -drähte einzubetten.
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In 4a und 5a sind die Formgedächtnisaktoren 8a...8d jeweils in einem unbestromten Zustand gezeigt mit einer durchmesserkleinen Ausnehmung 5 zum Halten des (nicht gezeigten) Verriegelungsstifts 4. In 4b und 5b sind die Formgedächtnisaktoren 8a...8d in einem bestromten, aufgeheizten Zustand gezeigt mit einer durchmessergroßen Ausnehmung 5 zur Freigabe des (nicht gezeigten) Verriegelungsstifts 4.
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Die Formgedächtnisaktoren 8a...8d sind in der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Behälters gemäß 4a, 4b und 5a, 5b jeweils als Formgedächtnisbleche ausgeführt. Eine Drahtform der Formgedächtnisaktoren wäre jedoch ebenfalls denkbar. Den Formgedächtnisblechen 8a...8d wird die im entriegelten Behälterzustand gemäß 4b und 5b zu erreichende Endform jeweils durch thermomechanisches Training ”antrainiert”. Durch die Struktursteifigkeit des Verriegelungselements 10 (Festkörpergelenks) werden die Formgedächtnisbleche 8a...8d im verriegelten Behälterzustand zunächst in ihrer Ausgangsform gemäß 4a und 5a gehalten. Bei Aktivierung der Formgedächtnisbleche 8a...8d verformen sich diese jedoch und wollen ihre ”antrainierte” Endform gemäß 4b und 5b einnehmen. Bei Deaktivierung kehren die Formgedächtnisbleche 8a...8d wieder unter Einwirkung des als Festkörpergelenk fungierenden, elastisch verformten Verriegelungselements 10 in ihre Ausgangsform nach 4a und 5a zurück.
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Bei einer Strombeaufschlagung werden die Formgedächtnisbleche 8a...8d und somit die S-förmig gebogenen Stege 13a...13d gemäß 4b und 5b verkürzt. Da die S-förmig gebogenen Stege 13a...13d jeweils an den voneinander diametral abgewandten Außenseiten der halbkreisförmigen Segmente 12a, 12b angeschlossen sind, führt diese Verkürzung der Stege 13a...13d zwangsläufig zu einer radial auseinander gerichteten Bewegung der halbkreisförmigen Segmente 12a, 12b. Hierdurch vergrößert sich gemäß 4b und 5b der Spalt S zwischen den halbkreisförmigen Segmenten 12a, 12b und somit der Durchmesser der durch sie berandeten Ausnehmung 5. Bei dem in 4b und 5b gezeigten, maximal aufgeweiteten Zustand des Ausnehmung 5 ist der Hintergriff zwischen Stiftkopf 9 und halbkreisförmigen Segmenten 12a, 12b wieder aufgehoben und der Verriegelungsstift 4 kann aus der Ausnehmung 5 des Verriegelungselements 10 und der Durchgangsbohrung 6 des Behältergehäuses 2 herausfallen. Infolgedessen schwenkt die Behälterklappe 3 eingriffsfrei in die geöffnete Stellung.
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Wie aus 4a und 4b erkennbar, ist das Verriegelungselement 10 so in die Aussparung 15 des Behältergehäuses 2 eingelegt, dass die Durchgangsbohrung 6 des Behältergehäuses 2 mit der Ausnehmung 5 des Verriegelungselements 10 fluchtet. Die Durchgangsbohrung 6 des Behältergehäuses 2 dient lediglich der Führung des Verrieglungsstifts 4 beim Verriegelungs- und Entriegelungsvorgang. Die Durchgangsbohrung 6 weist hierzu einen Durchmesser auf, der gleich oder größer als der Durchmesser des Stiftkopfs 9 ist. Somit wird die Bewegung des Verriegelungsstifts 4 beim Verriegelungs- und Entriegelungsvorgang nicht durch die Durchgangsbohrung 6 behindert, sondern alleine durch den Zustand des Verriegelungselements 10 bestimmt.
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Zum Verriegeln wird der Verriegelungsstift 4 nach oben durch die Durchgangsbohrung 6 in die Ausnehmung 5 des Verriegelungselements 10 eingeführt. Dabei drückt das radial erweiterte Ende des Verriegelungsstifts 4 die halbkreisförmigen Segmente 12a, 12b nach außen, bis der Stiftkopf 9 formschlüssig unter Ausbildung eines radialen Hintergriffs auf der Rückseite der halbkreisförmigen Segmente 12a, 12b anliegt. Somit ist der Verriegelungsstift 5 samt Behälterklappe 3 gegen eine entgegengesetzt zur Einführrichtung, vertikal nach unten gerichtete Bewegung gesichert.
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Zum Entriegeln wird an die im Verriegelungselement 10 eingebetteten vier Formgedächtnisbleche 8a...8d jeweils Strom angelegt. Daraufhin weitet sich der Durchmesser der zwischen den halbkreisförmigen Segmente 12a, 12b gebildeten Ausnehmung 5 gemäß 4b und 5b auf und der Verriegelungsstift 4 löst sich aus dem formschlüssigen Eingriff, wodurch die Behälterklappe 3 in die geöffnete Stellung schwenken kann. Im abgekühlten Zustand gemäß 4a und 5a kehren die Formgedächtnisbleche 8a...8b unter Einwirkung der elastischen Rückstellkraft der S-förmig gebogenen Stege 13a...13d wieder zu ihrer ursprünglichen Form und Länge zurück.
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Das Verriegelungselement 10 gemäß 5a und 5b zeichnet sich durch die integrierte Aktorik aus, wodurch auf zusätzliche, im Behältergehäuse 2 einzubettende Formgedächtnisdrähte (wie in 1 bis 3) verzichtet werden kann. Demzufolge sind keine konstruktinellen Veränderungen am Behälter 1 selbst notwendig sind. Da lediglich ein zusätzliches Verriegelungselement 10 montiert und elektrisch angeschlossen werden muss, ist eine einfache Nachrüstbarkeit bestehender Maskenbehälter gegeben. Das Verriegelungselement 10 ist dabei bauraumneutral in einer entsprechenden Aussparung 15 des Behältergehäuses 2 versenkt und stellt (verglichen mit konventionellen, elektromagnetisch betätigten Entriegelungsmechanismen) nur ein minimales zusätzliches Gewicht dar. Im Flugzeugbau, wo Gewichtsreduktion angesichts steigender Treibstoffpreise und hohem Wettbewerbsdruck ein entscheidendes Konstruktionsmerkmal ist, kann die erfindungsgemäße Lösung daher mit großem Vorteil zur Anwendung gelangen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Behälter
- 2
- Behältergehäuse
- 3
- Behälterklappe
- 4
- Verriegelungsstift
- 5
- Ausnehmung
- 25
- Ausnehmung
- 6
- Durchgangsbohrung
- 7
- Sauerstoffmaske
- 8a...8d
- Formgedächtnisaktor (Blech oder Draht)
- 28a, 28b
- Formgedächtnisaktor (Blech oder Draht)
- 9
- radiale Erweiterung (Stiftkopf)
- 10
- Verriegelungselement (Festkörpergelenk)
- 20
- Verriegelungselement (Festkörpergelenk)
- 11
- abgeflachter Abschnitt
- 12a, 12b
- halbkreisförmige bzw. keilförmige Segmente
- 22a, 22b
- halbkreisförmige bzw. keilförmige Segmente
- 13a, 13b
- S-förmig gebogene Stege
- 23a, 23b
- S-förmig gebogene Stege
- 14
- Rahmen
- 24
- Rahmen
- 15
- Aussparung
- 16
- Bodenwand
- 17
- Zwischenwand
- 29a, 29b
- Crimphülse
- 31
- muldenförmige Vertiefung
- S
- Spalt
