DE112019003461T5

DE112019003461T5 - Lastbegrenzer mit einem energieabsorptionselement

Info

Publication number: DE112019003461T5
Application number: DE112019003461.8T
Authority: DE
Inventors: Nadav Zimron Politi; Michael Beig; Lars Witte
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV; Israel Aerospace Industries Ltd
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV; Israel Aerospace Industries Ltd
Priority date: 2018-07-08
Filing date: 2019-07-08
Publication date: 2021-04-01
Anticipated expiration: 2039-07-09
Also published as: IL260472B; DE112019003461B4; IL260472A; WO2020012464A1

Abstract

Ein Lastbegrenzer mit: einer teleskopischen Anordnung mit einer Längsachse, einem ersten Element und einem zweiten Element, das zumindest teilweise in das erste Element eingeführt ist und für eine gleitende Verschiebung relativ zum ersten Element entlang der Längsachse ausgebildet ist, wenn eine Last auf das erste Element und/oder das zweite Element zumindest teilweise entlang der Längsachse aufgebracht wird; und mindestens einem Energieabsorptionselement mit einem ersten Ende, das mit dem ersten Element verbindbar ist, und einem zweiten Ende, das mit dem zweiten Element verbindbar ist, so dass das Energieabsorptionselement zumindest teilweise außerhalb der teleskopischen Anordnung angeordnet ist, wobei das Energieabsorptionselement eine Ausgangsform aufweist, bei der das erste Ende und das zweite Ende voneinander beabstandet sind, und eine Form des Energieabsorptionselements derart ausgebildet ist, dass sie sich beim Aufbringen der Last verformt, während der Abstand variiert, wodurch zumindest ein Teil der Energie der Last absorbiert wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Der vorliegend offenbarte Gegenstand bezieht sich auf das Gebiet von Lastbegrenzern und insbesondere auf Lastbegrenzer mit teleskopischen Anordnungen.
HINTERGRUND
Lastbegrenzer, Stoßdämpfer und andere Mechanismen zur Absorption von Energie und Begrenzung von Lasten sind nach dem Stand der Technik bekannt. Sie sind beispielsweise weitverbreitet in Fahrzeugen, die sich mit Geschwindigkeit bewegen, wie z.B. Autos und Flugzeuge, um mechanische Teile, Insassen und/oder Fracht vor übermäßigen Belastungen zu schützen, denen sie z.B. bei einer Notkollision ausgesetzt sein können, wenn ein Fahrzeug über einen kurzen Zeitraum eine extreme Abbremsung erfährt.
Der Anwendungsbereich für diese Mechanismen ist so breit wie das Gebiet, das alle Körper umfasst, die sich mit Geschwindigkeit bewegen und eine planmäßig oder notfallmäßig Abbremsung erfahren, wie Aufzüge, Automobile, Züge, Flugzeuge, Raumfahrzeuge usw.
Bekannte Mechanismen sind beispielsweise in US 4361212 aufgeführt, worin ein bidirektionaler mechanischer Lastbegrenzer für ein Push-Pull-Steuergestänge offenbart ist, der einen rohrförmigen quetschbaren Kern aufweist, der als Reaktion auf eine vorbestimmte Zug- oder Drucklast gequetscht wird, um die Last im Gestänge zu begrenzen.
Ein anderes Beispiel ist US 4558837 , worin ein Kufenlandegestell offenbart ist, das mit Komponenten versehen ist, die eine Vorrichtung zur Energieabsorption durch plastische Verformung und/oder zur Kraftbegrenzung aufweisen.
Noch ein anderes Beispiel ist US 3461740 , worin eine zusammenklappbare Säule des Typs offenbart ist, der für die Lenkung von Kraftfahrzeugen verwendet wird, mit Vorrichtungen zur Energieabsorption, die um die Wellenabschnitte herum angeordnet sind, so dass die Säule Energie absorbiert, während sie sich beim Aufprall teleskopartig zusammenschiebt, um Brustkorbverletzung bei einem in einen Unfall verwickelten Fahrer zu vermeiden.
Noch ein weiteres Beispiel ist US 2981534 , worin ein teleskopischer Stoßdämpfer offenbart ist, der einen Zylinder und eine Kolbenstange sowie ein elastisches Kissen aufweist, das auf der Kolbenstange angebracht ist, um parallel dazu zu arbeiten.
Ferner ist ein weiteres Beispiel GB 2446662 , worin ein Aufhängungssystem mit zwei gegenüberliegenden E-Federn und einem hydraulischen Dämpfer offenbart ist.
Noch ein anderes Beispiel ist DE 10247640 , worin ein Stoßdämpfer offenbart ist, der in Kombination mit einer Feder derart angeordnet ist, dass die Feder bei einer Einfederbewegung auf einer Kolbenstange des Stoßdämpfers gleitet.
Noch ein weiteres Beispiel ist DE 19956090A1 , worin ein Stoßdämpfer offenbart ist, der über ein Stützlager und eine Befestigungsstelle an Blattfedern angebracht ist.
Außerdem ist ein weiteres Beispiel DE 19962026A1 , worin eine Federanordnung mit einem Dämpferelement, einer Kolbenstange und einem Federelement offenbart ist.
Noch ein weiteres Beispiel ist RU 2524712 , worin ein Eimalabsorber offenbart ist, der zusammenklappbare elastische Dämpfungselemente aufweist.
Ferner ist ein weiteres Beispiel RU 2552426 , worin ein Stoßdämpfer für explosionsgeschützte Objekte mit elastischen Dämpfungselementen offenbart ist.
Noch ein anderes Beispiel ist US 4828237 , worin ein hydraulischer Stoßdämpfer offenbart ist, der eine Hülse aufweist, die teleskopisch an einem Zylinder befestigt ist, der von dieser axial nach außen bewegbar ist, um eine effektive radiale lasttragen Stützung zu erhöhen.
Noch ein weiteres Beispiel ist US 7823709 , worin Faltenbälge für Zylindereinheiten zum Schutz gegen Verschmutzung und Beschädigung offenbart sind.
Außerdem ist ein weiteres Beispiel US 9004470 , worin ein Stoßdämpfer offenbart ist, der ein Anschlagpuffernasenhalterungselement aufweist, das mit einem Anschlagpuffer wechselwirkt, um ein Gleiten und Geräusche zu beseitigen.
Noch ein anderes Beispiel ist US 2006071378 , worin eine Aufhängungsanordnung offenbart ist, die ein erstes Endelement, ein zweites Endelement und ein flexibles Element aufweist, welches zusammen mit dem ersten Endelement und dem zweiten Endelement eine Fluidkammer definiert.
Noch ein weiteres Beispiel ist WO 2010064291 , worin ein elektromagnetisches Aufhängungssystem offenbart ist, das eine Luftfeder aufweist, die als ein Aufhängungsmechanismus wirkt.
Ferner ist ein weiteres Beispiel WO 2011026549 , worin ein Feder-StoßdämpferElement offenbart ist, das eine Feder und ein Federlager aufweist, das mit einem Durchgang versehen ist, durch den eine Kolbenstange hindurchgleiten kann.
Noch ein anderes Beispiel ist CN 202520849 , worin ein Fahrzeugschwingungsdämpfer offenbart ist, der eine Luftfeder und einen Dämpfer aufweist.
ALLGEMEINE BESCHREIBUNG
Nach einem Aspekt des vorliegend offenbarten Gegenstands ist ein Lastbegrenzer vorgesehen, der eine teleskopische Anordnung mit einer Längsachse aufweist. Die teleskopische Anordnung weist ein erstes Element und ein zweites Element auf, das zumindest teilweise in das erste Element eingeführt ist und für eine gleitende Verschiebung relativ zum ersten Element entlang der Längsachse ausgebildet ist, wenn eine Last auf das erste Element und/oder das zweite Element zumindest teilweise entlang der Längsachse aufgebracht wird.
Der Lastbegrenzer weist ferner mindestens ein Energieabsorptionselement auf mit einem ersten Ende, das mit dem ersten Element verbindbar ist, und einem zweiten Ende, das mit dem zweiten Element verbindbar ist, so dass das Energieabsorptionselement zumindest teilweise außerhalb der teleskopischen Anordnung angeordnet ist. Das Energieabsorptionselement weist eine Ausgangsform auf, bei der sein erstes Ende und sein zweites Ende voneinander beabstandet sind, und die Form des Energieabsorptionselements ist derart ausgebildet, dass sie sich beim Aufbringen der Last verformt, während der Abstand variiert, wodurch zumindest ein Teil der Energie der Last absorbiert wird.
Das zweite Element der teleskopischen Anordnung kann relativ zum ersten Element zwischen einer ersten Position, in der das Energieabsorptionselement seine Ausgangsform hat und der Abstand zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende ein erster Abstand ist, und einer zweiten Position und/oder einer dritten Position verschiebbar sein.
In der zweiten Position kann das zweite Element in das erste Element verschoben und in einem größeren Ausmaß als in der ersten Position darin eingeführt sein und das Energieabsorptionselement weist eine komprimierte Form auf, bei der das erste Ende und das zweite Ende des Energieabsorptionselements in einem zweiten Abstand voneinander beabstandet sind, der kürzer als der erste Abstand ist.
In der dritten Position kann das zweite Element in das erste Element verschoben und in einem geringeren Ausmaß als in der ersten Position darin eingeführt sein und das Energieabsorptionselement weist eine ausgedehnte Form auf, bei der das erste Ende und das zweite Ende des Energieabsorptionselements in einem dritten Abstand voneinander beabstandet sind, der länger als der erste Abstand ist.
Das Energieabsorptionselement kann ferner eine Innenfläche aufweisen, die einer imaginären Linie zugewandt ist, die sich zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende erstreckt, auf der sich ein am weitesten von der imaginären Linie entfernter Punkt in einer ersten Höhe von der imaginären Linie befindet, wenn das Energieabsorptionselement seine Ausgangsform hat; und wobei, wenn das Energieabsorptionselement seine komprimierte Form hat, der am weitesten entfernte Punkt in einer zweiten Höhen von der imaginären Linie beabstandet ist, die größer als die erste Höhe ist, und wenn das Energieabsorptionselement seine ausgedehnte Form hat, der am weitesten entfernte Punkt in einer dritten Höhe von der imaginären Linien beabstandet ist, die kleiner als die erste Höhe ist.
Das Energieabsorptionselement weist ferner eine Außenfläche auf, die von der imaginären Linie abgewandt ist und in der Ausgangsform des Energieabsorptionselements eine geringere Wölbung als die Innenfläche aufweist.
Das Energieabsorptionselement kann ferner eine Hauptachse aufweisen, die sich zwischen seinem ersten Ende und seinem zweiten Ende erstreckt, sowie Querschnitte senkrecht zur Hauptachse, die unterschiedliche Querschnittsflächen haben können.
Die Querschnittsfläche an dem am weitesten entfernten Punkt des Energieabsorptionselements kann größer sein als das erste Ende und das zweite Ende des Energieabsorptionselements.
Die Querschnittsfläche an dem am weitesten entfernten Punkt des Energieabsorptionselements kann relativ zu sämtlichen Querschnittsflächen aller anderen Querschnitte entlang der Hauptachse des Energieabsorptionselements maximal sein.
Jeder der Querschnitte kann eine Querschnittshöhe aufweisen, die sich entlang einer imaginären Ebene erstreckt, welche die imaginäre Linie umfasst, sowie eine Querschnittsbreite, die sich entlang einer Ebene senkrecht zur imaginären Ebene erstreckt. Die Querschnittsbreite jedes Querschnitts kann konstant sein und die Querschnittshöhe kann unterschiedlich sein.
Die Querschnittshöhe eines Querschnitts, der den am weitesten entfernten Punkt umfasst, kann relativ zu den Querschnittshöhen sämtlicher anderer Querschnitte entlang der Hauptachse des Energieabsorptionselements maximal sein.
Jeder der Querschnitte kann eine im Wesentlichen rechteckige oder elliptische Form aufweisen. Die Variation der Querschnittsfläche entlang der Hauptachse des Energieabsorptionselements kann ermöglichen, dass sich eine im Wesentlichen gleichmäßige Spannung und Dehnung im gesamten Energieabsorptionselement entwickelt, wenn die Last aufgebracht wird. Das Energieabsorptionselement kann dort dicker ausgestaltet sein, wo bei axialer Belastung des Lastbegrenzers mit maximalem Biegemoment und maximaler Spannung zu rechnen ist, d.h. an dem am weitesten entfernten Punkt, und die Spannung bei Belastung des Lastbegrenzers im Wesentlichen gleichmäßig über das Element verteilt wird. Dies kann dazu führen, dass das Energieabsorptionselement eine im Wesentlichen gleichmäßige plastische Verformung entlang seiner Länge aufweist, wenn die Last aufgebracht wird, im Gegensatz zur Bildung eines plastischen Gelenks (was bei dem vorliegend offenbarten Gegenstand nicht auftritt). Solch ein plastisches Gelenk wird gebildet, wenn sich die Spannung an einer Stelle eines belasteten Elements konzentriert, und als Folge davon tritt eine extreme Verformung an dieser Stelle auf, was zu einem Gelenkeffekt führt, während die anderen Teile des Elements nicht an der Aufgabe der Energieabsorption beteiligt sind, keine oder nur geringe Spannung und keine oder nur geringe Verformung erfahren. Während die plastische Verformung, die im Bereich eines plastischen Gelenks auftritt, ineffizient und gefährlich ist, da es sich um eine große Menge an Spannung und Dehnung handelt, die auf einem kleinen Bereich auftritt, ist die plastische Verformung, die über das Energieabsorptionselement des vorliegend offenbarten Gegenstands auftritt, äquivalent zur Summierung kleiner Mengen plastischer Verformung, die über das gesamte Element auftreten, und ist daher hocheffizient. Die plastische Verformung, die das Element erfährt, ist maximal, d.h. die Verschiebung, die das Element erfährt, ist maximal, d.h. die Energieabsorption ist maximiert.
Die Bildung eines plastischen Gelenks in einem Strukturelement wie das Energieabsorptionselement, das gemäß dem vorliegend offenbarten Gegenstand vorgesehen ist, kann in einer Situationen gefährlich sein, in der Sicherheit von der Integrität des Strukturelements abhängt, da die Bildung eines plastischen Gelenks an einer bestimmten Stelle im Element ein Hinweis darauf ist, dass ein Strukturversagen an der Stelle des plastischen Gelenks auftritt und dass ein Bruch des Elements an dieser Stelle sehr wahrscheinlich bevorsteht, wenn das Element weiter belastet wird. Eine Fläche jedes Querschnitts entlang der Hauptachse des Energieabsorptionselements ist dazu ausgebildet, entsprechend einem berechneten zulässigen Biegemoment für das Energieabsorptionselement unter Auslegungslast an jedem der Querschnitte zu variieren, so dass die Querschnittsfläche an einer Stelle entlang der Hauptachse maximal ist, an der das Biegemoment maximal ist, und so dass die Größe der Querschnittsfläche entlang der Hauptachse proportional abnimmt entsprechend einer Verringerung der Werte des Biegemoments entlang der Hauptachse.
Im Gegensatz zu einem plastischen Gelenk und elastischen Federn ist das Energieabsorptionselement, das gemäß dem vorliegend offenbarten Gegenstand vorgesehen ist, derart ausgebildet, dass es zu Beginn der plastischen Verformung eine dauerhafte Verformung von mindestens 0,2 % erfährt. Beispielsweise erfährt das Energieabsorptionselement im Gegensatz zu elastischen Federn bereits zu Beginn der Verformung (bei Lastaufbringung) eine dauerhafte Verformung von mindestens 0,2%. Solche elastischen Federn sollen sich zumindest bis zum Erreichen einer jeweiligen Elastizitätsgrenze elastisch verformen und dabei zumindest bis zum Erreichen einer solchen Elastizitätsgrenze keine plastische Verformung aufweisen. Die strukturelle Ausgestaltung des Energieabsorptionselements, einschließlich einer variablen Querschnittsfläche entlang der Länge des Energieabsorptionselements und einer Querschnittshöhe des Querschnitts, der den am weitesten entfernten Punkt umfasst und größer als eine Querschnittsbreite des Querschnitts ist, der den am weitesten entfernten Punkt umfasst, ermöglicht die plastische Verformung über die gesamte Länge des Energieabsorptionselements. Die daraus resultierende dauerhafte Verformung von mindestens 0,2 % bedeutet, dass selbst bei einer anfänglichen Spannung, die auf das Energieabsorptionselement aufgebracht wird, das Energieabsorptionselement nach Aufhebung dieser Spannung eine dauerhafte Dehnung von mindestens 0,2 % erfährt.
Das Energieabsorptionselement kann einen ersten Schenkel mit seinem ersten Ende, einen zweiten Schenkel mit seinem zweiten Ende und einen Überbrückungsabschnitt aufweisen, der den ersten Schenkel und den zweiten Schenkel miteinander verbindet und die zusammen eine gebogene Form bilden.
Der Überbrückungsabschnitt kann zusammen mit dem ersten Schenkel und dem zweiten Schenkel einen kontinuierlichen Festkörper bilden.
Die Ausgangsform des Energieabsorptionselements kann eine bumerangartige Form sein.
Die Ausgangsform des Energieabsorptionselements kann symmetrisch sein.
Das Energieabsorptionselements kann vollständig außerhalb der teleskopischen Anordnung angeordnet sein.
Das erste Ende und das zweite Ende des Energieabsorptionselements können schwenkbar mit dem ersten Element bzw. dem zweiten Element der teleskopischen Anordnung verbunden sein.
Es ist ersichtlich, dass aufgrund der strukturellen Ausgestaltung des Lastbegrenzers gemäß dem vorliegend offenbarten Gegenstand, d.h. der teleskopischen Beschaffenheit der teleskopischen Anordnung, der Form der Energieabsorptionselemente, ihrer Zusammensetzung aus einem duktilen Material mit hoher Bruchdehnung und ihrer Anordnung außerhalb der teleskopischen Anordnung sowie der schwenkbaren Beschaffenheit der Schwenkverbindungen zwischen den Enden der Energieabsorptionselemente und dem ersten und dem zweiten Element, die folgenden wünschenswerten Ergebnisse in Bezug auf den Energieabsorptionsvorgang des Lastbegrenzers erreicht werden können:

- Der Lastweg der auf den Lastbegrenzer aufgebrachten Last wirkt nur in axialer Richtung entlang der teleskopischen Anordnung, so dass die teleskopische Anordnung nach einem Energieabsorptionsvorgang (Druck oder Zug) des Lastbegrenzers unbeschädigt ist. Somit bleibt der Lastbegrenzer funktionsfähig, um bei nachfolgenden Lasthüben, die auf ihn einwirken, Energie zu absorbieren.
- Bei Einwirkung einer bekannten Last auf den Lastbegrenzer, der basierend auf Gestaltungsvorgaben (z.B. zu erwartende Lasten) ausgestaltet ist, zur Absorption einer berechenbaren Energiemenge durch eine berechenbare Zug- und/oder Druckverschiebung, überträgt der Lastbegrenzer nur eine berechenbare konstante Last und verhindert die Übertragung von Biegemomenten.
- In ihrer Anordnung außerhalb der teleskopischen Anordnung sind die Energieabsorptionselemente für einen ggf. erforderlichen Austausch leicht zugänglich.
- Das Energieabsorptionselement erfährt eine dauerhafte Verformung von mindestens 0,2 %.
- Die plastische Verformung des Energieabsorptionselements ermöglicht das Erreichen der maximal zulässigen plastischen Dehnung entlang seiner gesamten Länge bis zum Ende des Verformungsprozesses.

Der Lastbegrenzer des vorliegend offenbarten Gegenstands kann an einem Fahrwerk eines Raumfahrzeugs montiert sein oder in eine Lenksäule eines Fahrzeugs integriert sein.
Nach einem weiteren Aspekt des vorliegend offenbarten Gegenstands ist ein Fahrzeug vorgesehen, das einen Lastbegrenzer nach dem oben genannten ersten Aspekt und mit einer der obigen Kombinationen und Ausgestaltungen davon aufweist.
Figurenliste
Zum besseren Verständnis des vorliegend offenbarten Gegenstands und zur Veranschaulichung, wie dieser in der Praxis ausgeführt werden kann, werden nun Ausführungsformen nur als nicht einschränkendes Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben:

1A zeigt eine isometrische Ansicht eines Lastbegrenzers nach einem Beispiel des vorliegend offenbarten Gegenstands;
1B zeigt eine isometrische Ansicht eines Energieabsorptionselements des in 1A gezeigten Lastbegrenzers;
1C zeigt einen Querschnitt des Energieabsorptionselements aus 1B entlang der in 1B gezeigten Linie C-C;
1D zeigt einen Querschnitt des Energieabsorptionselements aus 1B entlang der in 1B gezeigten Linie D-D;
1E zeigt einen Querschnitt des Energieabsorptionselements aus 1B entlang der in 1B gezeigten Linie E-E;
2A zeigt eine isometrische Ansicht des in 1A gezeigten Lastbegrenzers, wobei die Energieabsorptionselemente in ihrer komprimierten Form gezeigt sind;
2B zeigt eine isometrische Ansicht eines der Energieabsorptionselemente des in 2A gezeigten Lastbegrenzers;
3A zeigt eine isometrische Ansicht des in 1A gezeigten Lastbegrenzers, wobei die Energieabsorptionselemente in ihrer ausgedehnten Form gezeigt sind; und
3B zeigt eine isometrische Ansicht eines der Energieabsorptionselemente des in 3A gezeigten Lastbegrenzers.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird auf 1 Bezug genommen, die einen Lastbegrenzer 10 nach einer Ausführungsform des vorliegend offenbarten Gegenstands zeigt.
Der Lastbegrenzer 10 weist eine teleskopische Anordnung 20 mit einer Längsachse Y, einem ersten Element 22 und einem zweiten Element 24 auf, das zumindest teilweise in das erste Element 22 eingeführt ist. Der Lastbegrenzer 10 weist ferner zwei identische Energieabsorptionselemente auf, die an zwei entgegengesetzten Seiten der teleskopischen Anordnung 20 angeordnet sind, d.h. ein erstes Energieabsorptionselement 30 und ein zweiten Energieabsorptionselement 30'. In den nachfolgenden Erläuterungen wurde auf das erste Energieabsorptionselement 30 Bezug genommen, jedoch gelten diese Erläuterungen in ähnlicher Weise und in gleicher Weise für das zweite Energieabsorptionselement 30'. Das erste Energieabsorptionselement 30 weist ein erste Ende 32 auf, das schwenkbar mit dem ersten Element 22 verbunden ist, sowie ein zweites Ende 34, das schwenkbar mit dem zweiten Element 24 verbunden ist, so dass das erste Energieabsorptionselement 30 außerhalb der teleskopischen Anordnung 20 angeordnet ist.
Der Lastbegrenzer 10 ist derart aufgebaut, dass das zweite Element 24 für eine gleitende Verschiebung relativ zum ersten Element 22 entlang der Längsachse Y ausgebildet ist, wenn eine Last (d.h. eine Drucklast oder eine Zuglast) auf das erste Element 22 und/oder das zweite Element 24 zumindest teilweise entlang der Längsachse Y aufgebracht wird.
Das erste Energieabsorptionselement 30 ist derart aufgebaut, dass es eine Ausgangsform aufweist, bei der das erste Ende 32 und das zweite Ende 34 voneinander beabstandet sind. Die Form des ersten Energieabsorptionselements 30 ist derart ausgebildet, dass sie sich beim Aufbringen der oben genannten Last verformt, während der Abstand zwischen dem ersten Ende 32 und dem zweiten Ende 34 variiert, d.h. zunimmt oder abnimmt, entsprechend der Richtung der Last, so dass das Energieabsorptionselement 30 dadurch zumindest einen Teil der Energie der Last absorbiert.
In dem in 1A gezeigten Beispiel sind zwei verschiedene beispielhafte Lasten gezeigt. Das erste Beispiel ist eine Drucklast F_C, die auf das zweite Element 24 des Lastbegrenzers 10 entlang der Längsachse Y aufgebracht wird. Das zweite Beispiel ist eine Zuglast F_T, die auf das zweite Element 24 des Lastbegrenzers 10 aufgebracht wird. Wie in 1A zu sehen ist, wird die beispielhafte Last F_T auf das zweite Element 24 des Lastbegrenzers 10 in einem Winkel α zur Längsachse Y aufgebracht, so dass die auf das zweite Element 24 entlang der Längsachse Y aufgebrachte Zuglast die vertikale Komponente der Last F_T ist, d.h. F_TY = F_T cos a. Die Richtung der in 1A gezeigten Drucklast und Zuglast ist lediglich beispielhaft und kann selbstverständlich variieren.
Das Aufbringen der Drucklast Fe auf den Lastbegrenzer 10 aus 1A würde bewirken, dass das zweite Element 24 in das erste Element 22 in der Richtung des Pfeils gleitet, der zur Darstellung der Drucklast F_C in 1A gezeigt ist. Das Aufbringen der Zuglast F_T auf den Lastbegrenzer 10 aus 1A würde bewirken, dass das zweite Element 24 weiter aus dem ersten Element 22 hinaus in Richtung des Pfeils gleitet, der zur Darstellung von F_TY gezeigt ist, welches die Komponente der Zuglast F_T ist, die entlang der Längsachse Y der teleskopischen Anordnung 20 wirkt.
Bei dem in 1A gezeigten Beispiel des Lastbegrenzers 10 ist der Abstand zwischen dem ersten Ende 32 und dem zweiten Ende 34 des Energieabsorptionselements 30 als erster Abstand D1 gezeigt und die entsprechende Form des in 1A gezeigten Lastbegrenzers 10 ist die Ausgangsform des Lastbegrenzers 10. Die Form des Energieabsorptionselements 30 ist derart ausgebildet, dass sie sich verformt, wenn eine Last, wie z.B. eine Drucklast F_C oder eine Zuglast F_T auf das erste Element 22 und/oder das zweite Element 24 aufgebracht wird, während der Abstand zwischen dem ersten Ende 32 und dem zweiten Ende 34 variiert, so dass das Energieabsorptionselement 30 dadurch zumindest einen Teil der Energie der aufgebrachten Last absorbiert.
Wie vorstehend in Bezug auf 1A beschrieben, ist das zweite Element 24 dazu ausgebildet, relativ zum ersten Element 22 des Lastbegrenzers 10 verschoben zu werden. In einer ersten Position des zweiten Elements 24 relativ zum ersten Element 22 weist das Energieabsorptionselement 30 seine Ausgangsform auf, bei welcher der Abstand zwischen dem ersten Ende 32 und dem zweiten Ende 34 des Energieabsorptionselements 30 der erste Abstand D1 ist. Beim Aufbringen der Drucklast Fe ist das zweite Element 24 dazu ausgebildet, sich relativ zum ersten Element 22 aus der ersten Position in eine in 2A gezeigte zweite Position zu verschieben, und beim Aufbringen der Zuglast F_T ist das zweite Element 24 dazu ausgebildet, sich relativ zum ersten Element 22 aus der ersten Position in eine in 3A gezeigte dritte Position zu verschieben. Die Verschiebung bewirkt eine Veränderung des Abstands zwischen dem ersten Element 32 und dem zweiten Element 34 des Energieabsorptionselements 30, was mit dessen Verformung einhergeht.
Eine beispielhafte zweite Position des zweiten Elements 24 relativ zum ersten Element 22 ist in 2A gezeigt. In der zweiten Position ist das zweite Element 24 in das erste Element 22 verschoben und in einem größeren Ausmaß als in der ersten Position darin eingeführt. Darüber hinaus weist das erste Energieabsorptionselement 30 in der zweiten Position eine komprimierte Form auf, bei der das erste Ende 32 und das zweite Ende 34 in einem zweiten Abstand D2 voneinander beabstandet sind, der kürzer als der erste Abstand D1 ist.
Kurz rückblickend auf das in 1A gezeigte Beispiel des Lastbegrenzers 10 ist zu sehen, dass in der ersten Position des zweiten Elements 24 relativ zum ersten Element, 22 wobei das zweite Element 24 teilweise in das erste Element 22 eingeführt ist, ein verbleibender Abschnitt des zweiten Elements 24, der nicht in das erste Element 22 eingeführt ist, eine Länge N1 aufweist.
Wie vorstehend erläutert, ist das zweite Element 24 in der zweiten Position des zweiten Elements 24 relativ zum ersten Element 22 in das erste Element 22 verschoben und in einem größeren Ausmaß als in der ersten Position darin eingeführt. Dieses Szenario wäre zu erwarten, wenn eine Drucklast auf die teleskopische Anordnung 20 aufgebracht wird. Die ist bei dem in 2A gezeigten Beispiel des Lastbegrenzers 10 zu sehen, bei dem eine beispielhafte Drucklast F_C aus die teleskopische Anordnung 20 aufgebracht wird. Infolgedessen ist das zweite Element 24 in einem maximalen Ausmaß in das erste Element 22 verschoben und die Länge N2, die der Länge N1 aus 1 entspricht, welches die verbleibende Länge des zweiten Elements 24 ist, die nicht in das erste Element 22 eingeführt ist, ist minimal. Bei dem in 2A gezeigten Beispiel, das die zweite Position des zweiten Elements 24 relativ zum ersten Element 22 darstellt, ist ersichtlich, dass N2 < N1, und dementsprechend, dass das zweite Element 24 in der zweiten Position aus 2A in das erste Element 22 verschoben und in einem größeren Ausmaß als in der in 1A gezeigten ersten Position darin eingeführt ist.
Wie vorstehend beschrieben, wenn das zweite Element 24 aus einer ersten Position (1A) in eine zweite Position (2A) verschoben ist, weist das Energieabsorptionselement 30 des Lastbegrenzers 10 eine komprimierte Form auf und der Abstand zwischen seinem ersten Ende 32 und zweiten Ende 34 ist der zweite Abstand D2, der kürzer als der erste Abstand D1 ist. Die Verschiebung ΔD, welche das erste und das zweite Ende des Energieabsorptionselements 30 während seines deformativen Übergangs zwischen seiner Ausgangsform und seiner komprimierten Form (Druckverschiebung) erfährt, ist die Differenz zwischen den Längen von D1 und D2, d.h. ΔD₁₂ = D1 - D2.
Eine beispielhafte dritte Position des zweiten Elements 24 relativ zum ersten Element 22 des Lastbegrenzers 10 ist in 3A gezeigt. In der dritten Position ist das zweite Element 24 in das erste Element 22 verschoben und in einem geringeren Ausmaß als in der ersten Position darin eingeführt. Darüber hinaus weist das Energieabsorptionselement 30 in der dritten Position des zweiten Elements 24 eine ausgedehnte Form auf, bei der das erste Ende 32 und das zweite Ende 34 in einem dritten Abstand D3 voneinander beabstandet sind, der länger als der erste Abstand D1 ist.
Wie vorstehend erläutert, ist das zweite Element 24 in der dritten Position des zweiten Elements 24 relativ zum ersten Element 22 in das erste Element 22 verschobene und in einem geringeren Ausmaß als in der ersten Position darin eingeführt. Dieses Szenario wäre zu erwarten, wenn eine Zuglast auf die teleskopische Anordnung 20 aufgebracht wird. Dies ist in dem in 3A gezeigten Beispiel des Lastbegrenzers 10 zu sehen, wobei eine beispielhaft Zuglast F_T auf die teleskopische Anordnung 20 aufgebracht wird. Infolgedessen ist das zweite Element 24 in einem geringeren Ausmaß als in 1A in das erste Element verschoben, da die Länge N3, welches die verbleibende Länge des zweiten Elements 24 ist, die nicht in das erste Element 22 eingeführt ist, größer als die Länge N1 in 1A ist.
Wie vorstehend beschrieben, wenn das zweite Element 24 aus einer ersten Position (1A) in eine dritte Position (3A) verschoben ist, weist das Energieabsorptionselement 30 des Lastbegrenzers 10 eine ausgedehnte Form auf und der Abstand zwischen seinem ersten Ende 32 und seinem zweiten Ende 34 ist der dritte Abstand D3, der länger als der erste Abstand D1 ist. Dementsprechend ist in 3A zu sehen, dass das Energieabsorptionselement 30 in seiner ausgedehnten Form ist, wobei sich das erste Ende 32 und das zweite Ende 34 voneinander wegbewegt haben. Da der Trennungsabstand zwischen dem ersten Ende 32 und dem zweiten Ende 34 zugenommen hat, wie in den 1A und 3A zu sehen ist, ist der dritte Abstand D3 länger als der erste Abstand D1 aus 1A. Darüber hinaus ist die Verschiebung ΔD, welche das Energieabsorptionselement 30 während seines deformativen Übergangs zwischen seiner Ausgangsform und seiner ausgedehnten Form (Zugverschiebung) erfährt, die Differenz zwischen den Längen von D1 und D3, d.h. ΔD₁₃ = D3 - D1.
Im Folgenden wird auf die 1B, 2B und 3B Bezug genommen, die Nahansichten des ersten Energieabsorptionselements 30 jeweils in seiner Ausgangsform, komprimierten Form und ausgedehnten Form darstellen. Wie in 1B gezeigt, weist das erste Energieabsorptionselement 30 eine Innenfläche 40 auf, die einer imaginären Linie L zugewandt ist, die sich zwischen dem ersten Ende 32 und dem zweiten Ende 34 des Energieabsorptionselements 30 erstreckt. Darüber hinaus weist das Energieabsorptionselement 30 einen am weitesten entfernten Punkt P_F auf, der von der imaginären Linie L in einer ersten Höhe H1 beabstandet ist, wenn das Energieabsorptionselement 30 in seiner Ausgangsform ist.
Im Vergleich dazu, wie in 2B gezeigt, wenn das Energieabsorptionselement 30 seine komprimierte Form aufweist, ist der am weitesten entferne Punkt P_F von der imaginären Linie L in einer zweiten Höhe H2 beabstandet, die größer als die erste Höhe H1 ist, und wenn das Energieabsorptionselement seine ausgedehnte Form aufweist, wie in 3B gezeigt, ist der am weitesten entfernte Punkt P_F von der imaginären Linie L in einer dritten Höhe H3 beabstandet, die kleiner als die erste Höhe H1 ist.
Das erste Energieabsorptionselement 30 ist derart aus einem Material geformt und hergestellt, dass es zum Absorbieren einer maximalen Energiemenge mit einer minimalen Materialmenge ausgebildet ist. Das Ziel, das durch einen minimalen Materialeinsatz erreicht wird, ist die Gewichtsreduzierung des Energieabsorptionselements. Die Optimierung der Form des ersten Energieabsorptionselements 30 kann somit auch als Optimierung des Verhältnisses zwischen der Energieabsorptionskapazität des Energieabsorptionselements und dessen Gewicht gesehen werden. Darüber hinaus weist das erste Energieabsorptionselement 30 eine monolithische Struktur auf, d.h. es besteht in seinem gesamten Volumen gleichmäßig aus einem festen Material, wie in den 1B, 2B und 3B gezeigt. Das Ziel, das durch eine feste monolithische Konstruktion erreicht wird, ist bessere Festigkeit und Haltbarkeit des Energieabsorptionselements 30 bei gleichzeitiger Beibehaltung und Verbesserung seiner plastischen Verformbarkeit über seine gesamte Länge.
Zur Minimierung des Gewichts des Energieabsorptionselements 30 durch Minimierung der für das Energieabsorptionselement 30 verwendeten Materialmenge, wird die in 1B gezeigte Bogenhöhe H1 minimiert.
Es ist ersichtlich, dass die Energie, die durch das Aufbringen einer Last auf die teleskopische Anordnung 20 auf das erste Energieabsorptionselement 30 übertragen wird, wie vorstehend in Bezug auf die 1A, 1B, 2A, 2B, 3A und 3B erläutert, vom Energieabsorptionselement 30 durch plastische Verformung des ersten Energieabsorptionselements 30 absorbiert wird. Wie zuvor erläutert, ist das Energieabsorptionselement 30 dazu ausgebildet, eine plastische Verformung zu erfahren, wenn es aus seiner Ausgangsform, wie in den 1A und 1B gezeigt, in seine komprimierte Form, wie in den 2A und 2B gezeigt, verformt wird, wenn eine Drucklast auf die teleskopische Anordnung 20 aufgebracht wird. Das Energieabsorptionselement 30 ist ferner dazu ausgebildet, eine plastische Verformung zu erfahren, wenn es aus seiner Ausgangsform, wie in den 1A und 1B gezeigt, in seine ausgedehnte Form, wie in den 3A und 3B gezeigt, verformt wird, wenn eine Zuglast auf die teleskopische Anordnung 20 aufgebracht wird.
Es ist jedoch ferner ersichtlich, dass ein Energieabsorptionselement 30 nach dem vorliegend offenbarten Gegenstand, das eine Verformung erfahren hat und teilweise komprimiert oder teilweise ausgedehnt wurde, eine zusätzliche Verformung erfahren kann, um mehr oder weniger komprimiert, mehr oder weniger ausgedehnt, komprimiert, nachdem es zuvor ausgedehnt wurde, oder ausgedehnt, nachdem es zuvor komprimiert wurde, zu werden. Das Energieabsorptionselement 30, das eine plastische Verformung erfahren hat, während es bis zum maximalen Ausmaß komprimiert wurde, kann keine zusätzliche plastische Verformung erfahren, um weiter komprimiert zu werden, aber es kann eine zusätzliche plastische Verformung erfahren, während es aus der maximal komprimierten Position ausgedehnt wird. Andererseits kann das Energieabsorptionselement 30, das eine plastische Verformung erfahren hat, während es bis zum maximalen Ausmaß ausgedehnt wurde, keine zusätzliche plastische Verformung erfahren, um weiter ausgedehnt zu werden, aber es kann eine zusätzliche plastische Verformung erfahren, während es aus der maximal ausgedehnten Position komprimiert wird.
Bei einem Energieabsorptionselement 30, das nach dem vorliegend offenbarten Gegenstand geformt ist, bei einer gegebenen konstanten Last, ermöglicht eine maximaler Verschiebung, wie vorstehend in Bezug auf die 1B, 2B und 3B erläutert, eine maximale Energieabsorption. Da das Energieabsorptionselement 30 eine Energieabsorption sowohl unter Drucklasten als auch unter Zuglasten ermöglicht, kann die Form des Energieabsorptionselements 30 entsprechend den Gestaltungsanforderungen so angepasst werden, dass es eine größere Zulässigkeit für Zuglasten (d.h. zulässige Zugverschiebung) zulasten seiner Zulässigkeit für Drucklasten (d.h. zulässige Druckverschiebung) aufweist und umgekehrt.
In Bezug auf die 1A, 1B, 2A und 2B kann eine Druckverschiebung so erklärt werden, dass es sich um die Entfernung handelt, die das erste Ende 32 und das zweite Ende 34 von deren Ausgangspositionen in der Ausgangsform des Energieabsorptionselements 30, wie in den 1A und 1B gezeigt, zu deren Positionen in der komprimierten Form des Energieabsorptionselements 30, wie in den 2A und 2B gezeigt, zurücklegen, mit anderen Worten ΔD₁₂.
In Bezug auf die 1A, 1B, 3A und 3B kann die Zugverschiebung so erklärt werden, dass es sich um die Entfernung handelt, die das erste Ende 32 und das zweite Ende 34 von deren Ausgangspositionen in der Ausgangsform des Energieabsorptionselements 30, wie in den 1A und 1B gezeigt, zu deren Positionen in der ausgedehnten Form des Energieabsorptionselements 30, wie in den 3A und 3B gezeigt, zurücklegen, mit anderen Worten ΔD₁₃.
Zur Maximierung der Energieabsorption durch Maximierung der zulässigen Verschiebung, besteht das Energieabsorptionselement 30 aus einem duktilen Material mit hoher Bruchdehnung. Die Verwendung eines duktilen Materials mit hoher Bruchdehnung für das Energieabsorptionselement 30 ermöglicht die Absorption von Energie durch das Element 30 durch plastische Verformung des Elements 30. Die Menge der absorbierten Energie ist aufgrund der sehr hohen plastischen Dehnung, die sich im Energieabsorptionselement 30 bei dessen Belastung entwickelt, hoch. Außerdem hat der Bereich, in dem das Energieabsorptionselement 30 arbeitet, eine hohe Sicherheitsspanne, so dass keine Gefahr der Rissbildung besteht.
Die hohe Bruchdehnung des dehnbaren Materials, aus dem das Energieabsorptionselement besteht, ermöglicht dem Energieabsorptionselement 30 mehrere Kompressions- und Ausdehnungszyklen zu erfahren, ohne zu brechen.
Betrachtet man nun rückblickend die in 1B gezeigte Ausführungsform des Energieabsorptionselements 30, werden zusätzliche Aspekte der Form des Energieabsorptionselements 30 erörtert, das entsprechend dem vorliegend offenbarten Gegenstand ausgestaltet ist.
Wie in 1B gezeigt, weist das Energieabsorptionselement 30 einen ersten Schenkel 52 mit dem ersten Ende 32, einen zweiten Schenkel 54 mit dem zweiten Ende 34 und einen Überbrückungsabschnitt 58 auf, der den ersten Schenkel 52 und den zweiten Schenkel 54 miteinander verbindet und die zusammen eine gebogene Form bilden. Der Überbrückungsabschnitt 58 kann zusammen mit dem ersten Schenkel 52 und dem zweiten Schenkel 54 einen kontinuierlichen Festkörper bilden. Die Ausgangsform des Energieabsorptionselements 30 ist eine bumerangartige oder eine symmetrische Form.
Wie ferner in 1B gezeigt, weist eine beispielhafte Ausgangsform des Energieabsorptionselements 30 eine Außenfläche 50 auf, die von der imaginären Linie L abgewandt ist und eine geringere Wölbung als die Innenfläche 40 aufweist. Dies ist in 1B zu sehen, wo der Radius r_C50 des Kreises C50, auf dem die Außenfläche 50 liegt, größer ist als der Radius r_C40 des Kreises C40, auf dem die Innenfläche 40 liegt, da ein Kreis mit einem größeren Radius weniger gewölbt ist als ein Kreis mit einem kleineren Radius.
Wie in 1B gezeigt, weist das Energieabsorptionselement 30 ferner eine Hauptachse M auf, die sich zwischen dem ersten Ende 32 und dem zweiten Ende 34 erstreckt, sowie Querschnitte senkrecht zur Hauptachse mit unterschiedlichen Querschnittsflächen. Dies ist in den 1C, 1D und 1E zu sehen, in denen die beispielhaften Querschnitte C-C, D-D und E-E gezeigt sind, die jeweils an dem am weitesten entfernten Punkt P_F , an einem nahezu zentralen Punkt entlang des ersten Schenkels 52 bzw. an einer Stelle in der Nähe des ersten Endes 32 entlang der Hauptachse M des Energieabsorptionselements 30 vorgenommen wurden, wie in 1B gezeigt.
Wie ferner in den 1B, 1C, 1D und 1E gezeigt, weist eine beispielhafte Ausgangsform des Energieabsorptionselements 30 Querschnitte entlang seiner Hauptachse M auf, wobei jeder der Querschnitte eine Querschnittshöhe auf einer imaginären Ebene, welche die in 1B gezeigte imaginäre Linie L umfasst, und eine Querschnittsbreite aufweist, die sich entlang einer Ebene erstreckt, die senkrecht zur imaginären Ebene ist und in welcher der Querschnitt liegt, und wobei die Querschnittsbreite in sämtlichen Querschnitten konstant ist und die Querschnittshöhe unterschiedlich ist.
Aus den 1B, 1C, 1D und 1E ist ferner ersichtlich, dass die Querschnittshöhe des Querschnitts, der den am weitesten entfernten Punkt P_F umfasst, in einer beispielhaften Ausgangsform des Energieabsorptionselements 30 relativ zu den Querschnittshöhen der übrigen Querschnitte entlang der Hauptachse maximal ist. Dies ist, wir vorstehend erläutert, in den 1C, 1D und 1E zu sehen, wo die jeweiligen Höhen H_C, H_D and H_E der Querschnitte C-C, D-D und E-E mit zunehmender Entfernung vom am weitesten entfernten Punkt P_F in der Höhe abnehmen, ausgehend von der maximalen Höhe H_C am weitesten entfernten Punkt P_F .
Wie ferner in den 1B, 1C, 1D und 1E gezeigt, sind die Querschnitte entlang der Hauptachse M einer beispielhaften Ausgangsform des Energieabsorptionselements 30 rechteckig. Es ist ersichtlich, dass die Form der Querschnitte entlang der Hauptachse M der Ausgangsform des Energieabsorptionselements 30 gemäß dem vorliegend offenbarten Gegenstand eine beliebige Form sein kann, einschließlich einer im Wesentlichen rechteckigen oder elliptischen Form.
Wie in den 1C, 1D und 1E zu sehen ist, ist die Querschnittsbreite w bei allen drei Querschnitten identisch, während die Querschnittshöhen H_C, H_D and H_E unterschiedlich sind, so dass H_C > H_D > H_E. Dementsprechend variieren auch die Querschnittsflächen der drei Querschnitte. Die Querschnittsfläche des Energieabsorptionselements 30 ist an dem am weitesten entfernten Punkt P_F maximal. Dies ist in den 1C, 1D und 1E zu sehen, wo die Querschnittshöhen H_C, H_D and H_E der Querschnitte C-C, D-D, and E-E, die an dem am weitesten entfernten Punkt P_F , an einem nahezu zentralen Punkt entlang des ersten Schenkels 52 bzw. an einer Stelle in der Nähe des ersten Endes 32 entlang der Hauptachse M des Energieabsorptionselements 30 vorgenommen wurden, wie in 1B gezeigt, mit zunehmender Entfernung vom am weitesten entfernten Punkt P_F in der Höhe abnehmen, ausgehend von der maximalen Höhe H_C am weitesten entfernten Punkt P_F bis zur minimalen Höhe H_E an einer Stelle in der Nähe des ersten Endes 32.
Es ist ersichtlich, dass die Variation der Fläche der Querschnitte entlang der Hauptachse M gemäß dem vorliegend offenbarten Gegenstand ermöglicht, dass sich eine im Wesentlichen gleichmäßige Spannung und Dehnung im gesamten Energieabsorptionselement 30 entwickelt, wenn die Drucklast oder die Zuglast aufgebracht wird. Das Energieabsorptionselement 30 ist dort dicker ausgestaltet, wo bei axialer Belastung des Lastbegrenzers 10 mit maximalem Biegemoment und maximaler Spannung zu rechnen ist, d.h. an dem am weitesten entfernten Punkt P_F , und die Spannung bei Belastung des Lastbegrenzers 10 im Wesentlichen gleichmäßig über das Element verteilt wird. Dies führt dazu, dass das Energieabsorptionselement eine im Wesentlichen gleichmäßige plastische Verformung entlang seiner Länge aufweist, wenn die Last aufgebracht wird, im Gegensatz zur Bildung eines plastischen Gelenks (was bei dem vorliegend offenbarten Gegenstand nicht auftritt). Solch ein plastisches Gelenk wird gebildet, wenn sich die Spannung an einer Stelle eines belasteten Elements konzentriert, und als Folge davon tritt eine extreme Verformung an dieser Stelle auf, was zu einem Gelenkeffekt führt, während die anderen Teile des Elements nicht an der Aufgabe der Energieabsorption beteiligt sind, keine oder nur geringe Spannung und keine oder nur geringe Verformung erfahren. Während die plastische Verformung, die im Bereich eines plastischen Gelenks auftritt, ineffizient ist, da es sich um eine große Menge an Spannung und Dehnung handelt, die auf einem kleinen Bereich auftritt, ist die plastische Verformung, die über das Energieabsorptionselement 30 auftritt, äquivalent zur Summierung kleiner Mengen plastischer Verformung, die über das gesamte Element auftreten, und ist daher hocheffizient. Die plastische Verformung, die das Element erfährt, ist maximal, d.h. die Verschiebung, die das Element erfährt, ist maximal, d.h. die Energieabsorption ist für diese Form maximiert.
Es ist ferner ersichtlich, dass die Bildung eines plastischen Gelenks in einem Strukturelement wie das Energieabsorptionselement 30 in einer Situationen gefährlich sein kann, in der Sicherheit von der Integrität des Strukturelements abhängt, da die Bildung eines plastischen Gelenks an einer bestimmten Stelle im Element ein Hinweis darauf ist, dass ein Strukturversagen an der Stelle des plastischen Gelenks auftritt und dass ein Bruch des Elements an dieser Stelle sehr wahrscheinlich bevorsteht, wenn das Element weiter belastet wird.
Es ist weiterhin ersichtlich, dass gemäß dem vorliegend offenbarten Gegenstand eine Fläche jedes Querschnitts entlang der Hauptachse M des Energieabsorptionselements 30 dazu ausgebildet ist, entsprechend einem berechneten zulässigen Biegemoment für das Energieabsorptionselement unter Auslegungslast an jedem der Querschnitte zu variieren, so dass die Querschnittsfläche an einer Stelle entlang der Hauptachse M maximal ist, an der das Biegemoment maximal ist, und so dass die Größe der Querschnittsfläche entlang der Hauptachse M proportional abnimmt entsprechend einer Verringerung der Werte des Biegemoments entlang der Hauptachse M.
Es ist ferner ersichtlich, dass gemäß dem vorliegend offenbarten Gegenstand die Variation der Querschnittsflächen entlang der Hauptachse M dazu ausgebildet ist, zu ermöglichen, dass sich eine im Wesentlichen gleichmäßige Spannung entlang des Energieabsorptionselements 30 entwickelt, wenn die Last aufgebracht wird.
Es ist ferner ersichtlich, dass gemäß dem vorliegend offenbarten Gegenstand die Variation der Querschnittsflächen entlang der Hauptachse M dazu ausgebildet ist, zu ermöglichen, dass sich eine im Wesentlichen gleichmäßige Dehnung entlang des Energieabsorptionselements entwickelt, wenn die Last aufgebracht wird.
Weiterhin ist aus 1B ersichtlich, dass gemäß dem vorliegend offenbarten Gegenstand die Querschnittsfläche an dem an weitesten entfernten Punkt P_F größer ist als die Querschnittsfläche am ersten Ende 32 und am zweiten Ende 34. Da die in 1B gezeigte Ausgangsform des beispielhaften Energieabsorptionselements 30 symmetrisch ist, wie vorstehend erläutert, ist die Querschnittsfläche des Querschnitts F-F, der wie in 1B gezeigt an einer Stelle auf dem zweiten Schenkel 54 in der Nähe des zweiten Endes 34 vorgenommen wurde, die der Stelle des auf dem ersten Schenkel 52 vorgenommenen Querschnitts E-E entspricht, äquivalent zur Querschnittsfläche des Querschnitts E-E.
Es ist ferner ersichtlich, dass das Energieabsorptionselement 30 im Gegensatz zu einem plastischen Gelenk ferner derart ausgebildet ist, dass es zu Beginn der plastischen Verformung eine dauerhafte Verformung von mindestens 0,2 % erfährt. Beispielsweise erfährt das Energieabsorptionselement 30 im Gegensatz zu elastischen Federn bereits zu Beginn der Verformung (bei Lastaufbringung) eine dauerhafte Verformung von mindestens 0,2%. Solche elastischen Federn sollen sich zumindest bis zum Erreichen einer jeweiligen Elastizitätsgrenze elastisch verformen und dabei zumindest bis zum Erreichen einer solchen Elastizitätsgrenze keine plastische Verformung aufweisen.
Es ist ersichtlich, dass die strukturelle Ausgestaltung des Energieabsorptionselements 30, einschließlich einer variablen Querschnittsfläche entlang der Länge des Energieabsorptionselements und einer Querschnittshöhe H_C (in 1C) des Querschnitts, der den am weitesten entfernten Punkt P_F umfasst und größer als eine Querschnittsbreite W (in 1C) des Querschnitts ist, der den am weitesten entfernten Punkt P_F umfasst, die plastische Verformung über die gesamte Länge des Energieabsorptionselements 30 ermöglicht. Die daraus resultierende dauerhafte Verformung von mindestens 0,2 % bedeutet, dass selbst bei einer anfänglichen Spannung, die auf das Energieabsorptionselement aufgebracht wird, das Energieabsorptionselement nach Aufhebung dieser Spannung eine dauerhafte Dehnung von mindestens 0,2 % erfährt.
Es ist ersichtlich, dass aufgrund der strukturellen Ausgestaltung des Lastbegrenzers 10 gemäß dem vorliegend offenbarten Gegenstand, d.h. der teleskopischen Beschaffenheit der teleskopischen Anordnung 20, der Form der Energieabsorptionselemente 30, ihrer Zusammensetzung aus einem duktilen Material mit hoher Bruchdehnung, ihrer festen monolithischen Struktur und ihrer Anordnung außerhalb der teleskopischen Anordnung 20 sowie der schwenkbaren Beschaffenheit der Schwenkverbindungen zwischen den Enden 32 und 34 der Energieabsorptionselemente 30 und den (jeweiligen) Element 22 und 24 der teleskopischen Anordnung 20, die folgenden wünschenswerten Ergebnisse in Bezug auf den Energieabsorptionsvorgang des Lastbegrenzers 10 erreicht werden:

- Der Lastweg der auf den Lastbegrenzer 10 aufgebrachten Last wirkt nur in axialer Richtung entlang der teleskopischen Anordnung 10, so dass die teleskopische Anordnung 10 nach einem Energieabsorptionsvorgang (Druck oder Zug) des Lastbegrenzers 10 unbeschädigt ist. Somit bleibt der Lastbegrenzer 10 funktionsfähig, um bei nachfolgenden Lasthüben, die auf ihn einwirken, Energie zu absorbieren.
- Bei Einwirkung einer bekannten Last auf den Lastbegrenzer 10, der basierend auf Gestaltungsvorgaben (z.B. zu erwartende Lasten) ausgestaltet ist, zur Absorption einer berechenbaren Energiemenge durch eine berechenbare Zug- und/oder Druckverschiebung, überträgt der Lastbegrenzer 10 nur eine berechenbare konstante Last und verhindert die Übertragung von Biegemomenten.
- In ihrer Anordnung außerhalb der teleskopische Anordnung 20 sind die Energieabsorptionselemente 30 für einen ggf. erforderlichen Austausch leicht zugänglich.
- Das Energieabsorptionselement 30 erfährt zu Beginn der Verformung eine dauerhafte Verformung von mindestens 0,2 %.
- Die plastische Verformung des Energieabsorptionselements ermöglicht das Erreichen der maximal zulässigen plastischen Dehnung entlang seiner gesamten Länge bis zum Ende des Verformungsprozesses.

Gemäß einem bestimmten Beispiel des vorliegend offenbarten Gegenstands ist der Lastbegrenzer an einer sekundären Strebe einer inversen Tripod-Struktur montiert, die eines der vier Landebeine eines Mondraumfahrzeugs umfasst, und kann die folgenden Eigenschaften aufweisen:

- das Energieabsorptionselement 30 kann aus geglühtem Edelstahl 301 mit einer Bruchdehnung von 40 % bestehen; und
- das Energieabsorptionselement 30 kann eine maximale Querschnittshöhe von 8 mm und eine konstante Querschnittsbreite von 5 mm aufweisen.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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Claims

Lastbegrenzer mit: einer teleskopischen Anordnung mit einer Längsachse, einem ersten Element und einem zweiten Element, das zumindest teilweise in das erste Element eingeführt ist und für eine gleitende Verschiebung relativ zum ersten Element entlang der Längsachse ausgebildet ist, wenn eine Last auf das erste Element und/oder das zweite Element zumindest teilweise entlang der Längsachse aufgebracht wird; und mindestens einem Energieabsorptionselement mit einem ersten Ende, das mit dem ersten Element verbindbar ist, und einem zweiten Ende, das mit dem zweiten Element verbindbar ist, so dass das Energieabsorptionselement zumindest teilweise außerhalb der teleskopischen Anordnung angeordnet ist, wobei das Energieabsorptionselement eine Ausgangsform aufweist, bei der das erste Ende und das zweite Ende voneinander beabstandet sind, und eine Form des Energieabsorptionselements derart ausgebildet ist, dass sie sich beim Aufbringen der Last verformt, während der Abstand variiert, wodurch zumindest ein Teil der Energie der Last absorbiert wird.
Lastbegrenzer nach Anspruch 1, wobei das zweite Element dazu ausgebildet ist, sich relativ zum ersten Element zwischen einer ersten Position, in der das Energieabsorptionselement die Ausgangsform hat und der Abstand zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende ein erster Abstand ist, und einer der folgenden Positionen zu verschieben: einer zweiten Position, in der das zweite Element in das erste Element verschoben und in einem größeren Ausmaß als in der ersten Position darin eingeführt ist und in der das Energieabsorptionselement eine komprimierte Form aufweist, bei der das erste Ende und das zweite Ende in einem zweiten Abstand voneinander beabstandet sind, der kürzer als der erste Abstand ist; und einer dritten Position, in der das zweite Element in das erste Element verschoben und in einem geringeren Ausmaß als in der ersten Position darin eingeführt ist und in der das Energieabsorptionselement eine ausgedehnte Form aufweist, bei der das erste Ende und das zweite Ende in einem dritten Abstand voneinander beabstandet sind, der länger als der erste Abstand ist.
Lastbegrenzer nach Anspruch 2, wobei das Energieabsorptionselement ferner eine Innenfläche aufweist, die einer imaginären Linie zugewandt ist, die sich zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende erstreckt, auf der sich ein am weitesten von der imaginären Linie entfernter Punkt in einer ersten Höhe von der imaginären Linie befindet, wenn das Energieabsorptionselement seine Ausgangsform hat; und wobei, wenn das Energieabsorptionselement seine komprimierte Form hat, der am weitesten entfernte Punkt in einer zweiten Höhen von der imaginären Linie beabstandet ist, die größer als die erste Höhe ist, und wenn das Energieabsorptionselement seine ausgedehnte Form hat, der am weitesten entfernte Punkt in einer dritten Höhe von der imaginären Linien beabstandet ist, die kleiner als die erste Höhe ist.
Lastbegrenzer nach Anspruch 3, wobei das Energieabsorptionselement ferner eine Außenfläche aufweist, die von der imaginären Linie abgewandt ist und in der Ausgangsform des Energieabsorptionselements eine geringere Wölbung als die Innenfläche aufweist.
Lastbegrenzer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Energieabsorptionselement einen ersten Schenkel mit dem ersten Ende, einen zweiten Schenkel mit dem zweiten Ende und einen Überbrückungsabschnitt aufweist, der den ersten Schenkel und den zweiten Schenkel miteinander verbindet und die zusammen eine gebogene Form bilden.
Lastbegrenzer nach Anspruch 5, wobei der Überbrückungsabschnitt zusammen mit dem ersten Schenkel und dem zweiten Schenkel einen kontinuierlichen Festkörper bildet.
Lastbegrenzer nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Ausgangsform eine bumerangartige Form ist.
Lastbegrenzer nach Anspruch 5, 6 oder 7, wobei die Ausgangsform symmetrisch ist.
Lastbegrenzer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Energieabsorptionselement ferner eine Hauptachse aufweist, die sich zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende erstreckt, und Querschnitte senkrecht zur Hauptachse unterschiedliche Querschnittsflächen aufweisen.
Lastbegrenzer nach Anspruch 9, wenn abhängig von Anspruch 3, wobei eine Querschnittsfläche an dem am weitesten entfernten Punkt größer ist als am ersten Ende und am zweiten Ende.
Lastbegrenzer nach Anspruch 10, wobei die Querschnittsfläche an dem am weitesten entfernten Punkt relativ zu sämtlichen Querschnittsflächen aller anderen Querschnitte maximal ist.
Lastbegrenzer nach Anspruch 10 oder 11, wobei jeder der Querschnitte eine Querschnittshöhe aufweist, die sich entlang einer imaginären Ebene erstreckt, welche die imaginäre Linie umfasst, sowie eine Querschnittsbreite, die sich entlang einer Ebene senkrecht zur imaginären Ebene erstreckt, und wobei die Querschnittsbreite in sämtlichen Querschnitten konstant ist und die Querschnittshöhe variiert.
Lastbegrenzer nach Anspruch 12, wobei die Querschnittshöhe eines Querschnitts, der den am weitesten entfernten Punkt umfasst, relativ zu den Querschnittshöhen aller anderer Querschnitte maximal ist.
Lastbegrenzer nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei eine Querschnittsfläche jedes der Querschnitte entsprechend einem Biegemoment für das Energieabsorptionselement an jedem der Querschnitte variiert, so dass die Querschnittsfläche an einer Stelle entlang der Hauptachse maximal ist, an der das Biegemoment maximal ist, und so dass die Größe der Querschnittsfläche entlang der Hauptachse proportional abnimmt entsprechend einer Verringerung der Werte des Biegemoments entlang der Hauptachse.
Lastbegrenzer nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei eine Variation der Querschnittsflächen der Querschnitte dazu ausgebildet ist, die Entwicklung einer im Wesentlichen gleichmäßigen Spannung entlang des Energieabsorptionselements zu ermöglichen, wenn die Last aufgebracht wird.
Lastbegrenzer nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei die Variation der Querschnittsflächen dazu ausgebildet ist, die Entwicklung einer im Wesentlichen gleichmäßigen Dehnung entlang des Energieabsorptionselements zu ermöglichen, wenn die Last aufgebracht wird.
Lastbegrenzer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Energieabsorptionselement beim Aufbringen der Last eine im Wesentlichen gleichmäßige plastische Verformung entlang seiner Länge aufweist.
Lastbegrenzer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Energieabsorptionselement vollständig außerhalb der teleskopischen Anordnung angeordnet ist.
Lastbegrenzer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste Ende schwenkbar mit dem ersten Element verbunden ist und das zweite Ende schwenkbar mit dem zweiten Element verbunden ist.
Lastbegrenzer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Energieabsorptionselement dazu ausgebildet ist, eine dauerhafte Verformung von mindestens 0,2 % zu erfahren.
Lastbegrenzer mit: einer teleskopischen Anordnung mit einer Längsachse, einem ersten Element und einem zweiten Element, das zumindest teilweise in das erste Element eingeführt ist und für eine gleitende Verschiebung relativ zum ersten Element entlang der Längsachse ausgebildet ist, wenn eine Last auf das erste Element und/oder das zweite Element zumindest teilweise entlang der Längsachse aufgebracht wird; und mindestens einem Energieabsorptionselement mit einem ersten Ende, das mit dem ersten Element verbindbar ist, und einem zweiten Ende, das mit dem zweiten Element verbindbar ist, so dass das Energieabsorptionselement zumindest teilweise außerhalb der teleskopischen Anordnung angeordnet ist, wobei das Energieabsorptionselement eine Ausgangsform aufweist, bei der das erste Ende und das zweite Ende voneinander beabstandet sind, wobei das Energieabsorptionselement eine Innenfläche aufweist, die einer imaginären Linie zugewandt ist, die sich zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende erstreckt, auf der sich ein am weitesten von der imaginären Linie entfernter Punkt in einer ersten Höhe von der imaginären Linie befindet, wenn das Energieabsorptionselement seine Ausgangsform hat, wobei das Energieabsorptionselement ferner eine Hauptachse aufweist, die sich zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende erstreckt, wobei ein Querschnitt an dem am weitesten entfernten Punk und senkrecht zur Hauptachse eine Querschnittshöhe aufweist, die sich entlang einer imaginären Ebene erstreckt, welche die imaginäre Linie umfasst, sowie eine Querschnittsbreite, die sich entlang einer Ebene senkrecht zur imaginären Ebene erstreckt, wobei die Querschnittshöhe größer als die Querschnittsbreite ist, so dass eine Form des Energieabsorptionselements dazu ausgebildet ist, sich beim Aufbringen einer Last über eine gesamte Länge des Energieabsorptionselements plastisch zu verformen, während der Abstand variiert, wodurch zumindest ein Teil der Energie der Last absorbiert wird.
Lastbegrenzer nach Anspruch 21, wobei das zweite Element dazu ausgebildet ist, sich relativ zum ersten Element zwischen einer ersten Position, in der das Energieabsorptionselement die Ausgangsform hat und der Abstand zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende ein erster Abstand ist, und einer der folgenden Positionen zu verschieben: einer zweiten Position, in der das zweite Element in das erste Element verschoben und in einem größeren Ausmaß als in der ersten Position darin eingeführt ist und in der das Energieabsorptionselement eine komprimierte Form aufweist, bei der das erste Ende und das zweite Ende in einem zweiten Abstand voneinander beabstandet sind, der kürzer als der erste Abstand ist; und einer dritten Position, in der das zweite Element in das erste Element verschoben und in einem geringeren Ausmaß als in der ersten Position darin eingeführt ist und in der das Energieabsorptionselement eine ausgedehnte Form aufweist, bei der das erste Ende und das zweite Ende in einem dritten Abstand voneinander beabstandet sind, der länger als der erste Abstand ist.
Lastbegrenzer nach Anspruch 22, wobei, wenn das Energieabsorptionselement seine komprimierte Form hat, der am weitesten entfernte Punkt in einer zweiten Höhen von der imaginären Linie beabstandet ist, die größer als die erste Höhe ist, und wenn das Energieabsorptionselement seine ausgedehnte Form hat, der am weitesten entfernte Punkt in einer dritten Höhe von der imaginären Linien beabstandet ist, die kleiner als die erste Höhe ist.
Lastbegrenzer nach Anspruch 23, wobei das Energieabsorptionselement ferner eine Außenfläche aufweist, die von der imaginären Linie abgewandt ist und in der Ausgangsform des Energieabsorptionselements eine geringere Wölbung als die Innenfläche aufweist.
Lastbegrenzer nach einem der Ansprüche 21 bis 24, wobei das Energieabsorptionselement einen ersten Schenkel mit dem ersten Ende, einen zweiten Schenkel mit dem zweiten Ende und einen Überbrückungsabschnitt aufweist, der den ersten Schenkel und den zweiten Schenkel verbindet und die zusammen eine gebogene Form bilden.
Lastbegrenzer nach Anspruch 25, wobei der Überbrückungsabschnitt zusammen mit dem ersten Schenkel und dem zweiten Schenkel einen kontinuierlichen Festkörper bilden.
Lastbegrenzer nach Anspruch 25 oder 26, wobei die Ausgangsform eine bumerangartige Form ist.
Lastbegrenzer nach einem der Ansprüche 25, 26 und 28, wobei die Ausgangsform symmetrisch ist.
Lastbegrenzer nach einem der Ansprüche 21 bis 28, wobei Querschnitte an verschiedenen Punkten entlang der Länge des Energieabsorptionselements und senkrecht zur Hauptachse Querschnittsflächen aufweisen.
Lastbegrenzer nach Anspruch 29, wobei eine Querschnittsfläche an dem am weitesten entfernten Punkt größer als am ersten Ende und am zweiten Ende ist.
Lastbegrenzer nach Anspruch 30, wobei die Querschnittsfläche an dem am weitesten entfernten Punkt relativ zu sämtlichen Querschnittsflächen aller anderen Querschnitte maximal ist.
Lastbegrenzer nach Anspruch 30 oder 31, wobei jeder der Querschnitte eine Querschnittshöhe aufweist, die sich entlang der imaginären Ebene erstreckt, welche die imaginäre Linie umfasst, sowie eine Querschnittsbreite, die sich entlang der Ebene senkrecht zur imaginären Ebene erstreckt; und wobei die Querschnittsbreite in sämtlichen Querschnitten konstant ist und die Querschnittshöhe variiert.
Lastbegrenzer nach Anspruch 32, wobei die Querschnittshöhe des Querschnitts an dem am weitesten entfernten Punkt relativ zu den Querschnittshöhen aller anderen Querschnitte maximal ist.
Lastbegrenzer nach einem der Ansprüche 29 bis 33, wobei eine Querschnittsfläche jeder der Querschnitte entsprechend einem Biegemoment für das Energieabsorptionselement an jedem der Querschnitte variiert, so dass die Querschnittsfläche an einer Stelle entlang der Hauptachse maximal ist, an der das Biegemoment maximal ist, und so dass die Größe der Querschnittsfläche entlang der Hauptachse proportional abnimmt entsprechend einer Verringerung der Werte des Biegemoments entlang der Hauptachse.
Lastbegrenzer nach einem der Ansprüche 29 bis 34, wobei eine Variation der Querschnittsflächen der Querschnitte dazu ausgebildet ist, die Entwicklung einer im Wesentlichen gleichmäßigen Spannung entlang des Energieabsorptionselements zu ermöglichen, wenn die Last aufgebracht wird.
Lastbegrenzer nach einem der Ansprüche 29 bis 35, wobei die Variation der Querschnittsflächen dazu ausgebildet ist, die Entwicklung einer im Wesentlichen gleichmäßigen Dehnung entlang des Energieabsorptionselements zu ermöglichen, wenn die Last aufgebracht wird.
Lastbegrenzer nach einem der Ansprüche 21 bis 36, wobei das Energieabsorptionselement vollständig außerhalb der teleskopischen Anordnung angeordnet ist.
Lastbegrenzer nach einem der Ansprüche 21 bis 37, wobei das erste Ende schwenkbar mit dem ersten Element verbunden ist und das zweite Ende schwenkbar mit dem zweiten Element verbunden ist.
Lastbegrenzer nach einem der Ansprüche 21 bis 38, wobei das Energieabsorptionselement dazu ausgebildet ist, eine dauerhafte Verformung von mindestens 0,2 % zu erfahren.