DE19926085A1 - Mechanische Absorptionsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Mechanische Absorptionsvorrichtung zum Einbauen zwischen zwei Bauteilen, mit einer an dem einen Bauteil abstützbaren Absorberplatte (3) und einem an dem anderen Bauteil abstützbaren Aufhängungsteil (5) mit einem Eingriffsteil, das in die Absorberplatte (3) eingreift und an dieser abgestützt ist, wobei die Absorberplatte (3) mittels des Eingriffsteils des Aufhängungsteils (5) durch eine Relativbewegung der Absorberplatte (3) und des Aufhängungsteils (5) zueinander unter Energieabsorption aufschlitzbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine mechanische Absorptionsvorrichtung zum Einbauen zwischen zwei Bauteilen, insbesondere Bauteilen eines Pilotensitzes für ein Flugzeug, wobei bei einer Relativbewegung der Bauteile zueinander eine Energieabsorption erfolgt.

Zur Vermeidung oder Verminderung von Personenschäden bei Notlandungen von Flugzeugen ist neben dem Nachweis statischer Lasten am Pilotensitz auch der Nachweis dynamischer Lasten erforderlich. Eine Senkung des Spitzenwertes derartiger Lasten ist möglich, wenn durch eine zusätzliche Relativbewegung des Sitzes zum Flugzeugrumpf der Verzögerungsvorgang verlängert und der Verzögerungs-Spitzenwert in eine über einen längeren Zeitraum konstante, aber geringere Verzögerung umgesetzt wird. Hierzu muß der Sitz einen längeren Verzögerungsweg zurücklegen. Während dieser Verzögerungsweg durchfahren wird, muß eine möglichst konstante Kraft auf die Verbindung zwischen Sitz und Flugzeugrumpf einwirken.

Zur Energieabsorption werden verschiedene Verfahren eingesetzt. Bekannt sind z. B. Absorptionsvorrichtungen aus vorverformten Metallwaben oder Elemente, die durch Verformungen in metallischen Bauteilen relativ gleichmäßig Energie aufnehmen. Hierzu werden beispielsweise sogenannte Schalbleche verwendet, die zwischen zwei relativ zueinander bewegbaren Bauteilen angeordnet und verformbar sind.

Bei Pilotensitzen für Flugzeuge ist neben einer ausreichenden Energieabsorption bei Notlandungen unter anderem auch eine vertikale Verstellung des Sitzes zu berücksichtigen, so dass die Absorptionsvorrichtung an die gegebenen Platzverhältnisse anpaßbar sein muß. Der Einsatz der bekannten Absorptions­ vorrichtungen scheiterte jedoch an den funktionsbedingt beengten Platzverhältnissen, wie es beispielsweise bei Pilotensitzen der Fall ist.

Mit der Erfindung wird eine Absorptionsvorrichtung geschaffen, welche mit geringem Aufwand und fertigungstechnisch einfachen Mitteln bei geringen Abmessungen in einem funktionsbedingt beengten Einbauraum verwendbar und in eine bestimmte Struktur und Mechanik integrierbar ist.

Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch eine mechanische Absorptionsvorrichtung zum Einbauen zwischen zwei Bauteilen, mit einer an dem einen Bauteil abstützbaren Absorberplatte und einem an dem anderen Bauteil abstützbaren Aufhängungsteil mit einem Eingriffsteil, das in die Absorberplatte eingreift und an dieser abgestützt ist, wobei die Absorberplatte mittels des Eingriffsteils des Aufhängungsteils durch eine Relativbewegung der Absorberplatte und des Aufhängungsteils zueinander unter Energieabsorption aufschlitzbar ist.

Eine solche Absorptionsvorrichtung ist bei geringem, insbesondere schmalem Einbauraum verwendbar, da die Absorberplatte und das Aufhängungsteil eine kompakte Einheit bilden, die klein ausgebildet sein kann und keinen großen Verformungsraum während des Energieabsorptionsvorganges benötigt. Das Aufschlitzen der Absorberplatte mittels des Eingriffsteils des Aufhängungsteils erfolgt in einer definierten Richtung, d. h. zumindest entlang der Ebene der Absorberplatte. Dadurch können die Absorberplatte und das Aufhängungsteil insbesondere an solche Bauteile angebaut . werden, die in einer bestimmten Richtung zueinander bewegbar sind und ein beschränktes Platzangebot in anderen Richtungen aufweisen.

Ferner ermöglicht das Aufschlitzen der Absorberplatte eine Energieabsorption derart, dass ein gleichmäßiger Lastverlauf über den Aufschlitzweg erfolgt. Dies ist besonders wichtig, wenn Forderungen hinsichtlich der Sicherheit von Personen, wie es beispielsweise bei der Konstruktion von Fahrzeugsitzen der Fall ist, berücksichtigt werden müssen.

Das Aufhängungsteil kann auch mehrere Eingriffsteile aufweisen, die in die Absorberplatte eingreifen. Dadurch können bei einer Relativbewegung der Absorberplatte und des Aufhängungsteils zueinander die Absorberplatte derart aufgeschlitzt werden, dass mehrere Schlitze erzeugt werden. Durch eine derartige Ausgestaltung kann die erfindungsgemäße Absorptionsvorrichtung an unterschiedliche Belastungfälle angepaßt werden.

Zur Gewährleistung optimaler Energieabsorptionseigenschaften ist es vorteilhaft, dass die Absorberplatte aus Faser­ verbundwerkstoff (GFK) aufgebaut ist. Ein solcher Werkstoff bietet die Möglichkeit, dass die Absorberplatte durch eine definierte Zerstörung bei Überschreitung einer bestimmten Belastung eine möglichst gleichmäßige Energie aufnehmen kann. Dabei kommt es zu einer gleichmäßigen Verformung der Absorberplatte und somit zu einem gleichmäßigen Bruchbild beim Aufschlitzen der Absorberplatte. Die GFK-Platte kann zusätzlich eine Querschnittsverengung im Bereich der aufzuschlitzenden Stelle aufweisen, so dass eine Art Sollbruchstelle geschaffen wird, um die Energieabsorption im Crashfall entsprechend steuern und dosieren zu können.

Das Aufschlitzen der Absorberplatte bei Überschreitung einer bestimmten Lastgröße kann in unterschiedlicher Weise erfolgen. Beispielsweise kann das Eingriffsteil des Aufhängungsteils als Stift ausgebildet sein, welcher von dem Aufhängungsteil absteht und in eine Öffnung der Absorberplatte eingreift. Dadurch wird bei der Zerstörung der Absorberplatte ein Lochleibungsversagen initiiert, das heißt, der in die Öffnung der Absorberplatte eingreifende Stift wird ab einer bestimmten Lastgröße, die in der Regel einer maximalen Betriebslast entspricht, durch die Platte entlang deren Ebene gezogen. Im Falle der Anordnung mehrerer Stifte an dem Aufhängungsteil sind mehrere zugeordnete Öffnungen in der Absorberplatte ausgebildet, in welche die Stifte eingreifen. Die Stifte und die zugehörigen Öffnungen können in Aufschlitzrichtung in gleicher Höhe oder versetzt zueinander ausgebildet sein, so dass im Crashfall diese Stifte entweder gleichzeitig oder zeitlich versetzt zueinander durch die Absorberplatte gezogen werden. Dadurch kann die Absorptionsvorrichtung an unterschiedliche Lastverhältnisse angepaßt werden.

Die Wirkungsweise des Aufschlitzvorgangs und die Effizienz der Energieabsorption im Crashfall hängt entscheidend von der Ausbildung der Öffnung in der Absorberplatte ab. Diese Eigenschaften können optimal erreicht werden, wenn die Öffnung der Absorberplatte kreisförmig und in Aufschlitzrichtung V- förmig ausgebildet ist. Durch die kreisförmige Ausbildung der Öffnung in der Absorberplatte kann ein Lochreibungsversagen initiiert werden, welches durch die in Aufschlitzrichtung V- förmige Ausbildung der Öffnung derart verstärkt wird, dass bei Beginn der Energieabsorption die ansonsten auftretende Lastspitze vermieden wird.

Wenn die Absorberplatte und das Aufhängungsteil parallel zueinander und im Abstand voneinander angeordnet sind, kann eine problemlose Relativbewegung der Absorberplatte und des Aufhängungsteils zueinander erfolgen. Ein ausreichender Abstand zwischen der Absorberplatte und dem Aufhängungsteil ermöglicht eine ungehinderte Spanabfuhr beim Aufschlitzen der Absorber­ platte. Dadurch werden zusätzliche Kräfte vermieden, welche durch ein Verklemmen der beim Aufschlitzen der Absorberplatte entstehenden Späne zwischen der Absorberplatte und dem Aufhängungsteil erzeugt werden und eine einwandfreie Funktion der Absorptionsvorrichtung hinsichtlich der zu absorbierenden mechanischen Energie verhindern könnten.

Beim Aufschlitzen der Absorberplatte mittels des Eingriffsteils des Aufhängungsteils ist das Eingriffsteil erheblichen Scherkräften ausgesetzt. Aus diesem Grunde ist es vorteilhaft, wenn das Aufhängungsteil zwei einander gegenüberliegende Schenkel aufweist, die mittels des Eingriffsteils miteinander verbunden sind und zwischen denen die Absorberplatte angeordnet ist. Dadurch wird erreicht, dass das Eingriffsteil an den beiden Schenkeln abgestützt ist und eine hohe Stabilität während des Aufschlitzvorganges an der Absorberplatte aufweist. Das Eingriffsteil kann an dem einen Schenkel des Aufhängungsteils festgelegt sein und an dem gegenüberliegenden Schenkel des Aufhängungsteils lösbar angebracht sein. Das Eingriffsteil kann aber auch an beiden Schenkeln des Aufhängungsteils lösbar angebracht sein, wobei die beiden Schenkel des Aufhängungsteils einstückig ausgebildet sein können und die Montage des Eingriffsteils an den beiden Schenkeln zusammen mit der Absorberplatte separat erfolgen kann.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Absorberplatte rechteckig und das Eingriffsteil greift in der Quermitte der Absorberplatte für eine Aufschlitzrichtung parallel zu der Längsrichtung der Absorberplatte in diese ein, die an ihren parallel zur Aufschlitzrichtung verlaufenden Längsrändern mehrere Befestigungsöffnungen für Befestigungs­ elemente zum Festlegen der Absorberplatte an dem zugeordneten Bauteil aufweist. Die rechteckige Ausbildung der Absorberplatte gewährleistet eine homogene Anordnung der Fasern bei einer GFK- Platte und eine gleichmäßige Verteilung der Spannkräfte bei der Befestigung der Absorberplatte an dem zugeordneten Bauteil. Der Eingriff des Eingriffsteils in der Quermitte der Absorberplatte ermöglicht eine gleichmäßige Spannungsverteilung beim Aufschlitzen der Absorberplatte und dadurch einen optimalen Verlauf des Schlitzes in der Absorberplatte. Somit werden unerwünschte Querkräfte vermieden, die das Energieabsorptions­ verhalten der Absorptionsvorrichtung erheblich beeinträchtigen können.

Ferner kann das Aufhängungsteil als längsgestreckter Material­ streifen ausgebildet sein, an dessen einem Ende das Eingriffs­ teil ausgebildet ist und der mit mehreren Befestigungsöffnungen für Befestigungselemente zum auskragenden Festlegen des Aufhängungsteils an dem zugeordneten Bauteil versehen ist. Eine derartige Ausbildung des Aufhängungsteils gewährleistet einen platzsparenden Einbau desselben, da der längsgestreckte Materialstreifen schmal ausgebildet sein kann und ein den gegebenen Einbaubedingungen entsprechendes Profil aufweisen kann. So kann beispielsweise der Querschnitt zwischen dem Eingriffsteil und den Befestigungsöffnungen geringer sein als an den anderen Stellen, so dass ein ausreichender Freiraum für die Spanabfuhr beim Aufschlitzen der Absorberplatte vorhanden ist. Zusätzlich kann auch der Querschnitt der Absorberplatte im Bereich des dieser benachbarten Aufhängungsteils verengt werden, um den Effekt einer ausreichenden Spanabfuhr beim Aufschlitzen der Absorberplatte zu verstärken.

Die mechanische Absorptionsvorrichtung gemäß der Erfindung ist für einen Fahrzeugsitz, insbesondere einen Pilotensitz für ein Flugzeug, verwendbar, wobei das eine Bauteil das Sitzunter­ gestell und das andere Bauteil die Sitzschale ist. Gerade an Pilotensitze für Flugzeuge werden hohe Anforderungen hinsicht­ lich der zulässigen Wirbelsäulenbelastung des menschlichen Körpers im Falle einer Notlandung des Flugzeuges gestellt. Deshalb ist es zweckmäßig, die erfindungsgemäße Absorptions­ vorrichtung zwischen dem Sitzuntergestell und der Sitzschale anzuordnen, um die im Crashfall auf die Wirbelsäule des Piloten wirkenden Kräfte über den Sitz abzubauen und eine wirksame Energieabsorption zu erreichen. Besonders unter dem Gesichts­ punkt der einfachen und preiswerten Herstellbarkeit der erfindungsgemäßen Absorptionsvorrichtung ist jedoch auch eine Verwendung in anderen Bereichen, wie beispielsweise bei Fahrzeugsitzen in der Automobilindustrie, denkbar. Eine Anpassung der Absorptionsvorrichtung an Forderungen bezüglich verfügbarer Energiemengen und Verformungswege ist problemlos möglich.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Absorberplatte an eine Seitenwange des Sitzuntergestells abgestützt und das Aufhängungsteil an der Sitzschale abgestützt. Hierbei ist die erfindungsgemäße Absorptionsvorrichtung in die Sitzstruktur und die Mechanik der Höhenverstellung integriert, so dass eine funktionell und platzmäßig optimale Anordnung erreicht wird. Die Sitzlasten werden von der Sitzschale über das Aufhängungs­ teil mit dem Eingriffsteil in die an der Seitenwange des Sitzuntergestells abgestützte Absorberplatte eingeleitet, wodurch bei Überschreitung der zulässigen Sitzlasten die Zerstörung der Absorberplatte stattfindet. Die Absorptions­ vorrichtung kann jeweils im oberen Bereich beider Seitenwangen des Sitzuntergestells angebracht sein, um eine gleichmäßige Aufteilung der Energieabsorption an dem Fahrzeugsitz zu ermöglichen.

Bei einer vertikalen Sitzverstellung ist im allgemeinen die Sitzschale mit integrierten Führungsschienen und einer Verriegelung der Sitz-Höhenverstellung versehen, und das Sitzuntergestell weist Laufrollen für die Sitzverstellung auf. Aus diesem Grunde ist es notwendig, die Absorptionsvorrichtung an die durch die Führungsschienen und Laufrollen beschränkten Platzverhältnisse anzupassen. Hierzu kann das Aufhängungsteil in einer Nute der Seitenwange des Sitzuntergestells geführt sein, so dass eine optimale Unterbringung der Absorptions­ vorrichtung in dem Fahrzeugsitz und eine gleichzeitige Führung des Aufhängungsteils erreicht werden.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, das aus der Zeichnung ersichtlich ist. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Rückansicht eines Pilotensitzes;

Fig. 2 eine Seitenansicht des Pilotensitzes aus Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Absorptionsvorrichtung, die an der Stelle des Ausschnitts A aus Fig. 2 angeordnet ist;

Fig. 4 eine Seitenansicht der Absorptionsvorrichtung aus Fig. 3;

Fig. 5 eine Seitenansicht eines Aufhängungsteils der Absorptionsvorrichtung aus Fig. 3;

Fig. 6 eine Draufsicht des Aufhängungsteils aus Fig. 5;

Fig. 7 eine Draufsicht einer Absorberplatte der Absorptionsvorrichtung aus Fig. 3; und

Fig. 8 eine Draufsicht der Absorberplatte aus Fig. 7 im aufgeschlitzten Zustand.

Aus den Fig. 1 und 2 ist ein Pilotensitz ersichtlich, der ein Sitzuntergestell 1 und eine Sitzschale 2 aufweist, die miteinander verbunden sind. Im oberen Bereich des Pilotensitzes (Ausschnitt A) ist eine Absorptionsvorrichtung angeordnet, die aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich ist. Die Absorptions­ vorrichtung weist eine Absorberplatte 3, die an einer Seitenwange 4 des Sitzuntergestells 1 befestigt ist, und ein Aufhängungsteil 5 auf, das an der Sitzschale 2 befestigt und zwei einander gegenüberliegende Schenkel aufweist, zwischen denen die Absorberplatte 3 im Abstand von den Schenkeln angeordnet und mit denen die Absorberplatte 3 mittels eines Stiftes 6 verbunden ist. Der Stift 6 ist an dem einen Schenkel des Aufhängungsteils 5 angeschweißt und greift in eine Öffnung 7 in der Absorberplatte 3 und eine Öffnung 8 in dem anderen Schenkel des Aufhängungsteils 5 ein, wobei der Stift 6 an seinem freien Ende mittels eines Splintes 9 gesichert ist. Das Aufhängungsteil 5 ist in einer Nute der Seitenwange 4 des Sitzuntergestells 1 geführt.

Wie aus den Fig. 5 und 6 ersichtlich, ist das Aufhängungsteil 5 als längsgestreckter Materialstreifen ausgebildet, an dessen einem Ende der Stift 6 ausgebildet ist und in dessen mittleren Bereich Befestigungsöffnungen 10 für Befestigungselemente zum Festlegen des Aufhängungsteils 5 an der Sitzschale 2 vorgesehen sind.

Aus Fig. 7 ist die Absorberplatte 3 ersichtlich, die rechteckig ausgebildet ist und an ihren Längsrändern mit zwölf Befestigungsöffnungen 11 für Befestigungselemente zum Festlegen der Absorberplatte 3 an der Seitenwange 4 des Sitzuntergestells 1 versehen ist. Die Öffnung 7 in der Absorberplatte 3 ist kreisförmig und in Aufschlitzrichtung V-förmig ausgebildet und in der Quermitte der Absorberplatte 3 an deren einem Längsende angeordnet. Die Absorberplatte 3 ist aus Faserverbundwerkstoff (GFK) aufgebaut und ist hinsichtlich der Dicke, des Faser­ gehaltes und der Faserorientierung an die Forderungen bezüglich der Energieabsorption angepaßt. Vorzugsweise sind die Fasern in einem Winkel von 30 bis 60°, vorzugsweise von 45° zur Schlitzrichtung im Verbundwerrkstoff angeordnet. Der Fasergehalt beträgt vorzugsweise 40 bis 60, besonders bevorzugt 50 bis 55 Gew.-% des Gewichtes des Faserverbundwerkstoffes.

Bei Überschreitung einer vorbestimmten Belastung auf den Fahrzeugsitz kommt es zu einer Relativbewegung zwischen der Absorberplatte 3 und dem Aufhängungsteil 5 derart, dass die Absorberplatte 3 mittels des Stiftes 6 des Aufhängungsteils 5 in Längsrichtung der Absorberplatte 3 aufgeschlitzt wird, so dass die auf den Fahrzeugsitz wirkende Energie absorbiert wird. Aus Fig. 8 ist ein solcher Schlitz 12 ersichtlich, wobei ein gleichmäßiges Bruchbild in Längsrichtung der Absorberplatte 3 resultierend aus einem gleichmäßigen Lastverlauf über den Aufschlitzweg entlang der Ebene der Absorberplatte 3 erkennbar ist.

Gegebenenfalls kann die Absorberplatte 3 auch mehrere Löcher zum Eingriff mehrerer Stifte 6 aufweisen, die an dem Aufhängungsteil angeordnet sind. Bei dieser Ausführunsgform kann während des Aufschlitzens ein noch gleichmäßigerer Lastverlauf erzielt werden.

Claims (11)

1. Mechanische Absorptionsvorrichtung zum Einbauen zwischen zwei Bauteilen, mit einer an dem einen Bauteil abstützbaren Absorberplatte (3) und einem an dem anderen Bauteil abstützbaren Aufhängungsteil (5) mit einem Eingriffsteil, das in die Absorberplatte (3) eingreift und an dieser abgestützt ist, wobei die Absorberplatte (3) mittels des Eingriffsteils des Aufhängungsteils (5) durch eine Relativbewegung der Absorberplatte (3) und des Aufhängungsteils (5) zueinander unter Energieabsorption aufschlitzbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Absorberplatte (3) aus Faserverbundwerkstoff (GFK) aufgebaut ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Eingriffsteil des Aufhängungsteils (5) als Stift (6) ausgebildet ist, welcher von dem Aufhängungsteil (5) absteht und in eine Öffnung (7) der Absorberplatte (3) eingreift.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Öffnung (7) der Absorberplatte (3) kreisförmig und in Aufschlitzrichtung V- förmig ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Absorberplatte (3) und das Aufhängungsteil (5) parallel zueinander und im Abstand voneinander angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Aufhängungsteil (5) zwei einander gegenüberliegende Schenkel aufweist, die mittels des Eingriffsteils miteinander verbunden sind und zwischen denen die Absorberplatte (3) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Absorberplatte (3) rechteckig ist und das Eingriffsteil in der Quermitte der Absorberplatte (3) für eine Aufschlitzrichtung parallel zu der Längsrichtung der Absorberplatte (3) in diese eingreift, die an ihren parallel zur Aufschlitzrichtung verlaufenden Längsrändern mehrere Befestigungsöffnungen (11) für Befestigungselemente zum Festlegen der Absorberplatte (3) an dem zugeordneten Bauteil aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Aufhängungsteil (5) als längsgestreckter Materialstreifen ausgebildet ist, an dessen einem Ende das Eingriffsteil ausgebildet ist und der mit mehreren Befestigungsöffnungen (10) für Befestigungselemente zum auskragenden Festlegen des Aufhängungsteils (5) an dem zugeordneten Bauteil versehen ist.

9. Fahrzeugsitz, insbesondere Pilotensitz für ein Flugzeug, mit einer Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, wobei das eine Bauteil das Sitzuntergestell (1) und das andere Bauteil die Sitzschale (2) ist.

10. Fahrzeugsitz nach Anspruch 9, wobei die Absorberplatte (3) an eine Seitenwange (4) des Sitzuntergestells (1) abgestützt ist und das Aufhängungsteil (5) an der Sitzschale (2) abgestützt ist.

11. Fahrzeugsitz nach Anspruch 10, wobei das Aufhängungs­ teil (5) in einer Nute der Seitenwange (4) des Sitzunter­ gestells (1) geführt ist.