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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Doppelbandfalldämpfer
als Bremsvorrichtung zum raschen und schonenden Abbremsen eines
fallenden Körpers oder Gegenstandes, beispielsweise einer
Person, die an einem gesicherten Klettersteig zu Fall kommt und
in diese, an einem Fixpunkt befestigte, Bremsvorrichtung stürzt.
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STAND DER TECHNIK
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Im
Stand der Technik ist eine Reihe von Bremssystemen bekannt, welche
für das Abbremsen einer fallenden Masse konstruiert sind.
Diese fallende Masse ist im Regelfall eine stürzende Person,
typischerweise ein Kletterer, Bergsteiger oder ein professioneller
Bauarbeiter. Es existieren mehrere Grundtypen von Bremssystemen.
Weit verbreitet sind dynamische Bremsen, wobei diese die Fallgeschwindigkeit
von Massen durch elastische Dehnung eines dynamischen Seiles oder
Federelementes vermindern. Statische Bremsen erreichen diese Verminderung
durch erzwungene Reibung undehnbarer oder nur geringfügig
dehnbarer Seile oder Bänder an Lochplatten oder Schnallen.
Ein weiterer Typ kann als Aufreissbremse bezeichnet werden. Hier
wird die Energie des Sturzes durch Aufreissen einer Verbindung im
Bremssystem reduziert.
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WO 00/4445 A1 offenbart
einen Bandfalldämpfer, bestehend aus einem einzelnen Gurtband, das
in einem Bereich mit sich selbst verwoben ist und dadurch einen
Ring bildet. Die freien Endpunkte des Bandes werden dabei an den
Anschlagpunkten fixiert, im nicht verwobenen Bereich des Ringes
ist ein Verbindungselement zum Verbinden mit der Masse angebracht.
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Nachteilig
an dieser Konstruktion ist u. a. die schon während der
Produktion nötige Montage des Verbindungselementes am Band.
Weiter ist nachteilig, dass beim Einhängen nur eines Karabiners
im Falle eines Sturzes nur eine Aufreissfront gebildet wird. Dadurch
vermindert sich die Bremskraft und das Befestigungsmittel, mit welchem
die fallende Masse verbunden ist, kann auf einem Endkarabiner aufschlagen.
Das weitere Verhalten dieses Bremssystems in diesem Zustand ist
nicht ohne weiteres vorhersagbar und kann bis zum unkontrollierten
Versagen führen.
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FR 2 709 970 A1 offenbart
einen genähten Schockabsorber bestehend aus einem Band,
welches gefaltet und vernäht wird, so dass zwei oder mehrere
Enden entstehen. Bei Zugbelastung zwischen den Enden reisst die
Naht fortlaufend auf und setzt auf diese Weise der Gravitationskraft
eine Bremskraft entgegen, um die Fallgeschwindigkeit der fallenden
Masse zu reduzieren.
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WO 02/44764 A1 beschreibt
ebenfalls einen genähten Schockabsorber bestehend aus einem Band
mit vernähten Teilbereichen, welche durch Aufreissen die
Fallgeschwindigkeit bremsen.
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DE 40 05 563 offenbart einen
Stossdämpfer aus einem Gurtband oder ähnlichem
Material, bei welchem Teilflächen miteinander durch verschiedene Techniken
in verschiedenen Anordnungen verbunden sind. Diese Verbindung ist
dabei von geringerer Festigkeit als das Grundmaterial.
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Nachteilig
bei all diesen beschriebenen Systemen sind entweder die grossen
Toleranzen, Schwankungen oder Unstetigkeiten im Bremskraftverlauf
aufgrund der Art der Verbindung oder des jeweiligen spezifischen
Aufbaues, oder aber die Grösse bzw. das Gewicht des Gesamtsystems.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein praktikableres,
d. h. kleineres und leichteres System eines Falldämpfers
bereitzustellen, mit welchem es möglich ist, ein sicheres
und gleichmässig stufenloses oder gegebenenfalls stufenförmiges
Abbremsen einer fallenden Masse zu bewerkstelligen. Erreicht wird
dieses Ziel durch ein System gemäss Anspruch 1. Weitere
nützliche Ausführungsformen der Erfindung sind
in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Die
Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Falldämpfer
zum Abbremsen einer fallenden Masse durch Aufreissen einer Verbindung
zwischen zwei oder mehreren Sicherungsbändern, wobei im Falle
von zwei Bändern beide Bänder jeweils mit ihrem
einen Ende an einem Fixpunkt und mit ihrem anderen Ende an der fallenden
Masse befestigt sind, wobei allerdings das Ende des einen oder ersten Bandes
mit dem Anfang des anderen oder zweiten Bandes und der Anfang des
ersten Bandes mit dem Ende des zweiten Bandes untrennbar verbunden, beispielsweise
zusammengenäht, sind.
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In
einer ersten Ausführungsform bezieht sich die vorliegende
Erfindung auf einen derartigen Bandfalldämpfer, bei dem
das Abbremsen einer fallenden Masse durch Auftrennen von zwischen
Bändern vorgesehenen Bremsnähten erfolgt. Dabei
wird die gewünschte Bremscharakteristik dadurch erreicht,
dass das Band die oben erwähnte spezielle Anordnung der
Bandenden aufweist und durch diese spezielle Anordnung ein definiertes,
gegebenenfalls zeitversetztes, paralleles Aufreissen erfolgt. Eine
solche Anordnung ist etwa in 2 dargestellt.
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Die
Bezeichnung „Bremsnaht" soll hierin der Einfachheit halber
sowohl für genähte, geklebte, gewobene als auch
sonstige Verbindungen zwischen zwei oder mehreren, aneinander anliegenden Bandabschnitten
gelten.
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Das
in den Abbildungen dargestellte Bremssystem bezieht sich exemplarisch
auf einen Doppelbandfalldämpfer, bestehend aus zwei Bändern.
Dasselbe Prinzip des erfindungsgemässen Falldämpfers lässt
sich aber auch mit drei oder mehreren mit einander verbundenen Bändern
realisieren.
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Die
mechanische Stabilität, insbesondere Reissfestigkeit, der
Bänder kann dank der Erfindung geringer gewählt
werden, da die hohe Belastung beim unmittelbaren Aufeinandertreffen
der von den Bandenden in Richtung Bandmitte voranschreitenden Aufreissfronten
durch die Schlaufe an der Stelle E (siehe 5) vermieden
wird. Aufgrund der Torsion beider Bänder zueinander könnten
die beim vollständigen Aufreissen der Bremsnaht an dieser
Stelle auftretenden Scherkräfte ansonsten zu einer Beschädigung
oder gar zum Reissen der Sicherungsbänder führen.
Diese Massnahme erlaubt es, ohne Sicherheitseinbusse weniger Material
für die Bandherstel lung einzusetzen und den Falldämpfer
in einer schlankeren, d. h. gewichtsreduzierten und kleineren Form
herzustellen.
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Weiters
zielt die vorliegende Erfindung eines Bandfalldämpfers
auf einen möglichst schonenden Bremskraftverlauf ab, dem
zu Folge der Bremsvorgang schon bei relativ geringen Zugkräften,
wie beispielsweise beim Fall eines Kindes in den Bandfalldämpfer,
ausgelöst und dann sukzessive, gegebenenfalls in vordefinierten
Stufen, bis zum Stillstand der fallenden Masse erhöht wird.
Dieser möglichst gleichmässig ansteigende, stetige
oder stufenförmige Kraftverlauf ermöglicht ein
komfortables Verwenden desselben Falldämpfers sowohl durch
Personen mit geringem Körpergewicht, wie z. B. Kinder,
als auch durch Erwachsene.
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Das
Verletzungsrisiko durch einen harten, weitgehend ungedämpften
Stoss ist enorm. Es ist in einschlägigen Fachkreisen bekannt,
dass schon bei einem harten Sturz von lediglich 0.5 m (z. B. in
eine Bandschlinge oder ein Kletterseil) durchaus lebensgefährliche
Wirbelsäulenverletzungen auftreten können.
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BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
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1:
zeigt eine Seitenansicht der nach vollständigem Aufreissen
der Bänder (hier zwei) über die gesamte Länge
parallel und ohne Verdrehung zueinander liegenden Bandflächen
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2:
zeigt die Ausgangsform mit der speziellen Anordnung der vier Bandenden
der zwei miteinander verbundenen Bänder
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3:
zeigt die nicht verbundene Stelle des Zusammentreffens der Aufreissfronten
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4:
zeigt den Verlauf der Stärke der Verbindung zwischen den
Bändern in Längsrichtung
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5:
zeigt die sich aus der speziellen Anordnung der Bänder
und der Verbindungsstärken ergebenden, verschiedenen Stufen
der Reissfestigkeit
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6:
zeigt die Position der in 3 beschriebenen
Schlaufe im Gesamtsystem
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Nachfolgend
wird eine typische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
anhand eines Ausführungsbeispiels mit zwei Sicherungsbändern detailliert
beschreiben. Es ist aber grundsätzlich möglich,
auch drei oder mehr Bänder miteinander zu einem hochleistungsfähigen
Falldämpfer zu verbinden.
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Der
Doppelband-Falldämpfer besteht aus einem Verbundsystem
von zwei hochbelastbaren Bändern, wobei der Verbund dieser
beiden Bänder miteinander durch Verweben der Bandflächen
hergestellt wird. Dieses Verweben kann im selben Arbeitsschritt
wie die Produktion der Bänder selbst erfologen, was Produktionskosten
spart und die Qualität des Produktes erhöht. Die
Verbindung erfolgt dabei nicht über die gesamte zur Verfügung
stehende Länge der Bänder, sondern lediglich innerhalb
einer definierten Bremszone. Die Stärke der Verbindung
wird in wenigstens zwei, der vorgesehenen Verwendung angepassten,
Stufen ausgeführt. Dies wird in 4 verdeutlicht.
Stufe I ist eine schwächere, Stufe II eine stärkere
Verbindung. Für besondere Anwendungszwecke kann eine feinere
Abstimmung der Bremscharakteristik durch 3 oder mehr unterschiedliche Verbindungsstärken
von Vorteil sein.
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Der
Verbund in der Bremszone kann in fünf Segmente, wie in 4 dargestellt,
unterteilt werden. Segment 1 wird charakterisiert durch eine Verbindungsstärke
beider Bänder der Stufe I, Segment 2 durch eine Verbindungsstärke
der Stufe II, Segment 3 besteht aus einer Schlaufe ohne Verbindung
beider Bänder, wie in 3 dargestellt,
Segment 4 ist eine Verbindung der Stärke II, und Segment
5 ist wiederum eine Verbindung der Stärke I.
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Damit
dieser Verbund die Funktionalität eines Falldämpfers
erfüllt, muss eine spezielle Anordnung gewählt
werden. Eine solche Anordnung ist in 2 beispielhaft
dargestellt. Nach dem Verweben der Bänder im Bereich der
Bremszone (= Bereich zwischen den Aufreissfronten C und D in 2) – vorzugsweise
mit Ausnahme der erwähnten Schlaufe – wird beispielsweise
der Anfang des einen, in 2 äusseren Bandes,
mit dem um 180 Grad (eine halbe Drehung) nach aussen verdrillten
Ende des anderen, inneren Bandes fix verbunden, beispielsweise vernäht,
wodurch eine erste Schleife entsteht. Dann wird der Anfang des inneren
Bandes durch die erste Schleife hindurch geführt und mit
dem ebenfalls um eine halbe Drehung nach aussen, also parallel zum ersten
Band, verdrillten Ende des äusseren Bandes fix verbunden,
typischerweise vernäht. Es ergeben sich dadurch zwei neue
funktionale Segmente in Form von Schleifen, welche in 2 mit
A und B bezeichnet sind. Am Segment A wird der Falldämpfer durch
ein Befestigungsmittel, beispielsweise einen Karabiner, an einem
Fixpunkt befestigt. In 2 sind zwei Karabiner für
die überschlagende Verwendung an einem Klettersteig dargestellt.
Am Segment B wird die zu schützende Person bzw. die fallende Masse
fixiert. In 2 ist dafür eine Schlaufe
abgebildet, durch welche ein Kletterer seinen Klettergurt mit dem
Bandfalldämpfer verbinden kann.
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Die
Aufteilung der Stärken der Verbindung über die
Länge der Bänder ist, wie in 5 deutlich wird,
asymmetrisch, d. h. asymmetrisch in Bezug auf eine das gestreckte
Bändersystem auf halber Länge, der "Bandmitte",
im rechten Winkel schneidende Symmetrieebene. Durch diese Asymmetrie
entsteht ein stufenförmiger Verlauf der Bremswirkung. Funktional
entsteht eine zeitversetzte Aufreisskraft-Parallelschaltung beider
Bänder. Der Zeitversatz wird durch den geometrischen Versatz
der im Belastungsfall aufeinander zulaufenden Aufreissfronten erreicht (siehe 5):
Bei
einem Sturz in den Falldämpfer wird zuerst die Aufreissfront
C mit der Verbindungsstärke I belastet, was die Bremsstufe
1 mit einer Bremskraft 1 ergibt. Kurz danach beginnt der Falldämpfer
zusätzlich vom anderen Bandende her an der Aufreissfront
D aufzureissen (Bremsstufe 2), die Bremskräfte der beiden Aufreissfronten
addieren sich zur Bremskraft 2. Dann erreicht die vom ersten Bandende
aus gestartete Aufreissfront den Bremsbereich mit der Verbindungsstärke
II und eröffnet damit die Bremsstufe 3 mit einer addierten
Bremskraft 3, bis schliesslich auch die Aufreissfront vom anderen
Bandende her den Bremsbereich mit der Verbindungsstärke
II erreicht und damit in die Bremsstufe 4 mit der addierten Bremskraft
4 eintritt. Aus diesem Zeitversatz ergibt sich ein vierteiliger,
stufenförmig ansteigender Bremskraftverlauf, wie in 5 dargestellt.
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Die
Zahl der Bremsstufen ebenso wie die Anzahl und Höhe der
verschiedenen Verbindungsstärken im Bremsbereich des Falldämpfers
können je nach Bedarf variiert werden. Als Spezialfall
einer Bremszone mit einer hohen Zahl unterschiedlicher Verbindungsstärken
kann eine Bremszone mit lediglich zwei Bremsbereichen angese hen
werden, in denen die Verbindungsstärke aufgrund einer stetig
zunehmenden Zahl von Verbindungsstellen zwischen den miteinander
vernähten oder verwobenen Bändern kontinuierlich
zunimmt. Dabei können die beiden Bremsbereich gleich lang
und symmetrisch um die Bandmitte des Falldämpfers herum
angeordnet sein, mit gleichzeitig startenden Aufreissfronten. Oder
sie sind unterschiedlich lang und weisen zwei zeitlich versetzt
startende Aufreissfronten auf.
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Im
Falle einer vollständigen Trennung der Bänder
durch Aufreissen über die gesamte Bremszone kommen die
Bandflächen ohne Verdrehung parallel zu einander zu liegen.
Dieser Endzustand, welcher gegebenenfalls durch die Abbremsung einer Masse
mit dem zulässigen oder mehr als dem zulässigen
Höchstgewicht erreicht werden kann, ist in 1 dargestellt.
Er wird erst durch die anfängliche Anordnung durch Verdrehung
und Verbindung der Bandflächen wie oben beschrieben ermöglicht.
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Damit
beim vollständigen Aufreissen der Bänder während
eines Sturzes die zueinander tordierten Aufreissfronten nicht aufeinander
treffen, besteht gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung an einer vorbestimmten Stelle, typischerweise der halben
Länge und damit der Bandmitte des Falldämpfers,
eine Schlaufe und somit keine Verbindung zwischen den beiden Bändern.
Diese Stelle ist in 5 mit E gekennzeichnet. Eine
Detailansicht der Stelle ist zudem in 3 gezeigt.
Diese Stelle wäre der Treffpunkt der beiden Aufreissfronten C
und D bei einer vollständigen Trennung der Bänder in
der Bremszone. Durch die Schlaufe wird jedoch erreicht, dass die
mechanische Beanspruchung der Bänder an der Stelle des
Zusammentreffens der Aufreissfronten nicht die Belastungsgrenze
erreicht. Da die Aufreissfronten aufgrund der geometrischen Anordnung
an dieser Stelle E zueinander tordiert stehen, wäre ohne
diese Schlaufe die Torsionskraft derart gross, dass die Bänder
reissen könnten. Mit der Schlaufe hingegen wirkt die Krafteinwirkung
auf die Bänder überwiegend in Längsrichtung
und reduziert damit die Gefahr eines Zerreissens der Bänder
aufgrund von Scherkräften.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 00/4445
A1 [0003]
- - FR 2709970 A1 [0005]
- - WO 02/44764 A1 [0006]
- - DE 4005563 [0007]