DE3049429C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Aufprall-Schutzeinrichtung für Fahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer derartigen bekannten Aufprall-Schutzeinrichtung nach der FR-OS 24 49 561 wird die kinetische Aufprallenergie beim Aufprall des Fahrzeuges auf ein Hindernis in kinetische Energie, in Wärme und in Verformungsarbeit umgesetzt. Dies wird mit Hilfe zweier Fluidtanks erreicht, z. B. eines zylindrischen und eines kugelförmigen Fluidtanks, die miteinander kommunizieren. Beim Aufprall wird der zylindrische Fluidtank ziehharmonikaartig verformt, wodurch zumindest ein Teil des in diesem enthaltenen Fluids in den kugelförmigen Fluidtank gedrückt wird, der sich dabei verformt. Bei einem Aufprall mit hoher Verzögerung ist es nicht auszuschließen, daß einer dieser beiden Fluidtanks zerstört wird, wodurch dann die gesamte Aufprallschutzeinrichtung praktisch wirkungslos wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Aufprallschutzeinrichtung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei der unter Gewährleisten einer möglichst geringen Beschleunigungsbelastung der Fahrzeuginsassen bei einem Aufprall des Fahrzeuges ein Austreten des Fluids aus der Aufprall-Schutzeinrichtung zuverlässig verhindert wird und die auch bei Hubschraubern eingesetzt werden kann, um einen notfallartigen Aufprall derselben auf den Boden zu dämpfen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Ausbildung gemäß den in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachstehend in für einen Hubschrauber vorgesehenen Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen stellt dar

Fig. 1 einen Hubschrauber, bei dem die unter dem Frachtboden angeordneten Kraftstofftanks Teil einer Aufprall-Schutzeinrichtung gemäß der Erfindung sind;

Fig. 2 einen vertikalen Querschnitt durch den Hubschrauber im Bereich der die Kraftstofftanks umfassenden Aufprall-Schutzeinrichtung;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines der in die Aufprall-Schutzeinrichtung integrierten Kraftstofftanks;

Fig. 4a, 4b, 4c jeweils einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 2 im Querschnitt mit der Darstellung einer Berstmembran und eines zugehörigen Druckausgleichbehälters in einer Aufprall-Schutzeinrichtung gemäß der Erfindung vor dem Aufprall, während des Aufpralls und nach dem Aufprall;

Fig. 5a, 5b einen vertikalen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Aufprall-Schutzeinrichtung gemäß der Erfindung für einen Hubschrauber vor und nach dem Aufprall;

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform einer Aufprall-Schutzeinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 7 ein Kraft-Weg-Diagramm für zusätzliche plastisch verformbare Glieder einer Aufprall-Schutzeinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 8 eine schematische Darstellung eines plastisch verformbaren zusätzlichen Aufprallelementes für eine Aufprall-Schutzeinrichtung gemäß der Erfindung vor und nach dem Aufprall.

In Fig. 1 ist ein vom Heck her zu beladener Hubschrauber dargestellt, unter dessen Frachtraum Kraftstofftanks 10 angeordnet sind. In Fig. 2 ist im einzelnen dargestellt, daß die Kraftstofftanks 10 a und 10 b unterhalb eines steifen Frachtbodens 20 des Hubschraubers angeordnet und durch eine untere Außenhaut 40 verkleidet sind. Die Kraftstofftanks 10 a und 10 b weisen jeweils Berstmembranen 12 a bzw. 12 b auf, die teilweise die nach außen gerichteten Seitenwandungen der Kraftstofftanks bilden und beim Aufprall durch Bersten den Kraftstoff ausströmen lassen. Ferner sind Druckausgleichbehälter 14 a und 14 b vorgesehen, die den Berstmembranen 12 a bzw. 12 b gegenüberliegen und den ausströmenden Kraftstoff aufnehmen. Die Druckausgleichbehälter 14 a und 14 b besitzen jeweils eine hochplastisch verformbare Wandung 16 a bzw. 16 b, die nach dem Aufprall die Lage 16 a′ bzw. 16 b′ einnimmt. Die Berstmembranen 12 a bzw. 12 b sind gemäß Fig. 2 und 3 als berstfähige Abschnitte einer homogenen Seitenwandung der Kraftstofftanks 10 a und 10 b ausgebildet und jeweils durch entsprechende Öffnungen 19 in einer benachbarten seitlichen Stegwand 18 a bzw. 18 b der Rumpfunterstruktur des Hubschraubers hindurch berstbar, was einen einfachen Aufbau sichert. Selbstverständlich könnten die Berstmembranen 12 a und 12 b auch als gesonderte Stücke in entsprechende Öffnungen der jeweiligen Seitenwandung der Kraftstofftanks 10 a und 10 b eingesetzt, z. B. eingeklebt, werden.

Ferner sind in Fig. 2 schematisch hochplastisch verformbare zusätzliche Glieder 22 nahe der Hubschrauber-Vertikalachse C angeordnet, die sich zwischen dem Frachtboden 20 und der Außenhaut 40 erstrecken.

In Fig. 2 ist ferner mit 1 eine steife Zone oberhalb der strichpunktierten Linie und mit 2 unterhalb dieser Linie ein Aufprallbereich bezeichnet, wobei durch die zueinander gerichteten Pfeile Belastungen beim Aufprall angedeutet sind.

Die Verformung der Kraftstofftanks bei einem Aufprall ist im einzelnen Fig. 4a bis 4c zu entnehmen, wo ähnlich wie in Fig. 2 die steife Zone 1 und der Aufprallbereich 2 angedeutet sind. Gut erkennbar ist die starke plastische Verformung der hochplastisch verformbaren Wandung 16 b des zugehörigen Druckausgleichbehälters 14 b, die nach dem Aufprall die Lage 16 b′ einnimmt. Aus Fig. 4c ist ersichtlich, daß die steife Zone 1 im wesentlichen ihre Abmessung behalten hat (vgl. dazu auch den durch den Doppelpfeil in Fig. 4c angedeuteten Aufprall- und Verformungsweg).

Die kinetische Aufprallenergie wird aber nicht nur durch die Verformung der hochplastisch verformbaren Wandungen 16 a und 16 b absorbiert, sondern auch durch den aus den Kraftstofftanks 10 a und 10 b ausströmenden Kraftstoff, der einer inneren und einer äußeren Reibung unterliegt, insbesondere beim Zerstören der Berstmembranen 12 a und 12 b und anschließendem Durchströmen durch die Öffnungen 19 in den Stegwänden 18 a und 18 b. Gegebenenfalls können in nicht dargestellter Weise die verformbaren Wandungen 16 a und 16 b noch die Außenhaut 40 unter weiterer Energieabsorption durchschlagen.

In Fig. 5a und 5b ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Aufprall-Schutzeinrichtung dargestellt. Diese Aufprall-Schutzeinrichtung, von der hier nur die eine Hälfte gezeigt ist, ist zwischen dem Frachtboden 20 und der seitlichen und unteren Außenhaut 40 eines Hubschraubers angeordnet. Zwischen dem Frachtboden 20 und der Außenhaut 40 liegen wiederum im Bereich der Hubschrauber-Vertikalachse C′ hochplastisch verformbare zusätzliche Glieder 22. Ferner ist dargestellt ein Kraftstofftank 32 mit einer berstfesten Außenhülle 28 und einer berstfähigen Innenhülle 29. An einen einen Sollberstbereich bildenden Wandungsabschnitt 29 a der berstfähigen Innenhülle 29 schließt sich eine verformbare, faltenbalgartige Wandung 30 an, die einstückig mit der Außenhülle 28 ausgebildet ist.

Bei einem Aufprall platzt die Innenhülle 29 zumindest im Wandungsabschnitt 29 a, so daß der Kraftstoff in die faltenbalgartige Wandung 30 eintreten kann, die beim Verformen in ihren entfalteten Zustand 30′ (vgl. Fig. 5b), die seitliche Stegwand 24 der Rumpfunterstruktur sowie die Außenhaut 40 durchschlägt, wobei beträchtliche Energie absorbiert wird.

Gleichzeitig erfolgt eine Absorption von kinetischer Aufprallenergie durch die schematisch angedeuteten hochplastisch verformbaren zusätzlichen Glieder 22, die jeweils als rechteckige oder quadratische Säule ausgebildet sind. Für diese wird ein Kraft-Weg-Verhalten angestrebt, wie es in Fig. 7 dargestellt ist. Diese Glieder 22, deren verformter Zustand in Fig. 5b mit 22′ bezeichnet ist, bestehen jeweils aus drei Abschnitten, nämlich einer ummantelten Schaummasse 22 a, einem Aufprallelement 22 b mit hoher plastischer Verformungsmöglichkeit und einer weiteren ummantelten Schaummasse 22 c. Das Aufprallelement 22 b kann z. B. als offenes Netzwerk aus Faserverbundwerkstoffsträngen ausgebildet sein. In Fig. 8 ist ein derart ausgebildetes Aufprallelement 50 vor dem Aufprall und im verformten Zustand 50′ dargestellt.

Bei dem Aufprall wird im übrigen noch der Unterboden 26 der Rumpfunterstruktur des Hubschraubers beträchtlich deformiert (vgl. in Fig. 5b den verformten Zustand 26′), wodurch weitere kinetische Aufprallenergie absorbiert wird.

Fig. 6 stellt eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Kraftstofftanks 32 dar, bei dem eine zusätzliche Umhüllung 35 nicht nur die berstfähige Innenhülle 29, sondern auch die faltenbalgartige Wandung 30 umgibt und im Bereich dieser Wandung 30 berstfähig ist. Auf diese Weise hat der Kraftstofftank 32 das Aussehen eines herkömmlichen Kraftstofftanks, wobei in vorteilhafter Weise die faltenbalgartige Wandung 30 vor einer Beschädigung und vor dem Eindringen von Schmutz in den Außenraum der Falten geschützt ist.

Claims (13)

1. Aufprall-Schutzeinrichtung für Fahrzeuge mit einer energiewandelnden Vorrichtung zum Umwandeln kineti­ scher Aufprallenergie

• - in kinetische Energie eines in Fluidtanks enthalte­ nen Fluids durch Verlagern des Fluids infolge einer unter der Wirkung eines Aufpralls stattfindenden Verformung der Fluidtanks,
• - in Wärme durch beim Verlagern des Fluids auftretende innere und äußere Reibung des Fluids und
• - in Verformungsarbeit durch beim Verlagern des Fluids stattfindende Verformung von die Fluidräume nach außen abschließenden Wandungen,

dadurch gekennzeichnet, daß als Fluidtanks gesonderte Fluidtanks und/oder als Fluid Kraftstoff enthaltende, ohnehin vorhandene Kraftstofftanks (10 a und 10 b; 32) Verwendung finden, daß die Wandung jedes Fluidtanks einen Sollberstbereich (Berstmembran 12 a bzw. 12 b; Wandungsabschnitt 29 a) aufweist, der durch das Fluid unter der Wirkung eines Aufpralls zerstörbar ist, und daß unmittelbar anschließend an den Sollberst­ bereich (Berstmembran 12 a bzw. 12 b; Wandungsabschnitt 29 a) des jeweiligen Fluidtanks ein Druckausgleichbehäl­ ter (14 a bzw. 14 b) vorgesehen ist, in den nach der Zerstörung des Sollberstbereichs (Berstmembran 12 a bzw. 12 b; Wandungsabschnitt 29 a) ein Teil des Fluids aus dem Fluidtank einströmt, wobei der Druckaus­ gleichbehälter (14 a bzw. 14 b) eine im Sinne seiner Volumenvergrößerung durch das einströmende Fluid verformbare Wandung (16 a bzw. 16 b; 30) aufweist.

2. Aufprall-Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in unmittelbarer Nähe der Fluid­ tanks (Kraftstofftanks 10 a und 10 b; 32) in Aufprall­ richtung hochplastisch verformbare zusätzliche Glieder (22) vorgesehen sind.

3. Aufprall-Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidtanks (Kraft­ stofftanks 10 a und 10 b; 32) mit einer verformungsstei­ fen Struktur (Zone 1, Frachtboden 20) des Fahrzeugs verbunden sind.

4. Aufprall-Schutzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidtanks (Kraftstofftanks 10 a und 10 b; 32) eine flache Quader­ form aufweisen, wobei jeweils die eine der größeren Quaderflächen die Aufprallfläche ist, und daß der Sollberstbereich (Berstmembran 12 a bzw. 12 b; Wandungs­ abschnitt 29 a) und der Druckausgleichbehälter (14 a bzw. 14 b) jeweils im Bereich einer der kleineren Quaderflächen angeordnet sind.

5. Aufprall-Schutzeinrichtung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die verformbare Wandung (30) der Druckausgleichbehälter jeweils faltenbalgartig ausgebildet ist.

6. Aufprall-Schutzeinrichtung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die verformbare Wandung (16 a bzw. 16 b; 30) der Druckaus­ gleichbehälter (14 a und 14 b) jeweils einer bei der Volumenvergrößerung des Druckausgleichbehälters (14 a bzw. 14 b) berstbaren Wand (Außenhaut 40; Stegwand 24) der Fahrzeugstruktur benachbart ist.

7. Aufprall-Schutzeinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidtanks (32) jeweils eine berstfähige Innenhülle (29) und eine berstfreie Außenhülle (28) aufweisen, die einstückig mit der faltenbalgartigen verformbaren Wandung (30) ausgebildet ist.

8. Aufprall-Schutzeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidtanks (32) jeweils in einer zusätzlichen Umhüllung (35) angeordnet sind, die auch die faltenbalgartige verformbare Wandung (30) umgibt und im Bereich dieser Wandung (30) berstfähig ist.

9. Aufprall-Schutzeinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die berstfähige Innenhülle (29) aus dünnem faserverstärkten Elastomer besteht.

10. Aufprall-Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollberstbereiche (Berstmembra­ nen 12 a und 12 b) aus dünnem faserverstärkten Elastomer bestehen.

11. Aufprall-Schutzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hochplastisch verformbaren zusätzlichen Glieder (22) zwischen den Fluidtanks (10 a und 10 b; 32) im Bereich der vertikalen Fahrzeug­ längsmittelebene angeordnet sind.

12. Aufprall-Schutzeinrichtung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Anwen­ dung bei einem Hubschrauber die Aufprall-Schutzeinrich­ tung innerhalb der Rumpfunterstruktur des Hubschrau­ bers angeordnet ist.