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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Energieabsorber zum
Absorbieren von Energie von einem Fahrzeug oder einer Komponente
eines Fahrzeugs oder von einem Insassen des Fahrzeugs in einer Aufprallsituation,
um eine relativ allmähliche Verzögerung des
Fahrzeugs, der Komponente oder des Insassen zu ermöglichen.
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Die
vorliegende Erfindung ist von besonderem, allerdings nicht ausschließlichem
Nutzen in Bezug auf sogenannte bruchgeeignete bzw. für eine Unfallsituation
geeignete Sitze für
Hubschrauber. Bei dem typischen Szenario eines Unfalls mit einem
Hubschrauber geht dem Aufprall auf den Boden ein erhebliches vertikales
Sinken oder ein Sturz voraus, mit dem Ergebnis, daß ein sitzender
Insasse eines Hubschraubers hohe Wirbelsäulenbelastungen und Verzögerungen
des Unterkörperbereichs
während
eines solchen Unfalls erfährt,
aufgrund des plötzlichen
Anhaltens der vertikalen, nach unten gerichteten Bewegung. Es ist
seit langem erkannt worden, daß Wirbelsäulenverletzungen
bei Insassen von Hubschrauben bei einem solchen Unfallszenario durch
Sitzanordnungen minimiert werden können, bei denen die Verzögerung,
der der sitzende Insasse unterworfen ist, relativ zu dem Hubschrauber
bis auf ein vorbestimmtes Maximum begrenzt wird, dadurch daß eine nach unten
gerichtete Bewegung des sitzenden Insassen relativ zu dem Hubschrauber
zum Zeitpunkt des Aufpralls auf den Boden zugelassen wird, unter
einer zurückhaltenden
Kraft, die über
einen begrenzten Bereich einer solchen Bewegung auf ein vorbestimmtes Maximum
begrenzt ist. In der Praxis können
auf diese Weise in derartigen Unfallsituationen erhebliche Vorteile
auf dem Wege von weniger Unfällen
und weniger schweren Unfällen
bereitgestellt werden, auch dann, wenn das Ausmaß einer solchen kontrollierten vertikalen
Bewegung, die durch eine für
eine Unfallsituation geeignete Sitzanordnung ermöglicht wird, recht beschränkt ist.
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Zahlreiche
unterschiedliche Typen von Energieabsorbern sind für solche
Zwecke vorgeschlagen und hergestellt worden. Bei vielen von diesen
bekannten Energieabsorbern wird eine plastische Deformation von
metallischen Teilen als Mittel zum Absorbieren von Energie eingesetzt.
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Aus
der US-A-4223763 ist ein Energieabsorber zur Verwendung bei Hubschraubern
bekannt, der mit einem ersten Rohr versehen ist, das einen abgeflachten
mittleren Bereich aufweist, der zwischen Rollen aufgenommen ist,
die in einem Schlitten angebracht sind, der von einem zweiten Rohr
getragen ist, welches teleskopartig in Bezug auf das erste Rohr angeordnet
ist, so daß eine
ausreichende Kraft, die so wirkt, daß sie das erste Rohr weiter
in das oder weiter aus dem zweiten Rohr hinein oder heraus bewegt,
das erste Rohr abflacht, während
es sich durch den Schlitten bewegt, wodurch Energie absorbiert wird.
Der Oberbegriff des Anspruchs 1 basiert auf diesem Dokument.
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Es
besteht allerdings weiterhin ein Bedarf nach einem verbesserten
Energieabsorber, der besser als existierende Energieabsorber in
der Lage ist, einen oder mehrere der folgenden Vorteile zu bieten.
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Die
Vorrichtung sollte einen vorhersagbaren Verlauf der Kraft über der
Verformung bereitstellen.
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Der
schnelle Anstieg bzw. Aufbau einer Belastung, der im Falle eines
Unfalls zu erwarten ist, sollte nicht zu unerwarteten Veränderungen
in der Charakteristik der Kraft in Bezug auf die Verformung der
Vorrichtung führen.
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Die
Vorrichtung sollte die Fähigkeit
besitzen, eine Spannung und Verformung beizubehalten, so daß Anti-Rückprall-Eigenschaften
bereitgestellt werden.
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Die
Vorrichtung sollte so leicht und so klein wie möglich sein.
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Die
Vorrichtung sollte wirtschaftlich sein.
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Die
Vorrichtung sollte in der Lage sein, verläßlich zu sein, um zufriedenstellend
während
der Lebensdauer des Produkts zu arbeiten, d.h. während eines Minimums von 10
Jahren oder 8000 Flugstunden, ohne daß Wartungsarbeiten erforderlich
sind.
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Die
Vorrichtung sollte nicht durch Vibrationen, Verschmutzung, Staub,
Temperatureinflüsse oder
sonstige Umwelteinflüsse
beeinflußt
werden.
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Die
Vorrichtung sollte vor Korrosion geschützt sein.
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Die
Vorrichtung sollte nicht Reibung als eine wesentliche Kraftkomponente
bei dem Energieabsorber einsetzen, da Reibung unter unterschiedlichen Umgebungsbedingungen
sehr stark variieren kann und aus diesem Grunde die Leistungsfähigkeit
des Energieabsorbers sehr stark beeinträchtigen kann, bspw. zum Nachteil
des Insassen eines Sitzes, der mit einem solchen Energieabsorber
ausgestattet ist.
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Wenn
die Vorrichtung bspw. in einem für
eine Unfallsituation geeigneten Sitz eines Hubschraubers eingesetzt
wird, sollte sie den Insassen eines solchen Sitzes auf eine möglichst
effiziente Weise verzögern, während die
Belastungen, denen der Insasse ausgesetzt ist, innerhalb der Grenzen
der menschlichen Toleranz gehalten werden.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen
zuverlässigen,
effizienten und kostengünstigen
Energieabsorber bereitzustellen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Energieabsorber
gemäß dem Anspruch
1 der Anmeldung bereitgestellt.
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Ausführungsformen
der Erfindung werden nachfolgend im Wege eines Beispiels unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 eine
schematische Ansicht in einem vertikalen Schnitt zeigt, wobei die
Arbeitsweise einer ersten Ausführungsform
eines Energieabsorbers gemäß der vorliegenden
Erfindung dargestellt ist,
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2 ein
schematisches, im Querschnitt dargestelltes Diagramm zeigt, in dem
die Arbeitsweise des energieabsorbierenden Mechanismus erläutert ist,
der in der ersten Ausführungsform
eingesetzt wird,
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3 eine
teilweise perspektivische Ansicht eines Sitzes eines Hubschraubers
zeigt, der mit Energieabsorbern gemäß der ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ausgestattet ist,
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4 eine
bruchstückhafte
perspektivische Ansicht des Sitzes nach 3 zeigt,
in einem vergrößerten Maßstab in
Vergleich zu 3, wobei ein Teil der Sitzstruktur
und ein Teil des Energieabsorbers dargestellt sind,
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5 eine
seitliche Seitenansicht eines Teils des Energieabsorbers nach 1 zeigt,
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6 eine
Ansicht in einem horizontalen Schnitt entlang der Linie A-A in 5 zeigt,
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7 eine
endseitige Ansicht des Teils des Energieabsorbers zeigt, der in 5 dargestellt
ist,
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8 eine
Draufsicht des Teils des Energieabsorbers zeigt, der in 5 dargestellt
ist,
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9 eine
vertikale Schnittansicht entlang der Linie B-B in 8 zeigt,
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10 eine
Draufsicht entsprechend 8 zeigt, wobei allerdings ein
Teil eines alternativen Energieabsorbers gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt
ist,
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11 eine
seitliche Ansicht des Teils zeigt, der in 10 dargestellt
ist,
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12 eine
Ansicht im Vertikalschnitt entlang der Linie A-A in 11 zeigt,
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13 eine
vertikale Schnittansicht entsprechend 1 von einer
Variante des Energieabsorbers zeigt, in dem die Erfindung verkörpert ist,
und
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14 eine
horizontale Schnittansicht der Variante nach 13 zeigt.
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In
der Ausführungsform
der Erfindung, die in 1 bis 9 erläutert ist,
wird im Betrieb Energie durch eine plastische Verformung von Metall
absorbiert, wie dies in vielen Energieabsorbern der Fall ist, die
aus dem Stand der Technik bekannt sind. In den Ausführungsformen
der Erfindung, die zu beschreiben ist, besteht die in Rede stehende
plastische Verformung aus einer progressiven Abflachung eines verformbaren
Metallrohrs, auf das hierbei als ein Dämpfungsrohr Bezug genommen
wird, während dieses
durch eine verformende Anordnung hin durchgezogen wird, die aus einem
Paar von einander gegenüberstehend
angeordneten Rollen besteht, deren gegenseitiger Abstand geringer
ist als der Durchmesser des Rohrs. Bei der Benutzung dieser Vorrichtung, um
die kinetische Energie des Insassen eines Sitzes eines Hubschraubers
zu absorbieren, wie mehr im einzelnen weiter unten noch erläutert wird,
ist der Sitz für
eine vertikale verschiebliche Bewegung in den Sitz haltenden Trägern angebracht,
die an der Struktur des Hubschraubers befestigt sind, wird aber
normalerweise gegenüber
einer derartigen Bewegung durch ein Paar von Energieabsorbern der
Art gehindert, wie sie in 1 dargestellt
sind, wobei in jedem von diesen das verformbare Rohr an einem entsprechenden,
den Sitz haltenden Träger,
der an der Struktur des Hubschraubers fixiert ist, befestigt ist, während die
verformende Anordnung, einschließlich der einander gegenüberstehenden
Rollen, an dem Rahmen des Sitzes befestigt ist, so daß sie sich
entlang des verformbaren Rohrs, während dieses verformt wird,
nach unten bewegt, wenn der Sitz relativ zu der Struktur des Luftfahrzeugs
nach unten bewegt wird, aufgrund des Impulses des Sitzes und seines Insassen,
wenn der Hubschrauber in einer Unfallsituation auf den Boden auftrifft.
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Unter
Bezugnahme auf 1 ist das verformbare metallische
Rohr 10 über
den größten Teil seiner
Länge im
Querschnitt zylindrisch und kreisförmig, wie in 2 mit
ausgezogenen Linien dargestellt ist. Lediglich ein oberer Bereich
dieses zylindrischen Abschnitts ist in 1 dargestellt.
Ein oberer Endbereich des Rohrs 10 ist abgeflacht, wie
mit 12 angedeutet ist, und weist eine querverlaufende Bohrung 14 durch
dieses hindurch auf, entlang einer Achse, die sich in der Richtung
erstreckt, in der der abgeflachte Teil 12 des Rohrs seine
kürzeste
Querschnittsmessung aufweist, wobei die Bohrung 14 einen
Sicherungsstift aufnimmt, der in 1 nicht
dargestellt ist und mit dem das obere Ende des Rohrs 10 relativ
zu der Struktur des Hubschraubers fixiert wird, und zwar mittels
eines entsprechenden den Sitz haltenden Trägers, der an der Struktur befestigt
ist. Für einen
Fachmann ist deutlich, daß für praktische
Zwecke, mit Ausnahme einer Unfallsituation, der Teil des Sitzes,
der unmittelbar mit dem Körper
des sitzenden Insassen zusammenwirkt, und wobei auf diesen Teil hier
als der eigentliche Sitz Bezug genommen wird, und der typischerweise
eine Sitzfläche
und eine Rückenlehne
des Sitzes aufweist, und die den Sitz haltenden Träger, auf
die Bezug genommen worden ist, gemeinsam eine Sitzeinheit bilden,
die als eine Einheit geliefert wird und dazu bestimmt ist, als Ganzes in
den Hubschrauber eingebaut zu werden. Allerdings wird der Zweckmäßigkeit
halber auf den eigentlichen Sitz hierbei als der "Sitz" Bezug genommen, und
es wird so darauf Bezug genommen, daß er relativ zu den genannten,
den Sitz haltenden Trägern verschieblich
ist. Die einander gegenüberliegenden Rollen,
die in 1 mit 16 bezeich net sind, sind drehbar
auf Lagerstiften in einem Gehäuse 18 gehalten,
welches einen quer durch dieses verlaufenden Durchgang 19 aufweist,
der mit dem Spalt zwischen den Rollen ausgerichtet ist und durch
den das abgeflachte obere Ende 12 des Rohrs 10 während des
Zusammenbaus hindurchgeführt
werden kann. Wie in 1 dargestellt ist, ist die minimale
Abmessung in Querrichtung des abgeflachten Bereichs 12 des Rohrs
geringer als der Abstand zwischen den einander gegenüberstehenden
Rollen 16, aber der äußere Durchmesser
des zylindrischen Teils des Rohrs 10 ist wesentlich größer als
dieser Abstand. Daher kann das Rohr 10 nicht weiter nach
oben relativ zu den Rollen 16 und dem Gehäuse 18 gezogen
werden, in der Anordnung, die in 1 dargestellt
ist, ohne daß der
zylindrische Abschnitt des Rohrs 10 verformt wird. Die
axiale Länge
einer jeden Rolle 16 und die Abmessung parallel zu den
Achsen der Rollen der Öffnung
oder des Durchgangs 19 durch das Gehäuse 18, durch den
das Rohr hindurchgeht, ist allerdings größer als die maximale Abmessung
in Querrichtung des abgeflachten Bereichs 12 des Rohrs und
tatsächlich
größer als
die maximale Abmessung in Querrichtung, die das Rohr haben wird,
nachdem es durch den Zwischenraum zwischen den einander zusammenwirkenden
Rollen 16 hindurchgezogen worden ist. Als Folge davon,
und wie in 2 dargestellt ist, umfaßt die Art
und Weise der plastischen Verformung des Rohrs 10 während einer
solchen Abflachung des Rohrs eine Abflachung von zwei gegenüberliegenden
Abschnitten der Wand des Rohrs und eine Biegung oder Vergrößerung in
der Krümmung von
den Abschnitten der Wand des Rohrs, die die zuerst genannten gegenüberliegenden
Wandabschnitte des Rohrs verbinden, wie in 2 dargestellt
ist, in der der abgeflachte Querschnitt des Rohrs mit gestrichelten
Linien mit 22 bezeichnet ist, und wobei der ursprüngliche,
nicht verformte, zylindrische Querschnitt des Rohrs mit ausgezogenen
Linien mit 24 bezeichnet ist. In 2 stellen
die Pfeile 26 die Kräfte
dar, die auf die gegenüberliegenden
Seiten des Rohrs durch die Rollen 16 aufgebracht werden,
während
der Verformung des Rohrs, während
die Pfeile 28 die Biegemomente und Spannungen erläutern, die
in dem Bereich des Rohrs entwickelt werden, wo die Krümmung vergrößert wird,
nach Art einer Ansicht im Querschnitt. Daher wird bei der Wirkungsweise
der Ausführungsform
der Erfindung, die in 1 und 2 dargestellt
ist, Energie dadurch absorbiert, daß die Wand des Rohrs durch
die Rollen 16 gebogen wird, im Unterschied zu einem Quetschen, Stauchen
oder Ziehen von Metallstangen, die typischerweise in bekannten Anordnungen
verwendet werden, bei denen der primäre Mechanismus zur Absorption
von Energie in der Kompression des Materials besteht, um seinen
Querschnitt zu reduzieren. Als Ergebnis davon wird bei den Ausführungsformen
der Erfindung, die in 1 und 2 dargestellt
sind, die Reibung zwischen den Teilen des Energieabsorbers, die
sich relativ zueinander während
der Funktion des Energieabsorbers bewegen, im Vergleich zu solchen
Anordnungen aus dem Stand der Technik erheblich reduziert, da eine
derartige Reibung im wesentlichen als Rollreibung auftritt. Weiterhin
wird die Querschnittsfläche
des Materials des Rohrs 10, d.h. die Ringfläche im Querschnitt,
die einerseits durch die äußere Umfangsfläche des
Rohrs und andererseits durch seine innere Umfangsfläche begrenzt wird,
d.h. die Fläche
des Metalls innerhalb eines solchen Querschnitts, während einer
solchen Verformung des Rohrs im wesentlichen nicht verändert.
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Wie
in 3 dargestellt ist, weist ein für eine Unfallsituation geeigneter
Sitz eines Hubschraubers, der mit Energieabsorbern der Bauart, wie
sie unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben
ist, versehen ist, einen Rückenlehnenrahmen
auf, der auf jeder Seite der Rückenlehne
des Sitzes jeweils ein gerades, vertikales, zylindrisches Rahmenteil 30 aufweist,
wobei die beiden Teile 30 parallel zueinander sind und
an ihren oberen Enden durch ein gekrümmtes oberes Teil 32 miteinander
verbunden sind. Der Sitz ist auf der nicht dargestellten Struktur des
Luftfahrzeugs angebracht, bspw. an einer Wand oder einer Schottwand
in dem Hubschrauber, und zwar in dem dargestellten Beispiel mittels
zweier Paare von den Sitz haltenden Trägern 34, ein Paar für jedes
Teil 30, wobei ein jeder solcher Träger 34 einen Kragen
oder eine Hülse 35 aufweist,
wobei auf 4 verwiesen sei, die sich um
das jeweilige Teil 30 auf eine solche Weise herum erstreckt,
um in Abwesenheit einer sonstigen zurückhaltenden Kraft eine vertikale
verschiebliche Bewegung des Teils 30 relativ zu dem Träger 34 zu
ermöglichen.
Jeder Träger 34,
wie in einem größeren Maßstab in 4 dargestellt
ist, umfaßt
weiterhin eine Struktur, die dazu bestimmt ist, bspw. mittels Bolzen
mit der Wand oder Schottwand des Luftfahrzeugs verbunden zu werden.
In der Anordnung, die in 3 dargestellt ist, ist jeweils
ein Energieabsorber der Art, wie er unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben
worden ist, auf jeder Seite der Rückenlehne des Sitzes angeordnet,
wobei das obere Ende 12 des Rohrs 10 eines jeden
Energieabsorbers durch einen quer angeordneten Bolzen 37 an
dem entsprechenden oberen feststehenden Träger 34 befestigt ist
und das Gehäuse 18 von
seiner verformenden Anordnung an dem entsprechenden Teil 30 befestigt
ist. In der bevorzugten Ausführungsform
ist das Gehäuse
durch den Kopf eines hohlen Bolzens oder Schlittens 36 gebildet,
siehe 5, 6, 8 und 9,
wobei der Schaft davon sich durch eine horizontale, quer verlaufende
Bohrung in dem jeweiligen Teil 30 erstreckt. Das Ende des
Bolzens 36, das sich entfernt von dem Kopf befindet, kann
mit einem äußeren Schraubgewinde
versehen sein, um eine Mutter aufzunehmen, so daß der Bolzen 36 in
dem Teil 30 gesichert ist. Der Kopf 18 des Bolzens
weist im wesentlichen die Form eines hohlen Zylinders auf, der an
seinem äußeren freien
Ende offen ist und eine dadurch verlaufende Bohrung aufweist, die
sich senkrecht zu der Achse des Stifts 36 erstreckt, senkrecht
in der in 3 dargestellten Anordnung, und
die die axiale Bohrung schneidet, die den inneren Zwischenraum des
Kopfs 18 des Bolzens 36 bildet. Diese Bohrung,
die senkrecht zu der Achse des Stifts 36 ist, legt den
Durchgang 19 fest, auf den weiter oben Bezug genommen worden
ist. Der Kopf 18 des Stifts 36 ist weiterhin mit einer Öffnung oder
mit Öffnungen
versehen, die sich in Querrichtung durch den Kopf 18 erstrecken,
senkrecht zu der vertikalen Bohrung 19 und auf beiden Seiten
der Achse des Bohrung 19, um Lagerstifte 40 aufzunehmen,
auf denen innerhalb des Gehäuses 18 jeweils
eine Rolle 16 drehbar gehalten ist, die eine hohlzylindrische
Form aufweisen. Die quer verlaufenden Bohrungen zur Aufnahme der
Stifte 40 können einfache
zylindrische Bohrungen sein, oder alternativ können die Stifte 40 in
entsprechenden länglichen Schlitzen
auf jeder Seite des Gehäuses 18 aufgenommen
sein, um ein Mittel zur Einstellung von einer der Rollen relativ
zu der anderen bereitzustellen, um den Zwischenraum dazwischen verändern zu
können.
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Es
sei darauf verwiesen, daß der
Sitzrahmen mit der erläuterten
Anordnung normalerweise in der Tat von den oberen, den Sitz haltenden
Trägern 34 durch
die abgeflachten oberen Endabschnitte 12 der beiden Energieabsorber
aufgehängt
ist, da die verformende Anordnung, einschließlich der Rollen 16, an
der Sitzstruktur befestigt ist, die durch die den Sitz haltenden
Träger
durch die Rollen 16, die mit dem Absatz zusammenwirken,
der auf dem verformbaren Rohr 10 ausgebildet ist, dort
wo der zylindrische Teil in den abgeflachten Teil 12 übergeht,
daran gehindert ist, sich in vertikaler Richtung zu bewegen.
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Bei
einem Unfall, bei dem die nach unten gerichtete Bewegung des Luftfahrzeugs
durch einen Aufprall auf den Boden angehalten wird, bewegt sich die
Sitzstruktur, angetrieben durch ihren eigenen nach unten gerichteten
Impuls und durch den des Insassen, durch die oberen und unteren
den Sitz haltenden Kragen oder Hülsen 35,
die durch die Träger 34 gebildet
sind, wobei diese als lineare Lager wirken, die die Sitzstruktur
auf ihrem nach unten gerichteten Weg relativ zu dem Luftfahrzeug
führen.
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Die
nach unten gerichtete Bewegung des Sitzes zieht die Rollenanordnung 16, 16 über das Dämpfungsrohr 10,
wobei dieses bei dem Durchgang verformt wird und wodurch die Verzögerung,
die auf den Insassen wirkt, auf einen vorbestimmten, ertragbaren
Wert begrenzt wird.
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Obwohl
es bevorzugt wird, eine verformende Anordnung zu verwenden, die
Rollen enthält,
um zu gewährleisten,
daß die
schlecht vorhersagbare Gleitreibung zwischen dem verformba ren Rohr
und der verformenden Anordnung einen relativ unbedeutenden Teil
des Energie absorbierenden Mechanismus bildet, kann zum Zwecke größerer Einfachheit
oder Wirtschaftlichkeit die verformende Anordnung, bei der Rollen
vorhanden sind, durch eine verformbare Anordnung ersetzt werden,
bei der feststehendes Teil 50 verwendet wird, wobei auf 10 bis 12 Bezug
genommen wird, und auf das nachfolgend der Zweckmäßigkeit
halber als ein Gesenk Bezug genommen wird, welches eine Verformungsöffnung bereitstellt,
durch die das Rohr 10 verläuft, und wobei die Verformungsöffnung,
entlang der Achse des verformbaren Rohrs 10 gesehen, in
Querrichtung länglich
ist mit einer minimalen Abmessung, die wesentlich geringer ist als
der Durchmesser des nicht abgeflachten verformbaren Rohrs, so daß dann,
wenn das verformbare Rohr durch die Verformungsöffnung gezogen wird, dieses
plastisch verformt wird, dadurch daß es abgeflacht wird, um Energie
zu absorbieren. Die größte Abmessung
in Querrichtung der Verformungsöffnung
ist größer als
die größte Abmessung in
Querrichtung des abgeflachten Rohrs, so daß die Art und Weise der Verformung,
der das Rohr unterworfen ist, im wesentlichen die gleiche ist wie
die, wie sie unter Bezugnahme auf 2 beschrieben
worden ist, obwohl natürlich
eine etwas größere Reibungskraftkomponente
zwischen dem verformbaren Rohr und dem Gesenk vorhanden sein wird,
während das
Rohr durch das Gesenk gezogen wird, im Vergleich mit der Rollenanordnung
nach 1 bis 9.
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Wie
in 6 bis 9 dargestellt ist, ist in der
Variante nach 10 bis 12 die
Anordnung, die das verformbare Rohr verformt, an dem Kopf des Bolzens
getragen, der mit 36a bezeichnet ist, und der durch das
entsprechende Teil 30 in Querrichtung hindurchgeführt ist.
In 10 bis 12 ist
die Verformungsöffnung
länglich
in der Richtung der Längsachse
dieses Bolzens 36a, so daß die größere Achse des Querschnitts
des abgeflachten verformbaren Rohrs 10, das sich aus der
Arbeitsweise der Anordnung nach 10 bis 12 ergibt,
senkrecht zu der ist, die sich aus der Arbeitsweise der Vorrichtung nach 5 bis 9 ergibt.
Allerdings könnte,
wenn zweckmäßig, der
Kopf des Bolzens, der in 10 bis 12 dargestellt
ist, statt dessen so angeordnet werden, daß er das "Gesenk" so trägt, daß die Verformungsöffnung ihre
größte Abmessung
senkrecht zu der Achse des Bolzens 36a aufweist.
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13 und 14 erläutern in
einer teilweisen vertikalen bzw. horizontalen Schnittansicht eine Variante
des Energieabsorbers nach 1 bis 9,
die sich von der letztgenannten Anordnung darin unterscheidet, daß sie, getragen
von einem hohlen Stift 36a, der dem Bolzen 36 in 5 bis 9 entspricht,
zwei gegenüberliegende
Rollen 16 aufweist, deren Drehachsen parallel zu der Achse des
hohlen Stifts 36a sind. Bei dieser Variante sind die Rollen 16 in
einem Kopfab schnitt 18 des Stifts 36a angebracht,
wobei sich die Form dieses Kopfabschnitts aus den 13 und 14 deutlich
ergibt.
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In ähnlicher
Weise wie in der Ausführungsform
nach 1 bis 9 ist der hohle Stift 36a im Einsatz
durch eine quer verlaufende Bohrung durch das entsprechende Teil 30 geführt. Bevorzugt
weist das nicht dargestellte Ende des hohlen Stifts 36a eine
quer verlaufende Bohrung auf, um einen geteilten Stift oder eine
Federklammer aufzunehmen, um den Stift 36a an Ort und Stelle
zu halten, nachdem der Schaft des Stifts 36a durch das
Teil 30 hindurchgeführt
worden ist. Wie in 13 dargestellt ist, ist das
obere Ende des Dämpfungsrohrs 10 in
dieser Variante in ähnlicher
Weise bevorzugt an dem entsprechenden, nicht dargestellten, den
Sitz haltenden Träger
durch einen Haltestift 37a befestigt, der eine quer verlaufende
Bohrung an seinem freien Ende aufweist, um einen geteilten Stift
oder eine Federklammer aufzunehmen.
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In 14,
ebenso wie in 2, ist das verformte und nicht
verformte Profil des Dämpfungsrohrs
im Querschnitt mit 22 und 24 bezeichnet, und die
Pfeile 26 und 28 haben die gleiche Bedeutung wie in 2.
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Die
Energieabsorption der Anordnung, die unter Bezugnahme auf 1 bis 9 oder 13 und 14 oder
unter Bezugnahme auf 10 bis 12 beschrieben
worden ist, oder unter Bezugnahme auf 13 und 14,
je Einheit der Bewegung des verformbaren Rohrs durch die verformende Anordnung,
kann auf verschiedene Weisen eingestellt oder ausgewählt werden.
Beispielsweise können
verformbare Rohre von unterschiedlicher Wanddicke oder aus unterschiedlichen
Materialien verwendet werden, oder der Abstand zwischen den Rollen kann
verändert
werden, entweder dadurch, daß Bolzen 36 mit
hohlen Köpfen 18 bereitgestellt
werden, die unterschiedliche Abstände zwischen den vorhandenen
quer verlaufenden Bohrungen aufweisen, um die Lagerstifte 40 für die Rollen
aufzunehmen, oder dadurch, daß Rollen 16 mit
unterschiedlichen Wanddicken und daher äußeren Durchmessern bereitgestellt
werden, oder dadurch, daß eine
Anordnung verwendet wird, die ermöglicht, daß die Position, auf einem speziellen
hohlen Bolzen oder Bolzenkopf 18, eines Lagerstifts für eine Rolle
in bezug auf den Lagerstift der anderen Rolle eingestellt werden
kann. Alternativ oder zusätzlich
dazu kann vorgesehen sein, daß die
verwendeten verformbaren Rohre einen Querschnitt oder eine Zusammensetzung
aufweisen, der bzw. die sich entlang des Umfangs des Rohrs verändert, und
das verformbare Rohr kann mit dem entsprechenden, den Sitz haltenden
Träger 34 und
somit mit der Struktur des Luftfahrzeugs auf eine solche Weise verbunden
sein, daß die
Möglichkeit besteht,
daß die
Winkelposition des Rohrs um seine Achse, relativ zu den verformenden
Mitteln, eingestellt werden kann. Alternativ können die verformenden Mittel
auf eine solche Weise angebracht sein, daß die Möglichkeit besteht, ihre Winkelposition
um die Rohrachse einzustellen, wobei in jedem Fall die Einstellung
eine Einstellung der Rate der Energieabsorption ermöglicht.
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Die
Energieabsorber, bei denen ein Rohr verformt wird, und die unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben worden sind, können in einfacher
Weise leicht und kompakt hergestellt werden, können aus korrosionsbeständigen Materialien hergestellt
werden und können
in ökonomischer
Weise hergestellt und eingebaut werden, so daß eine kostengünstige Lösung für das Problem
bereitgestellt wird, wie in effektiver Weise die kinetische Energie
in Unfallsituationen absorbiert werden kann, bspw. in Sitzen von
Fahrzeugen, die sich für
Unfallsituationen eignen. Die Anordnungen, bei denen ein Rohr abgeflacht
wird, und die unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben worden
sind, stellen einen vorhersagbaren Verlauf der Kraft über der
Verformung bereit, und die typischen Eigenschaften der Kraft in bezug
auf die Verformung sind nicht unerwarteten Veränderungen unter Bedingungen
einer schnellen Belastungsrate unterworfen. Außerdem erfüllen die so beschriebenen Energieabsorber,
oder können leicht
so hergestellt werden, daß sie
sie erfüllen,
die anderen Anforderungen bzw. Wunschvorstellungen, die im einleitenden
Teil dieser Beschreibung dargelegt worden sind.
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Der
Mechanismus zum Absorbieren von Energie unter Abflachung eines Rohrs,
der in den Energieabsorbern eingesetzt wird, die unter Bezugnahme auf
die Zeichnungen beschrieben worden sind, erfordert keine engen Herstellungstoleranzen,
im Gegensatz zu den Mechanismen mit Stauchen oder Ziehen einer Stange,
die bei bekannten Energieabsorbern eingesetzt werden, so daß vorbestimmte
Leistungsmerkmale einfacher und leichter und bei niedrigeren Herstellungskosten
erhalten werden können,
als dies bei bekannten Energieabsorbern der Fall ist. Weiterhin,
wie bereits vorstehend bemerkt, stellt der beschriebene Mechanismus
mit Abflachung eines Rohrs eine Energieabsorption bereit, die nicht
auf einer großen
Reibungskomponente beruht, so daß die Leistungsfähigkeit
weniger stark, als dies bei bekannten Energieabsorbern der Fall
ist, Umgebungsbedingungen unterworfen ist, und die Leistungsfähigkeit
des Energieabsorbers ist in unterschiedlichen Umgebungen in hohem
Maße konsistent.
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Obwohl
in den Ausführungsformen
der Erfindung, die beschrieben worden sind, das verformbare längliche
Teil, das zum Einsatz kommt, ein Rohr mit rundem Querschnitt ist,
das bevorzugt zwischen zwei Rollen abgeflacht wird, sei darauf verwiesen,
daß das längliche
verformbare Teil andere Formen annehmen kann, sei es mit offenen
oder geschlossenen Querschnitten.
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Während in
dem Energieabsorber nach 1 bis 9 und dem
nach 13 und 14 die
verformende Anordnung ein Paar von gegenüberstehenden, parallelen Rollen
aufweist, sei darauf verwiesen, daß eine verformende Anordnung
verwendet werden kann, bei der eine einzelne Rolle zum Einsatz kommt,
die einem festen Gegenelement gegenübersteht, oder, wie bei der
Ausführungsform nach 10 bis 12,
kann die verformende Anordnung aus einander gegenüberstehenden
festen Gegenelementen bestehen, bspw. den gegenüberstehenden Seiten der Öffnung des
Verformungselements in dem Gesenk, zum Zusammenwirken mit dem länglichen
verformbaren Teil.
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Die
Bezeichnung "verformender
Satz" wird hierbei
dahingehend verwendet, daß sie
sich bezieht auf:
- (a) ein Paar von einander
gegenüberliegenden Rollen,
wie bspw. die Rollen 16 in 1, die einen gegenseitigen
Abstand aufweisen, um einen Spalt festzulegen, durch den sich das
Dämpfungsrohr oder
ein sonstiges längliches
verformbares Teil erstreckt, oder
- (b) eine einzelne Rolle, die einen Abstand von einem gegenüberstehenden
feststehenden Teil aufweist, um einen Spalt zu bilden, durch den
sich das Dämpfungsrohr
oder ein sonstiges längliches verformbares
Teil erstreckt, oder
- (c) ein paar von gegenüberstehenden
festen Elementen, wie sie bspw. durch einander gegenüberliegende
Seiten der Verformungsöffnung
in dem Gesenk nach 10 bis 12 bereitgestellt werden,
die einen gegenseitigen Abstand aufweisen, um einen Spalt zu bilden,
durch den das Dämpfungsrohr
oder ein sonstiges längliches
verformbares Teil verläuft,
und
das in jedem Fall dazu dient, das Dämpfungsrohr oder das verformbare
Teil abzuflachen, während es
durch den genannten Spalt gedrückt
wird.
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In
unterschiedlichen Ausführungsformen,
die nicht dargestellt sind, kann die verformende Anordnung mehrere
solche verformbare Sätze
umfassen, die einen gegenseitigen Abstand entlang des länglichen
verformbaren Teils aufweisen, in einer beliebigen Kombination der
vorstehend beschriebenen Typen (a), (b) oder (c). Wenn eine Mehrzahl
von solchen verformenden Sätzen
vorgesehen ist, die entlang des Dämpfungsrohrs oder eines sonstigen
länglichen
verformbaren Teils mit gegenseitigem Abstand angeordnet sind, können diese
unter unterschiedlichen Winkeln in bezug zueinander angeordnet sein, und
können
bspw. so angeordnet sein, daß die
Querachse, entlang der ein erster verformender Satz das Rohr abflacht,
senkrecht zu der Querachse verläuft, entlang
der ein zweiter verformender Satz das Rohr abflacht, so daß das Rohr,
nachdem es einmal in einer quer verlaufenden Richtung abgeflacht
worden ist, effektiv erneut geöffnet
und in einer dazu senkrechten Richtung abgeflacht wird. Als ein
weiteres Beispiel kann ein erstes Paar von Rollen oder ein sonstiger
verformender Satz so angeordnet sein, daß das im Ausgangszustand runde
Dämpfungsrohr
zu einem ebenen Streifen abgeflacht wird, und ein zweites, nachfolgend
angeordnetes Paar von Rollen oder ein sonstiger dämpfender
bzw. verformender Satz kann so angeordnet sein, daß der sich
ergebende flache Streifen zusätzlich
auf sich selbst gefaltet wird, um eine Längsachse, usw. Die Rollen oder
ortsfesten Teile, zwischen denen das verformbare Teil hindurchgeht,
sind nicht notwendigerweise flach, entlang der Achse des verformbaren
Teils gesehen, sondern können
bspw. konvexe oder konkave Profile aufweisen.
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Die
Energieabsorber, die unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben
worden sind, können
in relativ einfacher Weise modifiziert werden, um jede beliebige
gewünschte
Charakteristik von Kraft gegenüber
Verlagerung bereitzustellen, so daß bspw. anstelle lediglich
eine gleichmäßige Rückhaltekraft über dem
vollen Ausmaß an
Verlagerung der Kombination von Sitz und Insasse bereitzustellen, die
Rückhaltekraft
in Richtung auf das Ende einer solchen Verlagerung ansteigt, auf
der Grundlage, daß dann,
wenn ein solcher Energieabsorber bei einem Sitz eines Hubschraubers,
der sich für
Unfallsituationen eignet, angewendet wird, er vorzuziehen wäre gegenüber einem,
der die Kombination aus Sitz und Insasse unter einer konstanten
Rückhaltekraft über die
vollständige
Verlagerung, die durch den Energieabsorber ermöglicht wird, nach unten gehen läßt, nur
um am Ende einer solchen Verlagerung für ein plötzliches Anhalten zu sorgen.
Wenn es sich bei dem verformbaren Element um ein metallisches Rohr handelt,
könnte
die Wanddicke oder der Durchmesser des Rohrs über seine Länge verändert werden, oder das Rohr
könnte
vorab in unterschiedlichem Maße
entlang seiner Länge
verformt oder abgeflacht werden, um eine derartige Charakteristik
vorzugeben, oder das Material oder die Eigenschaften des Rohrs könnten entlang
seiner Länge
verändert
werden, bspw. durch eine Wärmebehandlung
oder dadurch, daß das
Rohr in Form eines Verbundrohrs hergestellt wird.
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In ähnlicher
Weise können
Energieabsorber der allgemeinen Form, wie sie unter Bezugnahme auf 1 bis 9 oder 10 bis 12 oder 13 und 14 in
dieser Beschreibung erläutert
worden sind, mit unterschiedlichen gewünschten Eigenschaften versehen
werden, dadurch, daß verformbare Rohre
mit unterschiedlichen Wanddicken, Durchmessern, Formen (bspw. mit
unterschiedlichem Ausmaß an
vorab eingebrachter Abflachung) oder aus unterschiedlichen Materialien
oder Materialeigenschaften verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich können Energieabsorber,
wie sie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben worden sind,
und die in sonstiger Weise eine identische Konstruktion aufweisen,
so gestaltet werden, daß sie
unterschiedliche Leistungseigenschaften haben, indem sie mit verformenden
Anordnungen versehen werden, bei denen der Spalt zwischen den Rollen
oder gleichwertigen feststehenden Teilen unterschiedlich ist.
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Weiterhin
kann ein Energieabsorber gemäß der vorliegenden
Erfindung so aufgebaut sein, daß er eine
relativ einfache mechanische Einstellung ermöglicht, bei der ein Austausch
von Teilen nicht erforderlich ist und der entweder manuell oder
durch automatische Mittel ausgeführt
wird.
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Während es
i. a. zweckmäßig ist,
bei einem Sitz für
einen Hubschrauber, der sich für
Unfallsituationen eignet, über
einen einfachen Energieabsorber zu verfingen, dessen Charakteristik
von Kraft zu Verlagerung einen Schutz sowohl für einen leichten als auch für einen
schweren Insassen bietet, kann es in manchen Situationen erforderlich
sein, eine Einstellung vorzunehmen, um die Eigenschaften der Eignung
für Unfallsituationen
des Sitzes und/oder des Systems zu optimieren.
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Die
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, bei denen eine Verformung eines Dämpfungsrohrs
für die
Energieabsorption eingesetzt wird, eignen sich in einfacher Weise
für eine
von Hand oder automatisch erfolgende Einstellung der Merkmale und
Eigenschaften der Energieabsorption. Eine Einstellung kann auf eine
Anzahl von Weisen erfolgen:
- (1) Eine Einstellung
der Wandstärke:
Dies kann dadurch erzielt werden, daß ein Dämpfungsrohr, welches einen
außen
kreisförmigen
Querschnitt und einen innen nicht kreisförmigen Querschnitt aufweist,
um seine Längsachse
in unterschiedliche Positionen innerhalb der Rollenanordnung gedreht
wird, um auf diese Weise die Kraft zu variieren, die dafür erforderlich
ist, um das Rohr abzuflachen oder zu verformen, und somit dazu,
um die Dämpfungseigenschaften
zu verändern.
- (2) Vorab erfolgendes, teilweises Verformen oder Abflachen des
Dämpfungsrohrs
in unterschiedlichen Ausmaßen:
- (3) In einer Variation des vorstehenden Gedankens kann die Außenseite
des Dämpfungsrohrs eine
nicht kreisförmige
Form und eine konstante oder sich verändernde Wanddicke aufweisen. Durch
Drehung des Dämpfungsrohrs
können
unterschiedliche Teile des Umfangs des Rohrs gegenüber den
Rollen oder einem sonstigen verformenden Satz angeordnet werden,
so daß unterschiedliche
Kräfte
benötigt
werden, um das Rohr zu verformen, so daß auf diese Weise für eine Einstellung
für unterschiedliche
Insassen gesorgt ist.
- (4) Eine Veränderung
des Spalts zwischen den Rollen oder den äquivalenten Teilen des jeweiligen
verformenden Satzes, wodurch die Kraft, die benötigt wird, um das Rohr abzuflachen
oder zu verformen, größer oder
kleiner gemacht wird.
- (5) Eine Veränderung
des Durchmessers der Rollen über
zulaufende Kegelformen. In einer ähnlichen Weise zu (4) kann
der Spalt, durch den das Rohr hindurchgehen muß, entweder vergrößert oder
verkleinert werden. Dadurch, daß die
Rollen oder die feststehenden Teile in der geeigneten Weise bewegt
werden, um den gewünschten Durchmesser
dem Rohr gegenüberzustellen,
so daß auf
diese Weise die Dämpfungseigenschaften
verändert
werden.
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In
der vorliegenden Beschreibung hat "umfaßt" die Bedeutung von "enthält
oder besteht aus", und "umfassend" hat die Bedeutung
von "enthaltend oder
bestehend aus".