WO2016166352A1 - Behälter einer oberhalb einer passagiersitzreihe angeordneten sauerstoffversorgungseinheit in einem flugzeug - Google Patents

Behälter einer oberhalb einer passagiersitzreihe angeordneten sauerstoffversorgungseinheit in einem flugzeug Download PDF

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WO2016166352A1
WO2016166352A1 PCT/EP2016/058464 EP2016058464W WO2016166352A1 WO 2016166352 A1 WO2016166352 A1 WO 2016166352A1 EP 2016058464 W EP2016058464 W EP 2016058464W WO 2016166352 A1 WO2016166352 A1 WO 2016166352A1
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container
recess
shape memory
flap
locking element
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PCT/EP2016/058464
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Inventor
Christoph Eppler
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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Publication date
Application filed by Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. filed Critical Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05B—LOCKS; ACCESSORIES THEREFOR; HANDCUFFS
    • E05B47/00—Operating or controlling locks or other fastening devices by electric or magnetic means
    • E05B47/0001—Operating or controlling locks or other fastening devices by electric or magnetic means with electric actuators; Constructional features thereof
    • E05B47/0009—Operating or controlling locks or other fastening devices by electric or magnetic means with electric actuators; Constructional features thereof with thermo-electric actuators, e.g. heated bimetals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D47/00—Equipment not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D2231/00—Emergency oxygen systems
    • B64D2231/02—Supply or distribution systems
    • B64D2231/025—Oxygen masks; Mask storages; Features related to mask deployment
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05B—LOCKS; ACCESSORIES THEREFOR; HANDCUFFS
    • E05B63/00—Locks or fastenings with special structural characteristics
    • E05B2063/0026—Elongated, e.g. stud-like, striker entering into an opening in which movable detent means engage the elongated striker

Definitions

  • Container one above a row of passenger seats arranged
  • the present invention is concerned with a container of an oxygen supply unit arranged above a passenger seating row in an aircraft.
  • These containers each consist of one of the receiving multiple oxygen masks serving, stationary container housing and a pivotally mounted thereto each container flap.
  • the container flap is also part of the panel and has an electrically controlled flap lock, which triggers an automatic opening in the event of a pressure drop, so that the oxygen masks, hanging on so-called lanyards, fall by gravity.
  • the oxygen supply is then triggered via the lanyard.
  • lanyard is meant a traction device mounted between the mask and the triggering mechanism of the oxygen supply.
  • the mask is connected to a supply tube with the oxygen supply.
  • the oxygen system When the oxygen system is triggered, for example as a result of a pressure drop, it is sufficient to unlock the container flap. The flap is then due to gravity and possibly supported by an additional spring force automatically pivoted to the open position and held there. The falling out oxygen masks can then be easily accessed and applied by the passengers.
  • an electromagnetic release mechanism For the release of the container flap in the event of a pressure loss as well as smoke and gas development within the cabin, an electromagnetic release mechanism is usually used today. This consists of a complex kinematics with an electromagnet as the heart of the mechanism. As soon as the oxygen system is activated, the solenoid receives this flap release mechanism from an over- ordered monitoring electronics an electrical opening signal in the form of a short voltage pulse, whereby a latch is released and the container flap is opened.
  • electromagnetic components are sometimes environmentally questionable and difficult to recycle.
  • magnetic materials for example, rare earths are often used, their degradation is very expensive and also heavily pollutes the environment. To make matters worse, the recovery in view of the small amount of rare earths installed so far considered too expensive and therefore too expensive.
  • the present invention is directed to a container of an oxygen supply unit arranged above a row of passenger seats in an aircraft, wherein unlocking the container and pivoting the container flap to an open position is effected by a simpler and more economically and ecologically more efficient unlocking mechanism ,
  • the container according to the invention of an oxygen supply unit arranged above a row of passenger seats in an aircraft has a stationary container housing and a container flap pivotable between a closed and an open position. In the closed position, a locking pin provided on the container flap or on the container housing engages in an opening provided on the opposite container housing or the opposite container flap. tion positively and / or non-positively.
  • the container flap is pivotable in such a way that, in the open position, the container is open at the bottom and at least one oxygen mask received therein falls out.
  • the container according to the invention is characterized in that the recess is expandable by at least one at least partially made of a shape memory alloy actuator, that the locking pin releases from the engagement in the recess and pivots the container flap in the open position.
  • the actuator which at least partially consists of a shape memory alloy, will be referred to for short as a shape memory actuator.
  • a shape memory actuator offers the decisive advantage that, due to its high specific energy and working density, it is very compact and can therefore be easily integrated into the existing structure of the container (in particular of the stationary container housing).
  • Advantageously, can thus be dispensed with the use of a separately and in addition to the container to be provided electromagnetic unlocking mechanism using a heavy and large-scale electromagnet.
  • the simple unlocking mechanism in the container according to the invention only requires a locking pin in the closed state with a recess in positive and / or non-positive engagement and a shape memory actuator, which when activated performs a widening of the recess to release the locking pin out of engagement and the container flap automatically to swing open in the open position under the influence of gravity.
  • an electromagnetic unlocking mechanism has a considerably more complex structure due to the high number of components and is thus more prone to failure, larger, more expensive and harder to produce.
  • Shape memory alloys are considerably more efficient than electromagnets (E magnets for short) due to the significantly higher energy density (FGL: ⁇ 6 J / cm 3 , E magnets: ⁇ 0.4 J / cm 3 ).
  • FGL shape memory alloys
  • E magnets E magnets for short
  • the aforementioned savings are realized not only directly in the unlocking mechanism, but also in the cable feeders used to trigger it.
  • the cable cross-sections can be dimensioned significantly smaller due to the omission of lossy electromagnets te.
  • the container according to the invention thus offers clear advantages over conventional electromagnetically unlockable oxygen mask containers in technological, economic and ecological respects.
  • the expandable recess is formed continuously and the locking pin has a radial extension at its free end, which engages radially behind an edge region of the recess in the closed position, wherein the at least one actuator, the recess in the radial direction so widens wide that the locking pin automatically falls out of the recess due to gravity.
  • Such a release mechanism is extremely simple. It only requires a locking pin which is inserted to fulfill its locking task by a continuous recess so far that a provided at the end of the pencil radial extension (eg., A spherically thickened pin head) engages behind the edge region of the recess form fit.
  • a provided at the end of the pencil radial extension eg., A spherically thickened pin head
  • at least the edge region of the recess is formed of an elastically resilient material.
  • the recess Under the action of the inserted, radially enlarged pin end, the recess is first radially expanded and only in the fully inserted state radially contracted again, so that the pin is locked to the recess.
  • the radial extension acts on the pin end like a lock, which prevents the locking pin in the opposite direction to the direction of insertion back out of the recess.
  • the container flap is secured against unwanted pivoting away from the container housing.
  • a further advantageous embodiment of the invention is characterized in that the at least one shape memory actuator is designed as a shape memory sheet or shape memory wire, in particular as a NiTi shape memory sheet or wire, wherein the shape memory sheet or the shape memory wire can be heated and contracted by applying an electrical current and wherein the shape memory sheet or shape memory wire is operatively connected to the recess such that contraction of the shape memory sheet or shape memory wire results in radial expansion of the recess.
  • shape memory elements are enormous.
  • a shape memory wire as small as 2 mm in diameter can lift a load of over 100 kg.
  • By replacing the electromagnet with a shape memory sheet or wire as unlocking thus reduce the weight and space requirements of the unlocking mechanism very clearly.
  • the actuator function becomes an integral part of the structure and can be realized with almost no weight or space.
  • an oxygen module container must be provided as a PSU with a corresponding unlocking mechanism, results (especially in widebody aircraft) a significant weight and space savings potential.
  • the preferred combination of functional materials nickel-titanium of the shape memory sheet or wire is easily reusable.
  • magnetic rare earth metals such as neodymium, dysprosium or yttrium
  • neodymium, dysprosium or yttrium are indispensable for the production of permanent magnets in electromagnetic unlocking and their promotion but consuming and expensive and sometimes accompanied by blatant environmental damage.
  • the container flap has a substantially planar shape and is pivotally mounted on one side by means of at least one hinge on the container housing, while on the opposite side of the locking pin is provided.
  • state of the flap-side locking pin securely holds the hinged flap in a horizontal, the container housing downwards final position. Both shocks and tightly packed mask container can not jeopardize this lock.
  • the container flap is only released when the locking pin is released from the recess by means of the shape memory actuator. As a result of gravity, the container lid swings into an approximately vertical 90 ° position, so that the container housing is open at the bottom and the oxygen masks fall out of reach for the occupants.
  • the container housing has a substantially cup-shaped shape for receiving at least one oxygen mask and is connected on one side by means of at least one hinge with the container flap, while on the opposite side of the container flap in a closed position plane-parallel opposite, flattened portion is formed.
  • the container housing Due to its cup-shaped design with a bottom wall and thereof approximately vertically bent side walls, the container housing has the necessary for the accommodation of the oxygen masks and hoses storage volume.
  • a flattened section is formed at the hinge connection opposite side edge of the container housing, which faces in the closed position of the flat container flap plane-parallel.
  • a through hole is provided, into which the locking pin protruding perpendicularly from the flat container flap is inserted.
  • the container housing has a locking element, wherein the locking element in turn comprises the expandable recess for the positive and / or non-positive engagement of the locking pin.
  • the locking is ensured solely by the engagement between the locking pin and the recess of the housing-side locking element.
  • This engagement can be realized by a radial extension at the pin end positively engages behind an edge region delimiting the recess, wherein the edge region of the recess in the locking element is elastically deformable to enable a locking and unlocking.
  • the diameter of the through hole should be greater than the diameter of the radial extension at the pin end, so that the locking pin in the unlocked state without collision can slide through the flared recess of the locking element and then through the through bore of the container housing. Thus, a trouble-free opening of the container flap is ensured.
  • the locking element can be inserted into a recess of the container housing, which faces away from the upper side of the container flap. surface of the container housing is provided, wherein the recess of the locking element is aligned with a through bore of the container housing.
  • the through bore of the container housing serves merely as an additional guide for the locking pin to be moved into the recess of the locking element or to be moved out of the recess of the locking element.
  • the edge region of the recess is formed by two separate segments separated by a gap, wherein the widening of the recess, the two segments are movable away from one another by enlarging the gap.
  • the delimitation of the recess by two segments separated from one another by a gap makes it possible to bring about the diameter widening of the recess required for locking and unlocking the container by a simple, radially apart movement of these two segments .
  • the container flap is manually or motorized closed, wherein the locking pin penetrates into the recess so that the pin end first pushes the segments apart until behind it Snaps segments positively.
  • the gap between the segments and thus the diameter of the recess are increased by the at least one shape memory actuator, so that the locking pin falls out of the expanded recess by itself (possibly supported by a spring force).
  • the container flap can swing into the open position without any intervention.
  • At least one web is formed integrally with the two segments in the locking element in order to connect the two segments to a respective frame of the locking element.
  • the web or webs may be designed in terms of their course, their length and / or their cross-sectional dimensions such that a desired stiffness over the diameter-expanding displacement of the segments is achieved.
  • an actuator in the form of a shape memory plate or shape memory wire which can be contracted when energized is located in the interior of at least one of the webs, wherein a contraction of the shape memory plate or the shape memory wire leads to a deflection of the segment formed on the respective web in order to intersect the gap To enlarge the segments and thus widen the recess.
  • the shape memory actuator is a shape memory sheet or a shape memory wire. Due to the high energy and work density shape memory sheets or shape memory wires can be very small in cross-section and still apply the necessary for the necessary displacement of the segments forces easily. It is therefore appropriate to integrate the shape memory sheets or shape memory wires space neutral in the space provided between the frame and the segments webs of the locking element.
  • the respective shape memory actuator in sheet or wire form
  • the respective shape memory actuator is heated by its electrical impedance, as a result, in turn, a contraction of the actuator occurs. This contraction causes a shortening of the respective web length and therefore leads to a radial displacement of the connected segment.
  • the container can thus be opened electrically in a simple and störunan perennial alterne way.
  • the shape memory plate or shape memory wire can be "trained” by the unlocking end shape by thermo-mechanical training. Due to the structural rigidity of the locking element, the shape memory sheet or the shape memory wire is initially held in its original form. When the shape memory sheet or the shape memory wire is activated, this or this "recalls” its final form and wants to return to it. When deactivated, the sheet or wire returns to its original state through the elastically deformed locking element (solid-state joint).
  • two webs may be integrally formed on the diametrically opposite outer sides of the two segments in the locking element, wherein in the interior of each of the four webs is a contractible when energized shape memory actuator and wherein a contraction of the shape memory actuators an enlargement of the gap between the two segments and thus leads to a widening of the recess.
  • each two webs with a respective embedded shape memory actuator eg., Shape memory plate or shape memory wire
  • a respective embedded shape memory actuator eg., Shape memory plate or shape memory wire
  • a redundancy is created that ensures, even in the event of a shape memory actuator failure, that the force required for unlocking the container always exists in the emergency of the remaining shape memory actuator Segments is exercised.
  • a further embodiment of the container according to the invention provides that the four webs have an elastically deformable profile which is bent in each case in an S-shape, wherein the two webs formed on one segment each extend to the mutually opposite sides of a frame and wherein each of them in the interior of each of the four webs located shape memory actuator has a corresponding S-shaped curved course.
  • Shape memory actuators can be realized as shape memory sheets or shape memory wires with very small cross-sectional dimensions, whereby shape memory actuators can be adapted to any desired contour with little effort.
  • the webs and the respective embedded shape memory actuators can be designed in S-shaped curve form and connected to diametrically opposite outer sides of the two segments. This offers the advantage that a shortening of the shape memory actuators (triggered, for example, by thermal activation) in the longitudinal axis direction leads in each case to forces acting on the segments and acting radially outward. By these diametrically opposed forces, the two segments are moved away from each other by increasing the gap between them. This leads to the desired diameter widening of the recess, which permits an automatic release of the locking pin from engagement with the recess and thus a pivoting of the container flap into the open position.
  • the material surrounding the recess of the container housing, the container flap or the locking element is preferably elastically yielding, so that the Under the action of a force exerted by the locking pin and / or by the at least one actuator force is elastically expandable to allow a movement in or out of the locking pin in or out of the recess.
  • the edge region of the recess prefferably has a radial resilience that allows the shape memory actuator, upon activation, to widen the recess and thus reliably release the locking mechanism due to its (eg thermally induced) change in shape.
  • the recess Upon deactivation of the shape memory actuator, the recess returns to its original shape due to the elastic compliance of the surrounding material, i. H. back to its original, unexpanded diameter.
  • the container flap can be closed again manually or motor and snap the locking pin thereby positive and / or non-positive in the recess.
  • a restoring force is required for the reshaping of the shape memory actuator.
  • the restoring force is provided solely by the structure (eg, the plastic matrix) of the surrounding material of the container housing, the container flap, or the locking element in which the shape memory actuator is embedded.
  • the structure eg, the plastic matrix
  • FIG. 1 is an enlarged view of a first embodiment of the container according to the invention in the region of the unlocking mechanism
  • FIG. 2 are schematic sectional views of the container according to the invention.
  • FIG. 1 in the various stages of unlocking
  • Fig. 3 shows individual views of the locking element and the connected
  • Shape memory wires in the various stages of the unlocking process of Fig. 2, 4a and 4b enlarged view of a container housing used in a second embodiment of the container according to the invention in the region of an inserted locking element,
  • FIGS. 4a and 4b show a plan view of the locking element inserted in the container housing according to FIGS. 4a and 4b.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a container 1 according to the invention of an oxygen supply unit arranged above a row of passenger seats in an aircraft.
  • the container 1 is shown in an enlarged perspective view of the provided between the container housing 2 and the container flap 3 unlocking mechanism.
  • the unlocking mechanism is in a closed position.
  • a flap-side locking pin 4 engages in a housing-side recess 25 a positive fit.
  • a recess 15 is provided on the surface facing away from the container flap 3, in which an additional locking element 20 is inserted with the recess 25 for receiving the locking pin 4.
  • the locking element 20 forms a solid-state joint and is for this purpose made of an elastically yielding material, in particular made of plastic. It has two wedge-shaped segments 22a, 22b, which are curved concave at the tapered and mutually facing ends. Between these ends, passing through the locking element 20 recess 25 is formed, which serves to receive the locking pin 4.
  • a container 1 In such a container 1 is a safety-relevant component, d. H. The highest demands are placed on this component with regard to functional reliability within a wide temperature range. At the same time, the container 1 - like all components installed in the aircraft - must be light and have low power consumption. Conventional actuation solenoids for unlocking mask containers in aircraft have only incompletely met this challenge.
  • the container 1 proposed by the present invention allows a significant reduction of weight and installation space due to a shape memory actuation which can be integrated into the structure of the container 1.
  • the container 1 As a passenger supply unit (Passgenauer Service Unit, PSU), the container 1 is arranged above each row of passenger seats in the passenger service channel (Passenger Service Channel, PSC) of the aircraft.
  • a cup-shaped container housing 2 At one of the inside of the cabin ceiling tion sunken top of the container 1 is a cup-shaped container housing 2 is provided, which serves to receive a plurality of oxygen masks 7 together with the supply hoses connected thereto and chemical oxygen generators.
  • a container flap 3 On an underside of the container 1 facing the cabin floor, a container flap 3 which closes the container housing 2 at the bottom and terminates substantially in the form of a surface is fastened.
  • the container flap 3 is mounted on a side edge by means of at least one hinge about a hinge axis pivotally mounted on the stationary container housing 2 and can thus assume a horizontal, closed position or a vertical, open position. In the closed position, the container flap 3 is flush with the adjoining cabin lining. In the open position, the oxygen masks 7 can fall down out of the container 1
  • FIG. 2 shows, in a schematic manner, the functional principle of an unlocking operation taking place in an emergency (eg in the case of a sudden pressure drop) for the container 1 according to the invention according to FIG. 1.
  • the closed position of the container flap 3 is shown in the first illustration from the left of FIG 2 and should be maintained in normal flight operations (as well as violent vibrations or oscillations of the aircraft).
  • a mounting bracket with a vertical upward to the container housing 2 facing locking pin 4 is provided on the side opposite to the hinge axis opposite side edge of the container flap 3. This locking pin 4 engages in the closed position in a recess 25 of the opposite container housing 2 a.
  • the recess 25 is in this case formed in a locking element 20, which in turn is provided in a flattened portion 1 1 of the container housing 2.
  • the flattened portion 11 of the container housing together with the locking element 20 provided therein, lies in a plane-parallel manner at a distance in the closed position of the container flap 3.
  • the container housing 2 is recessed in a trough-shaped manner in the direction of the flattened section 11, wherein an oxygen mask 7 is accommodated in the container housing 2 to the left and to the right of this trough-shaped depression 31.
  • a radial extension in the form of a spherical pin head 9 is formed on the free, the container housing 2 facing the end of the locking pin 4.
  • the locking element 20 is constructed as a solid-body joint of a resilient, elastically deformable material (eg a plastic), the diameter of the recess 25 being formed when the pin head 9 is inserted initially elastically widening. Reached the pin head 9 in the inserted state its end position narrows the diameter of the recess 25 due to its elasticity again to form a positive and / or non-positive engagement between recess 25 and locking pin 4.
  • a release or falling of the container flap 3 in an open 90 ° Position should be done only in an emergency (ie, for example, in the case of a pressure drop or smoke and gas development in the cabin), so that the oxygen masks 7 can fall down to the passengers handle and ready for installation.
  • an opening signal in the form of a short voltage pulse is given to the provided for each individual mask container 2 release mechanism by a corresponding monitoring electronics.
  • the actuator mechanism of the unlocking mechanism is realized by shape memory wires 28a, 28b embedded in the material of the container housing 2, which are each provided with a crimping sleeve 29a, 29b for mechanical and electrical contacting at their two ends are provided.
  • shape memory wires 28a, 28b extend into the trough-shaped recess 31 laterally delimiting partitions 17 of the container housing 2.
  • the first end of the shape memory wire 28a, 28b is approximately at the transition from the horizontal bottom wall 16 to the vertical Partial wall 17 of the container housing 2, while the second end of the shape memory wire 28a, 28b is guided in each case after an approximately rectangular bend within the flattened portion 1 1 to immediately radially adjacent to the locking pin 4 receiving recess 25.
  • the two shape memory wires 28a, 28b are positioned relative to each other so that their second ends are each arranged on diametrically opposite sides of the recess 25.
  • Shape memory wires 28a, 28b are electro-thermo-mechanical energy converters. Shape memory alloys (such as NiTi alloys) are heated by Joule heat when energized by electric current, and cool again in the de-energized state by convection. Depending on the temperature, a phase transformation takes place, so that a wire heated by applying an electric current contracts by about 5%.
  • This contraction movement of the shape memory wires 28a, 28b, which occurs during electrical energization, is utilized in the container 1 according to the invention in order to move the locking pin 5 out of its positive engagement with the recess 25 of the locking device. to release gelungselements 20 and thus to allow the container flap 3 to swing freely in the open position.
  • the fixed container housing 2 is preferably constructed in one piece from a plastic material.
  • the locking element 20 is inserted in a recess 15 formed in the container housing 2, the locking element 20 is inserted.
  • the locking element 20 is designed as a solid-body joint, wherein at least the surrounding the recess 25 edge region of this locking element 20 is designed to be elastically yielding.
  • elastically yielding means that as a result of the contraction movement of the shape memory wire 28a, 28b, an elastically reversible change in shape of the locking element 20 occurs, which causes a release of the positive and / or non-positive engagement between locking pin 4 and recess 25.
  • the locking pin 4 can now automatically move under the influence of gravity out of the recess 25 of the lock mounted on the housing side - Lungselements 20 fall out, so that the container flap 3 can pivot vertically with dissolved engagement from the container housing 2 about the hinge axis in the open 90 ° position.
  • the opening of the container 1 takes place during energization and thereby caused diameter expansion of the recess 25 instantly, so with virtually no noticeable time delay. This low switching time is important in this case, since in an emergency situation, a quick opening and releasing the oxygen masks 7 is of safety significance.
  • FIG. 3 shows the locking element 20 used in the first embodiment of the container 1 according to the invention according to FIGS. 1 and 2 in a single view with the shape memory wires 28 a, 28 b connected thereto and the locking pin 4 received in a central recess 25 of the locking element 20
  • the locking element 20 is shown in various stages in FIG. 3. While in the left figure, a closed container 1 corresponding stage is shown, in which the locking pin 4 is positively inserted into the recess 25 of the locking element 20, in the right Forming the open container 1 corresponding stage shown, in which the locking pin 4 is withdrawn from the flared recess 25 of the locking member 20.
  • the two opposite sides of the wedge-shaped segments 22a, 22b are each connected by two S-shaped bent webs 23a, 23b and 23c, 23d to opposite sides of a rectangular frame 24 of the locking element 4.
  • These S-shaped bent webs 23a, 23b and 23c, 23d form an elastic bearing for the wedge-shaped segments 22a, 22b. Because of this elastic mounting, the distance between the wedge-shaped segments 22a, 22b and thus the diameter of the recess 25 is reversibly changeable by forces acting in the radial direction to the recess 25.
  • the pin head 9 For locking the radially enlarged pin head 9 is inserted into the recess 25, so that he first presses the wedge-shaped segments 22a, 22b with deformation of the S-shaped webs 23a ... 23d radially outward. After the pin head 9 is inserted through the recess 25 and comes to lie on the rear side facing away from the flap, the distance between the wedge-shaped segments 22a, 22b due to the elasticity of the S-shaped bent webs 23a ... 23d back to its original, unexpanded size. Thus, the pin head 9 (seen in the insertion direction) engages behind the wedge-shaped segments 22a, 22b in a form-fitting manner.
  • FIG. 1 and the first illustration from the left in Fig. 2 and 3 shown between the pin head 9 and the wedge-shaped segments 22 a, 22 b formed rear handle prevents the locking pin 4 against the insertion again vertically down from the Recess 25 of the locking member 20 can be moved out.
  • the distance between the wedge-shaped segments 22a, 22b is increased.
  • 2-two shape memory wires 28a, 28b are embedded in the partition walls 17 of the container housing branching off from the flattened section 11 upwards to the bottom wall 16, each held by a crimping sleeve 29a, 29b and electrically contactable ,
  • the two shape memory wires 28a, 28b are connected with respect to the recess 25 diametrically opposite to mutually remote outer sides of the wedge-shaped segments 22a, 22b for a power transmission.
  • the two wedge-shaped segments Upon heating and contraction of the shape memory wires 28a, 28b after energization, the two wedge-shaped segments are connected 22a, 22b in accordance with the middle illustration of FIGS. 2 and 3 each exerted a radially outwardly directed (symbolized by an arrow) force.
  • the distance between the wedge-shaped segments 22a, 22b and thus the diameter of the recess 25 receiving the locking pin 4 increases.
  • the positive-locking rear grip of the pin head 9 by the wedge-shaped segments 22a, 22b canceled and the locking pin 4 can fall out of the recess 25 of the locking element 20 by gravity itself.
  • the wedge-shaped segments 22a, 22b and shape memory wires 28a, 28b connected thereto are returned to the initial state (ie, to the elastic restoring force of the S-shaped webs 23a ... 23d) unexpanded diameter or original length).
  • the locking pin 4 can then be pushed back into the recess 25 until the positive-locking rear grip of the pin head 9 behind the wedge-shaped segments 22a, 22b is reached.
  • the locking element 20 acts as a solid-body joint which converts forces (caused by the contraction movement of the shape memory wires 28a, 28b) into a diameter widening of the recess 25 and thereby releases the locking pin 4 from engagement with the recess 25.
  • five components are necessary, namely two shape memory wires 28a, 28b, two crimp sleeves 29a, 29b for their electrical contact and a solid joint in the form of a locking element 20 for receiving and releasing the locking pin 4.
  • the power requirement can also be significantly reduced by the solution according to the invention, since shape memory wires 28a, 28b are characterized by a significantly lower power consumption than conventional electromagnets.
  • FIGS. 4a, 4b and 5a, 5b show the locking element 10 used in a second embodiment of the container 1 according to the invention in a state mounted on the container housing 2 and in a single view.
  • the locking element 10 is inserted into a recess 15 on the surface of the container housing 2 facing away from the container flap 3 and comprises a recess 5 intended for the positive reception of the locking pin 4.
  • Two S-shaped bent webs 13a, 13b and 13c, 13d are connected to a common, radially outwardly directed connection point of the semicircular segments 12a, 12b and extend from there to opposite sides of the frame 14.
  • the connecting points of the webs 13a , 13b and 13c, 13d with the semicircular segments 12a, 12b are arranged on diametrically opposite sides of the semicircular segments 12a, 12b.
  • the actuator provided for unlocking is integrated into the locking element 10. Since shape memory alloys provide a very high energy density, even shape memory sheets or wires with very small cross-sectional dimensions are already able to apply the forces necessary for the required diameter expansion. Therefore, it is easily possible to embed in the four S-shaped bent webs 13a ... 13d each thin, adapted to the S-shaped contour shape memory sheets or wires.
  • the shape memory actuators 8a... 8d are each shown in a deenergized state with a small diameter recess 5 for holding the locking pin 4 (not shown).
  • the shape memory actuators 8a an energized, heated state shown with a large diameter recess 5 for releasing the (not shown) locking pin 4th
  • the shape memory actuators 8a... 8d are each designed as shape memory sheets in the second embodiment of the container according to the invention in accordance with FIGS. 4a, 4b and 5a, 5b. However, a wire form of the shape memory actuators would also be conceivable.
  • the locking element 10 is inserted into the recess 15 of the container housing 2 such that the through-bore 6 of the container housing 2 is aligned with the recess 5 of the locking element 10.
  • the through-hole 6 of the container housing 2 serves only to guide the locking pin 4 during the locking and unlocking process.
  • the through hole 6 has for this purpose a diameter which is equal to or greater than the diameter of the pin head 9.
  • the locking pin 4 is inserted upwardly through the through-hole 6 into the recess 5 of the locking element 10.
  • the radially expanded end of the locking pin 4 pushes the semi-circular segments 12a, 12b outwardly until the pin head 9 positively rests on the back of the semi-circular segments 12a, 12b to form a radial rear grip.
  • the locking pin 5 is secured together with the container flap 3 against a direction opposite to the insertion, vertically downward movement.
  • For unlocking current is applied to the embedded in the locking element 10 four shape memory plates 8a ... 8d respectively. Thereafter, the diameter of the formed between the semicircular segments 12a, 12b recess 5 as shown in FIG.
  • the locking element 10 according to FIGS. 5 a and 5 b is distinguished by the integrated actuator system, which makes it possible to dispense with additional shape memory wires (as in FIGS. 1 to 3) to be embedded in the container housing 2. Consequently, no constructional changes to the container 1 itself are necessary. Since only one additional locking element 10 has to be mounted and electrically connected, simple retrofitting of existing mask containers is provided. In this case, the locking element 10 is pocket-neutral in a corresponding recess 15 of the container housing 2 and represents (compared to conventional, electromagnetically actuated unlocking mechanisms) only a minimal additional weight. In aircraft construction, where weight reduction is a decisive design feature in view of rising fuel prices and high competitive pressure , the solution according to the invention can therefore be used with great advantage.
  • Shape memory actuator sheet or wire
  • Locking element solid-body joint 20 1 1 flattened section

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  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Behälter einer oberhalb einer Passagiersitzreihe angeordneten Sauerstoffversorgungseinheit in einem Flugzeug mit einem feststehenden Behältergehäuse und einer zwischen einer geschlossenen und einer geöffneten Stellung schwenkbaren Behälterklappe. In geschlossener Stellung greift ein an der Behälterklappe oder an dem Behältergehäuse vorgesehener Verriegelungsstift in eine an dem gegenüberliegenden Behältergehäuse oder der gegenüberliegenden Behälterklappe vorgesehene Ausnehmung form- und/oder kraftschlüssig ein. Die Behälterklappe ist derart schwenkbar ist, dass in geöffneter Stellung der Behälter nach unten offen ist und wenigstens eine darin aufgenommene Sauerstoffmaske herausfällt. Die Ausnehmung ist durch wenigstens einen zumindest teilweise aus einer Formgedächtnislegierung bestehenden Aktor derart aufweitbar, dass sich der Verriegelungsstift aus dem Eingriff in der Ausnehmung löst und die Behälterklappe in die geöffnete Stellung schwenkt.

Description

Behälter einer oberhalb einer Passagiersitzreihe angeordneten
Sauerstoffversorgungseinheit in einem Flugzeug
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Behälter einer oberhalb einer Passa- giersitzreihe angeordneten Sauerstoffversorgungseinheit in einem Flugzeug.
Gemäß der Betriebsordnung für Luftfahrtgeräte (LuftBO) müssen Flugzeuge Notsauerstoffsysteme zur Versorgung der Passagiere und des Servicepersonals mit Sauerstoff im Falle eines Druckabfalls vorsehen. Derzeitige dezentralisierte Systeme sind so gestaltet, dass die Sauerstoffmasken samt den Sauerstoffzuführungsschläuchen und den Sauer- stoff gen eratoren jeweils in quaderförmigen Behältern untergebracht sind, die als Passagierversorgungseinheiten (Passanger Service Units, PSU) jeweils im Passagierversorgungskanal (Passenger Service Channel, PSC) in den Kabinenverkleidungsflächen oberhalb der Passagiersitzreihen integriert sind.
Diese Behälter bestehen jeweils aus einem der Aufnahme mehrerer Sauerstoffmasken dienenden, feststehenden Behältergehäuse und einer daran jeweils schwenkbar angebrachten Behälterklappe. Die Behälterklappe ist gleichzeitig Teil der Verkleidung und weist eine elektrisch angesteuerte Klappenverriegelung auf, welche ein automatisches Öffnen im Fall eines Druckabfalls auslöst, sodass die Sauerstoff masken, an sogenannten Lanyards hängend, schwerkraftbedingt herausfallen. Die Sauerstoffzufuhr wird dann über das Lanyard ausgelöst. Unter Lanyard versteht man ein Zugmittel, das zwischen der Maske und dem Auslösemechanismus der Sauerstoffzufuhr angebracht ist. Die Maske ist mit einem Versorgungsschlauch mit der Sauerstoffversorgung verbunden.
Bei Auslösung des Sauerstoffsystems, beispielsweise infolge eines Druckabfalls, genügt ein Entriegeln der Behälterklappe. Die Klappe wird daraufhin schwerkraftbedingt und ggf. unterstützt durch eine zusätzliche Federkraft automatisch in die geöffnete Stellung geschwenkt und dort gehalten. Die herausfallenden Sauerstoffmasken können dann von den Passagieren leicht zugänglich gegriffen und angelegt werden.
Zur Freigabe der Behälterklappe bei einem Druckverlust sowie Rauch- und Gasentwicklung innerhalb der Kabine kommt heute zumeist ein elektromagentischer Entriegelungs- mechanismus zum Einsatz. Dieser besteht aus einer komplexen Kinematik mit einem Elektromagneten als Herzstück des Mechanismus. Sobald das Sauerstoffsystem aktiviert wird, erhält der Elektromagnet dieses Klappenentriegelungsmechanismus von einer über- geordneten Überwachungselektronik ein elektrisches Öffnungssignal in Form einen kurzen Spannungsimpulses, wodurch ein Riegel gelöst und die Behälterklappe geöffnet wird.
Nachteilig hierbei ist allerdings, dass ein Elektromagnet bezogen auf die von ihm zur Verfügung gestellte Leistung ein hohes Gewicht und einen hohen Bauraumbedarf aufweist, was bei Flugzeuganwendungen grundsätzlich problematisch ist, wo es angesichts der hohen Kerosinkosten gerade auf eine leichte und platzsparende Bauweise ankommt.
Da die elektromagnetische Entriegelung nur im Notfall bzw. in sporadischen Abständen zu Testzwecken betätigt wird, ergibt sich zudem die Gefahr, dass sich zu bewegende Bauteile der elektromagnetischen Entriegelung festsetzen können, sodass im Notfall die Mag- netkraft möglicherweise nicht ausreicht, um den Riegel zu lösen und die Behälterklappe zu öffnen. Dies stellt ein erhebliches Sicherheitsrisiko dar.
Ferner sind elektromagnetische Entriegelungen aufgrund der hohen Bauteilanzahl mit einer hohen Systemkomplexitat und demzufolge hohen Herstellungskosten verbunden, was in der unter starkem Kostendruck stehenden Flugzeugzulieferindustrie nur schwer tolerierbar ist.
Schließlich sind elektromagnetische Komponenten zum Teil ökologisch bedenklich und nur schwer wiederverwertbar. Als magnetische Materialien kommen beispielsweise häufig Seltene Erden zum Einsatz, deren Abbau sehr teuer ist und zudem die Umwelt schwer belastet. Verschärfend hinzu kommt, dass die Rückgewinnung in Anbetracht der geringen Menge an verbauten Seltenen Erden bisher als zu aufwendig und damit zu teuer gilt.
Angesichts der vorgenannten Nachteile ist die vorliegende Erfindung auf einen Behälter einer oberhalb einer Passagiersitzreihe angeordneten Sauerstoffversorgungseinheit in einem Flugzeug gerichtet, bei dem ein Entriegeln des Behälters und ein Schwenken der Behälterklappe in eine geöffnete Stellung durch einen einfacheren und in ökonomischer und ökologischer Hinsicht effizienteren Entriegelungsmechanismus bewirkt wird.
Diese Aufgabe wird durch einen Behälter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Der erfindungsgemäße Behälter einer oberhalb einer Passagiersitzreihe angeordneten Sauerstoffversorgungseinheit in einem Flugzeug weist ein feststehendes Behältergehäuse und eine zwischen einer geschlossenen und einer geöffneten Stellung schwenkbare Behälterklappe auf. In geschlossener Stellung greift ein an der Behälterklappe oder an dem Behältergehäuse vorgesehener Verriegelungsstift in eine an dem gegenüberliegenden Behältergehäuse oder der gegenüberliegenden Behälterklappe vorgesehene Aus- nehmung form- und /oder kraftschlüssig ein. Dabei ist die Behälterklappe derart schwenkbar, dass in geöffneter Stellung der Behälter nach unten offen ist und wenigstens eine darin aufgenommene Sauerstoffmaske herausfällt. Der erfindungsgemäße Behälter zeichnet sich nun dadurch aus, dass die Ausnehmung durch wenigstens einen zumindest teilweise aus einer Formgedächtnislegierung bestehenden Aktor derart aufweitbar ist, dass sich der Verriegelungsstift aus dem Eingriff in der Ausnehmung löst und die Behälterklappe in die geöffnete Stellung schwenkt.
Im Folgenden wird der zumindest teilweise aus einer Formgedächtnislegierung bestehenden Aktor kurz als Formgedächtnisaktor bezeichnet. Ein solcher Formgedächtnisaktor bietet den entscheidenden Vorteil, dass er aufgrund seiner hohen spezifischen Energie- und Arbeitsdichte sehr kleinbauend ist und demzufolge ohne Weiteres in die bestehende Struktur des Behälters (insbesondere des feststehenden Behältergehäuses) integriert werden kann. Vorteilhafterweise kann somit auf den Einsatz eines separat und zusätzlich zum Behälter bereitzustellenden elektromagnetischen Entriegelungsmechanismus unter Verwendung eines schweren und großbauenden Elektromagneten verzichtet werden. Der simple Entriegelungsmechanismus im erfindungsgemäßen Behälter erfordert lediglich einen im geschlossenen Zustand mit einer Ausnehmung in form- und /oder kraftschlüssigen Eingriff stehenden Verriegelungsstift sowie einen Formgedächtnisaktor, der bei Aktivierung eine Aufweitung der Ausnehmung vornimmt, um den Verriegelungsstift aus dem Eingriff zu lösen und die Behälterklappe selbsttätig unter dem Einfluss der Schwerkraft in die geöffnete Stellung aufschwenken zu lassen.
Allein die vom Formgedächtnisaktor bei Aktivierung vollzogene Formänderung reicht hierbei aus, um die Ausnehmung aufzuweiten und die Verriegelung zu lösen. Ein elektromagnetischer Entriegelungmechanismus ist verglichen damit aufgrund der hohen Bauteilan- zahl erheblich komplexer aufgebaut und folglich störanfälliger, größer, teurer und schwerer herzustellen.
Formgedächtnislegierungen (kurz: FGL) sind gegenüber Elektromagneten (kurz: E- Magneten) aufgrund der deutlich höheren Energiedichte (FGL: ~ 6 J/cm3; E-Magneten: ~ 0.4 J/cm3) erheblich effizienter. Hierdurch ergibt sich für den erfindungsgemäß einge- setzten Entriegelungsmechanismus gegenüber einem konventionellen elektromagnetischen Entriegelungsmechanismus eine Gewichtsreduktion um bis zu 88%, eine Bauraumreduktion um bis zu 80% und eine Bauteilreduktion um bis zu 90%. Die vorgenannten Einsparungen werden nicht nur unmittelbar beim Entriegelungsmechanismus, sondern auch bei den zu seiner Auslösung verwendeten Kabelzuführungen realisiert. Zum Beispiel können die Kabelquerschnitte aufgrund des Verzichts auf verlustbehaftete Elektromagne- te deutlich kleiner dimensioniert werden.
Zudem sind im erfindungsgemäßen Behälter keine Seltenen Erden verbaut. Die verwendeten Formgedächtnislegierungen sind auch nach einem langen Produktleben ohne Ein- büßen ihrer Eigenschaften wiederverwertbar, sodass eine hohe Nachhaltigkeit und Umweltfreundlichkeit sichergestellt ist. Überdies wird Unabhängigkeit von den rapide steigenden Roh stoff kosten auf dem stark umkämpften Markt für Seltenerdmetalle erreicht.
Der erfindungsgemäße Behälter bietet somit im Ergebnis gegenüber konventionellen elektromagnetisch entriegelbaren Sauerstoffmaskenbehältern in technologischer, ökono- mischer und ökologischer Hinsicht eindeutige Vorteile.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die aufweitbare Ausnehmung durchgängig ausgebildet ist und der Verriegelungsstift an seinem freien Ende eine radiale Erweiterung aufweist, die in geschlossener Stellung einen Randbereich der Ausnehmung radial hintergreift, wobei der wenigstens eine Aktor die Ausnehmung in radialer Richtung so weit aufweitet, dass der Verriegelungsstift aufgrund der Schwerkraft selbsttätig aus der Ausnehmung herausfällt.
Ein derartiger Entriegelungsmechanismus ist äußerst einfach aufgebaut. Er erfordert lediglich einen Verriegelungsstift, der zur Erfüllung seiner Verriegelungsaufgabe durch eine durchgängige Ausnehmung so weit eingesteckt ist, dass eine am Stiftende vorgesehene radiale Erweiterung (z. B. ein kugelförmig verdickter Stiftkopf) den Randbereich der Ausnehmung formschlüssig hintergreift. Um das zum Verriegeln notwendige Einführen des Stifts in die Ausnehmung zu ermöglichen, ist wenigstens der Randbereich der Ausnehmung aus einem elastisch federnden Material gebildet. Unter Einwirkung des eingeführten, radial erweiterten Stiftendes ist die Ausnehmung zunächst radial aufgeweitet und erst im vollkommen eingesteckten Zustand wieder radial kontrahiert, sodass der Stift mit der Ausnehmung verrastet. In diesem verrasteten Zustand wirkt die radiale Erweiterung am Stiftende wie eine Arretierung, die verhindert, dass der Verriegelungsstift sich in entgegengesetzter Richtung zur Einführrichtung wieder aus der Ausnehmung herauslöst. Somit ist die Behälterklappe gegen ein unerwünschtes Wegschwenken vom Behältergehäuse gesichert.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Formgedächtnisaktor als Formgedächtnisblech oder Formgedächtnisdraht, insbesondere als NiTi-Formgedächtnisblech oder -draht, ausgebildet ist, wobei das Formgedächtnisblech oder der Formgedächtnisdraht durch Anlegen eines elektrischen Stroms erwärmbar und kontrahierbar ist und wobei das Formgedächtnisblech oder der Formgedächtnisdraht derart mit der Ausnehmung in Wirkverbindung steht, dass die Kontraktion des Formgedächtnisblechs oder des Formgedächtnisdrahts zu einer radialen Aufweitung der Ausnehmung führt.
Die Leistungsfähigkeit von Formgedächtniselementen ist enorm. Beispielsweise kann ein Formgedächtnisdraht von lediglich 2 mm Durchmesser eine Last von über 100 kg anheben. Durch den Ersatz des Elektromagneten mit einem Formgedächtnisblech oder -draht als Entriegelungsaktor reduzieren sich somit das Gewicht und der Bauraumbedarf des Entriegelungs-mechanismus sehr deutlich. Die aktorische Funktion wird integraler Bestandteil der Struktur und kann nahezu gewichts- und bauraumneutral realisiert werden. Bedenkt man, dass in Verkehrsflugzeugen für jede Passagiersitzreihe ein Sauerstoffmodul-Behälter als PSU mit einem entsprechenden Entriegelungsmechanismus vorgesehen sein muss, ergibt sich (insbesondere in Großraumflugzeugen) ein erhebliches Gewichts- und Bauraumeinsparungspotential. Die bevorzugte Funktionswerkstoffkombination Nickel- Titan des Formgedächtnisblechs bzw. -drahts ist problemlos wiederverwertbar. Insbesondere kann auf den Einsatz magnetischer Seltenerdmetalle (wie Neodym, Dysprosium oder Yttrium) verzichtet werden, die für die Herstellung von Permanentmagneten in elektromagnetischen Entriegelungen unerlässlich sind und deren Förderung aber aufwendig und teuer ist und zum Teil mit eklatanten Umweltschäden einhergeht.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Behälters weist die Behälterklappe eine im Wesentlichen flächenförmige Gestalt auf und ist auf einer Seite mittels wenigstens eines Scharniers am Behältergehäuse schwenkbar gelagert, während auf der gegenüberliegenden Seite der Verriegelungsstift vorgesehen ist. Bei einem in die gegenüberliegende Ausnehmung des Behältergehäuses eingesteckten Zustand hält der klappenseitige Verriegelungsstift die schwenkbare Klappe sicher in einer horizontalen, das Behältergehäuse nach unten hin abschließenden Stellung. Sowohl Erschütterungen als auch straff gepackte Maskenbehälter können diese Verriegelung nicht gefährden. Die Behälterklappe wird erst freigegeben, wenn der Verriegelungsstift aus der Ausnehmung mittels des Formgedächtnisaktors gelöst wird. Daraufhin schwenkt die Behälterklappe unter Einfluss der Schwerkraft in eine annähernd vertikale 90°-Stellung, sodass das Behältergehäuse nach unten hin offen ist und die Sauerstoffmasken für die Insassen griffbereit herausfallen. Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Behälters weist das Behältergehäuse eine im Wesentlichen schalenförmige Gestalt zur Aufnahme wenigstens einer Sauerstoffmaske auf und ist auf einer Seite mittels wenigstens eines Scharniers mit der Behälterklappe verbunden, während auf der gegenüberliegenden Seite ein der Behälterklappe in geschlossener Stellung planparallel gegenüberliegender, abgeflachter Abschnitt ausgebildet ist.
Durch seine schalenförmige Ausbildung mit einer Bodenwand und davon annähernd vertikal abgebogenen Seitenwänden weist das Behältergehäuse das für die Unterbringung der Sauerstoffmasken und -Schläuche notwendige Stauvolumen auf. Um Behältergehäu- se und Behälterklappe miteinander zu verriegeln, ist an der der Scharnierverbindung entgegengesetzten Seitenkante des Behältergehäuses ein abgeflachter Abschnitt gebildet, der in geschlossener Stellung der flächigen Behälterklappe planparallel gegenüberliegt. In diesem abgeflachten Abschnitt des Behältergehäuses ist eine Durchgangsbohrung vorgesehen, in die der senkrecht von der flächigen Behälterklappe abstehende Verriegelungs- stift eingesteckt ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Behälters weist das Behältergehäuse ein Verriegelungselement auf, wobei das Verriegelungselement wiederum die aufweitbare Ausnehmung zum form- und /oder kraftschlüssigen Eingriff des Verriegelungsstifts umfasst. Die Verriegelung wird allein durch den Eingriff zwischen dem Verriegelungsstift und der Ausnehmung des gehäuseseitigen Verriegelungselements sichergestellt. Dieser Eingriff kann verwirklicht werden, indem eine radiale Erweiterung am Stiftende formschlüssig einen die Ausnehmung begrenzenden Randbereich hintergreift, wobei zur Ermöglichung eines Verriegelungs- und Entriegelungsvorgangs der Randbereich der Ausnehmung im Verriegelungselement elastisch deformierbar ist. Der Durchmesser der Durchgangsbohrung sollte dabei größer sein als der Durchmesser der radialen Erweiterung am Stiftende, damit der Verriegelungsstift im entriegelten Zustand ohne Kollision durch die aufgeweitete Ausnehmung des Verriegelungselements und anschließend durch die Durchgangsbohrung des Behältergehäuses gleiten kann. Somit ist ein störungsfreies Öffnen der Behäl- terklappe gewärleistet.
In weiterer bevorzugter Weise kann das Verriegelungselement in eine Aussparung des Behältergehäuses eingesetzt sein, die auf einer der Behälterklappe abgewandten Ober- fläche des Behältergehäuses vorgesehen ist, wobei die Ausnehmung des Verriegelungselements mit einer Durchgangsbohrung des Behältergehäuses fluchtet.
In einem solchen Fall dient die Durchgangsbohrung des Behältergehäuses lediglich als eine zusätzliche Führung für den zum Verriegeln in die Ausnehmung des Verriegelungs- elements hinein zu bewegenden bzw. zum Entriegeln aus der Ausnehmung des Verriegelungselements heraus zu bewegenden Verriegelungsstift.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass im Verriegelungselement der Randbereich der Ausnehmung durch zwei voneinander durch einen Spalt getrennte Segmente gebildet ist, wobei zur Aufweitung der Ausnehmung die beiden Segmente unter Vergrößerung des Spalts voneinander weg bewegbar sind.
Die Begrenzung der Ausnehmung durch zwei voneinander durch einen Spalt getrennte (z. B. keil- oder halbkreisförmig gestaltete) Segmente erlaubt es, die zur Verriegelung und Entriegelung des Behälters notwendige Durchmesseraufweitung der Ausnehmung durch eine einfache, radial auseinander gerichtete Verschiebung dieser beiden Segmente zu bewerkstelligen. Zum Verriegeln des Behälters (z. B. nach einer zu Test- oder Wartungszwecken vorgenommenen Öffnung des Behälters) wird die Behälterklappe manuell oder motorisch zugeklappt, wobei der Verriegelungsstift derart in die Ausnehmung eindringt, dass das Stiftende die Segmente zunächst auseinanderdrückt, bis es hinter diesen Segmenten formschlüssig einschnappt. Zum Entriegeln des Behälters wird durch den wenigs- tens einen Formgedächtnisaktor der Spalt zwischen den Segmenten und somit der Durchmesser der Ausnehmung vergrößert, sodass der Verriegelungsstift von selbst (ggf. unterstützt von einer Federkraft) aus der aufgeweiteten Ausnehmung herausfällt. Die Behälterklappe kann so eingriffsfrei in die geöffnete Stellung schwenken.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist im Verriege- lungselement jeweils wenigstens ein Steg an die beiden Segmente angeformt, um die beiden Segmente jeweils mit einem Rahmen des Verriegelungselements zu verbinden.
Der oder die Stege können hinsichtlich ihres Verlaufs, ihrer Länge und /oder ihrer Querschnittsabmessungen derart gestaltet sein, dass eine gewünschte Steifigkeit gegenüber der durchmesseraufweitenden Verschiebung der Segmente erzielt wird. Indem diese Steifigkeit an die Formänderungscharakteristik des Formgedächtnisaktors angepasst wird, kann die im Notfall unbedingt erforderliche schnelle Entriegelung des Behälters sichergestellt werden. Über den Strompegel kann die Auslösedynamik des Formgedächtnisaktors weiter gezielt angepasst werden. In Weiterbildung der Erfindung befindet sich ein Aktor in Form eines bei Bestromung kontrahierbaren Formgedächtnisblechs oder Formgedächtnisdrahts im Inneren wenigstens eines der Stege, wobei eine Kontraktion des Formgedächtnisblechs oder des Formgedächtnisdrahts zu einer Auslenkung des an dem jeweiligen Steg angeformten Seg- ments führt, um den Spalt zwischen den Segmenten zu vergrößern und damit die Ausnehmung aufzuweiten.
Gemäß dieser Weiterbildung ist der Formgedächtnisaktor ein Formgedächtnisblech oder ein Formgedächtnisdraht. Aufgrund der hohen Energie- und Arbeitsdichte können Formgedächtnisbleche oder Formgedächtnisdrähte sehr querschnittsklein dimensioniert werden und dabei dennoch die für die notwendige Verschiebung der Segmente notwendigen Kräfte problemlos aufbringen. Es bietet sich demzufolge an, die Formgedächtnisbleche oder Formgedächtnisdrähte bauraumneutral in die zwischen dem Rahmen und den Segmenten vorgesehenen Stege des Verriegelungselements zu integrieren. Mittels einer Einrichtung zum Zuführen eines elektrischen Stroms wird der jeweilige Formgedächtnisaktor (in Blech- oder Drahtform) durch seinen elektrischen Eigenwiderstand erwärmt, infolgedessen wiederum eine Kontraktion des Aktors eintritt. Diese Kontraktion bewirkt eine Verkürzung der jeweiligen Steglänge und führt deshalb zu einer radialen Verschiebung des daran angeschlossenen Segments. Aus dieser radialen Verschiebung resultiert schließlich eine Aufweitung der Ausnehmung, die es dem Verriegelungsstift gestattet, sich selbsttätig aus dem Eingriff zu lösen. Dank des vorbeschriebenen Mechanismus kann der Behälter somit auf einfache und störunanfällige Weise elektrisch geöffnet werden.
Dem Formgedächtnisblech oder Formgedächtnisdraht kann die beim Entriegeln zu erreichende Endform durch thermomechanisches Training "antrainiert" werden. Durch die Struktursteifigkeit des Verriegelungselements wird das Formgedächtnisblech oder der Formgedächtnisdraht zunächst in seiner Ausgangsform gehalten. Bei Aktivierung des Formgedächtnisblechs oder des Formgedächtnisdrahts "erinnert" sich dieses oder dieser jedoch wieder an seine Endform und will in diese zurückkehren. Bei Deaktivierung kehrt das das Blech oder der Draht wieder durch das elastisch verformte Verriegelungselement (Festkörpergelenk) in den Ausgangszustand zurück. In weiter bevorzugter Ausgestaltung können im Verriegelungselement jeweils zwei Stege an die voneinander diametral abgewandten Außenseiten der beiden Segmente angeformt sein, wobei sich im Inneren eines jeden der vier Stege ein bei Bestromung kontrahierbarer Formgedächtnisaktor befindet und wobei eine Kontraktion der Formgedächtnisaktoren zu einer Vergrößerung des Spalts zwischen den beiden Segmenten und damit zu einer Aufweitung der Ausnehmung führt.
Indem den beiden Segmenten jeweils zwei Stege mit einem jeweils eingebetteten Formgedächtnisaktor (z. B. Formgedächtnisblech oder Formgedächtnisdraht) zugeordnet sind, kann die für die Verschiebung dieser Segmente und somit die Aufweitung der Ausnehmung aufzubringende Kraft pro Steg und Formgedächtnisaktor reduziert (halbiert) werden. Des Weiteren kann dadurch, dass pro Segment jeweils zwei Stege und zwei Formgedächtnisdrähte vorgesehen sind, eine Redundanz geschaffen werden, die es selbst bei Ausfall eines Formgedächtnisaktors sicherstellt, dass im Notfall vom verblei- benden Formgedächtnisaktor immer die für die Entriegelung des Behälters notwendige Kraft auf die Segmente ausgeübt wird.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Behälters sieht vor, dass die vier Stege einen jeweils S-förmig gebogenen, elastisch verformbaren Verlauf aufweisen, wobei die beiden an jeweils einem Segment angeformten Stege sich zu den einander ge- genüberliegenden Seiten eines Rahmens erstrecken und wobei der sich jeweils im Inneren eines jeden der vier Stege befindende Formgedächtnisaktor einen entsprechend S- förmig gebogenen Verlauf aufweist.
Formgedächtnisaktoren können als Formgedächtnisbleche oder Formgedächtnisdrähte mit sehr kleinen Querschnittsabmessungen realisiert sein, wodurch sich Formgedächtnis- aktoren aufwandsarm an beliebige Konturen anpassen lassen. Unter Ausnutzung dieser fast uneingeschränkten Gestaltungsfreiheit können die Stege und die dort jeweils eingebetteten Formgedächtnisaktoren in S-förmiger Kurvenform gestaltet und an voneinander diametral abgewandten Außenseiten der beiden Segmente angeschlossen werden. Dies bietet den Vorteil, dass eine (z. B. durch thermische Aktivierung ausgelöste) Verkürzung der Formgedächtnisaktoren in Längsachsenrichtung jeweils zu an den Segmenten angreifenden, in radialer Richtung nach außen wirkenden Kräften führt. Durch diese einander diametral entgegengesetzten Kräfte werden die beiden Segmente unter Vergrößerung des zwischen ihnen liegenden Spalts voneinander weg bewegt. Dies führt zur gewünschten Durchmesseraufweitung der Ausnehmung, die ein selbsttätiges Lösen des Verriege- lungsstifts aus dem Eingriff mit der Ausnehmung und somit ein Schwenken der Behälterklappe in die geöffnete Stellung ermöglicht.
Das die Ausnehmung umgebende Material des Behältergehäuses, der Behälterklappe oder des Verriegelungselements ist vorzugsweise elastisch nachgiebig, sodass die Aus- nehmung unter Einwirkung einer vom Verriegelungsstift und/oder vom wenigstens einen Aktor ausgehenden Kraft elastisch aufweitbar ist, um ein Hinein- oder Herausbewegen des Verriegelungsstifts in die bzw. aus der Ausnehmung zu ermöglichen.
Dabei ist es ausreichend, dass wenigstens der Randbereich der Ausnehmung eine radiale Nachgiebigkeit aufweist, die es dem Formgedächtnisaktor bei Aktivierung gestattet, durch seine (z. B. thermisch induzierte) Formänderung ein Aufweiten der Ausnehmung und somit ein sicheres Lösen der Verriegelung zu gewährleisten. Bei Deaktivierung des Formgedächtnisaktors kehrt die Ausnehmung aufgrund der elastischen Nachgiebigkeit des sie umgebenden Materials wieder in ihren ursprünglichen Formzustand, d. h. zu ihrem ur- sprünglichen, nicht aufgeweiteten Durchmesser zurück. Jetzt kann die Behälterklappe wieder manuell oder motorisch zugeklappt und der Verriegelungsstift dabei form- und /oder kraftschlüssig in die Ausnehmung einschnappen.
Schließlich kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass bei aufgeweiteter Ausnehmung durch das elastisch nachgiebige Material des Behältergehäuses, der Behälterklappe oder des Verriegelungselements eine Rückstellkraft generiert wird, die den Aktor wieder in seinen ursprünglichen Formzustand zurückführt.
Im Allgemeinen ist für die Rückformung des Formgedächtnisaktors eine Rückstellkraft erforderlich. Bevorzugt wird die Rückstellkraft allein durch die Struktur (z. B. die Kunststoffmatrix) des umgebenden Materials des Behältergehäuses, der Behälterklappe oder des Verriegelungselements, in dem der Formgedächtnisaktor eingebettet ist, bereitgestellt. Somit kann vorteilhafterweise von der Installation einer zusätzlichen Aktorik zwecks Ausübung einer externen Rückstellkraft abgesehen werden, wodurch der Einfachheitsgrad des Entriegelungsmechanismus weiter gesteigert wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsformen in Zusammen- schau mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine vergrößerte Ansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Behälters im Bereich des Entriegelungsmechanismus,
Fig. 2 schematische Schnittansichten des erfindungsgemäßen Behälters nach
Fig. 1 in den verschiedenen Stadien eines Entriegelungsvorgangs, Fig. 3 Einzelansichten des Verriegelungselements und der angeschlossenen
Formgedächtnisdrähte in den verschiedenen Stadien des Entriegelungsvorgangs nach Fig. 2, Fig. 4a und 4b vergrößerte Ansicht eines in einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Behälters verwendeten Behältergehäuses im Bereich eines eingelegten Verriegelungselements,
Fig. 5a und 5b eine Draufsicht auf das im Behältergehäuse nach Fig. 4a und 4b einge- legte Verriegelungselement.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Behälters 1 einer oberhalb einer Passagiersitzreihe angeordneten Sauerstoffversorgungseinheit in einem Flugzeug. Der Behälter 1 ist dabei in einer vergrößerten perspektivischen Ansicht auf den zwischen Behältergehäuse 2 und Behälterklappe 3 vorgesehenen Entriegelungs- mechanismus gezeigt. Der Entriegelungsmechanismus befindet sich in einer Schließstellung. Hierbei greift ein klappenseitiger Verriegelungsstift 4 in eine gehäuseseitige Ausnehmung 25 formschlüssig ein.
In einem abgeflachten Abschnitt 1 des Behältergehäuses 2 ist an der der Behälterklappe 3 abgewandten Oberfläche eine Aussparung 15 vorgesehen, in die ein zusätzliches Ver- riegelungselement 20 mit der Ausnehmung 25 zur Aufnahme des Verriegelungsstifts 4 eingelegt ist. Das Verriegelungselement 20 bildet ein Festkörpergelenk und ist hierzu aus einem elastisch nachgiebigen Material, insbesondere aus Kunststoff gefertigt. Es weist zwei keilförmige Segmente 22a, 22b auf, die an den zulaufenden und einander zugewandten Enden kurvenförmig konkav ausgebildet sind. Zwischen diesen Enden ist die durch das Verriegelungselement 20 gehende Ausnehmung 25 gebildet, welche der Aufnahme des Verriegelungsstifts 4 dient.
Bei einem solchen Behälter 1 handelt es sich um ein sicherheitsrelevantes Bauteil, d. h. an dieses Bauteil werden bezüglich der Funktionssicherheit innerhalb eines großen Temperaturbereichs höchste Anforderungen gestellt. Gleichzeitig muss der Behälter 1 - wie alle im Flugzeug verbauten Komponenten - leicht sein und eine geringe Leistungsaufnahme aufweisen. Konventionelle Betätigungsmagnete zur Entriegelung von Maskenbehältern in Flugzeugen sind dieser Herausforderung nur unvollkommen gewachsen. Der von der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene Behälter 1 hingegen ermöglicht aufgrund einer in die Struktur des Behälters 1 integrierbaren Formgedächtnisaktorik eine deutliche Reduktion von Gewicht und Bauraum.
Als Passagierversorgungseinheit (Passgenauer Service Unit, PSU) ist der Behälter 1 jeweils über jeder Passagiersitzreihe im Passagierversorgungskanal (Passenger Service Channel, PSC) des Flugzeugs angeordnet. An einer innerhalb der Kabinendeckenverklei- dung versenkten Oberseite des Behälters 1 ist eine schalenförmiges Behältergehäuse 2 vorgesehen, das der Aufnahme mehrerer Sauerstoffmasken 7 samt der daran angeschlossenen Zuführungsschläuche und chemischen Sauerstoffgeneratoren dient. An einer zum Kabinenboden weisenden Unterseite des Behälters 1 ist eine das Behälterge- häuse 2 nach unten hin abschließende, im Wesentlichen flächenförmig gestaltete Behälterklappe 3 befestigt. Die Behälterklappe 3 ist an einer Seitenkante mittels wenigstens eines Scharniers um eine Scharnierachse schwenkbar am feststehenden Behältergehäuse 2 gelagert und kann somit eine horizontale, geschlossenen Stellung oder eine vertikale, geöffnete Stellung einnehmen. In geschlossener Stellung verläuft die Behälterklappe 3 flächenbündig mit der an ihr angrenzenden Kabinenverkleidung. In der geöffneten Stellung können die Sauerstoffmasken 7 nach unten aus dem Behälter 1 herausfallen
Fig. 2 stellt in schematischer Weise das Funktionsprinzip eines im Notfall (z. B. bei einem plötzlichen Druckabfall) stattfindenden Entriegelungsvorgangs für den erfindungsgemäßen Behälter 1 nach Fig. 1 dar. Die geschlossene Stellung der Behälterklappe 3 ist in der ersten Abbildung von links der Fig. 2 gezeigt und soll im normalen Flugbetrieb (als auch bei heftigen Erschütterungen oder Schwingungen des Flugzeugs) sicher beibehalten werden. Zur Erfüllung dieser Verriegelungsaufgabe ist an der zu der Scharnierachse parallelen gegenüberliegenden Seitenkante der Behälterklappe 3 eine Befestigungskonsole mit einem vertikal nach oben zum Behältergehäuse 2 weisenden Verriegelungsstift 4 vorge- sehen. Dieser Verriegelungsstift 4 greift in geschlossener Stellung in eine Ausnehmung 25 des gegenüberliegenden Behältergehäuses 2 ein. Die Ausnehmung 25 ist hierbei in einem Verriegelungselement 20 ausgebildet, welches wiederum in einem abgeflachten Abschnitt 1 1 des Behältergehäuses 2 vorgesehen ist. Gemäß der ersten Abbildung von links in Fig. 2 liegt der abgeflachte Abschnitt 1 1 des Behältergehäuses samt des darin vorgesehenen Verriegelungselements 20 in Schließstellung der Behälterklappe 3 im Abstand planparallel gegenüber. Das Behältergehäuse 2 ist in Richtung auf den abgeflachten Abschnitt 1 1 muldenförmig vertieft, wobei links und rechts dieser muldenförmigen Vertiefung 31 jeweils eine Sauerstoffmaske 7 im Behältergehäuse 2 untergebracht ist.
Um die Behälterklappe 3 gegen ein Öffnen im normalen Betrieb zu sichern, ist am freien, dem Behältergehäuse 2 zugewandten Ende des Verriegelungsstifts 4 eine radiale Erweiterung in Form eines kugelförmigen Stiftkopfs 9 angeformt. Zum Verriegeln wird dieser Stiftkopf 9 in die Ausnehmung 25 des gehäuseseitig montierten Verriegelungselements 20 eingesteckt. Das Verriegelungselement 20 ist dabei gemäß Fig. 3 als Festkörpergelenk aus einem rückstellfähigen, elastisch verformbaren Material (z. B. einem Kunststoff) auf- gebaut, wobei sich beim Einführen des Stiftkopfs 9 der Durchmesser der Ausnehmung 25 zunächst elastisch aufweitet. Erreicht der Stiftkopf 9 im eingesteckten Zustand seine Endposition verengt sich der Durchmesser der Ausnehmung 25 aufgrund seiner Elastizität wieder unter Bildung eines form-und /oder kraftschlüssigen Eingriffs zwischen Ausnehmung 25 und Verriegelungsstift 4. Ein Lösen bzw. Herunterfallen der Behälterklappe 3 in eine geöffnete 90°-Stellung soll nur im Notfall (also z. B. im Falle eines Druckverlustes oder von Rauch- und Gasentwicklung in der Kabine) erfolgen, damit die Sauerstoffmasken 7 zu den Passagieren griff- und anlagebereit herabfallen können. Hierzu wird durch eine entsprechende Überwachungselektronik ein Öffnungssignal in Form eines kurzen Spannungsimpulses an den für jeden einzelnen Maskenbehälter 2 vorgesehenen Entriegelungsmechanismus gegeben.
Die Aktorik des Entriegelungsmechanismus wird gemäß der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Behälters 1 nach Fig. 1 bis 3 durch in das Material des Behältergehäuses 2 eingebettete Formgedächtnisdrähte 28a, 28b realisiert, die zur mechanischen und elektrischen Kontaktierung an ihren beiden Enden jeweils mit einer Crimphülse 29a, 29b versehen sind. Gemäß Fig. 1 und 2 erstrecken sich dabei zwei Formgedächtnisdrähte 28a, 28b in den die muldenförmige Vertiefung 31 seitlich begrenzenden Zwischenwänden 17 des Behältergehäuses 2. Das erste Ende des Formgedächtnisdrahts 28a, 28b befindet sich dabei jeweils annähernd am Übergang von der horizontalen Bodenwand 16 zur vertikalen Zwischenwand 17 des Behältergehäuses 2, während das zweite Ende des Formge- dächtnisdrahts 28a, 28b jeweils nach einer annähernd rechtwinkligen Biegung innerhalb des abgeflachten Abschnitt 1 1 bis unmittelbar radial angrenzend an die den Verriegelungsstift 4 aufnehmende Ausnehmung 25 geführt ist. Die beiden Formgedächtnisdrähte 28a, 28b sind dabei relativ zueinander so positioniert, dass ihre zweiten Enden jeweils an diametral entgegengesetzten Seiten der Ausnehmung 25 angeordnet sind. Formgedächtnisdrähte 28a, 28b sind elektro-thermomechanische Energiewandler. Formgedächtnislegierungen (wie z. B. NiTi-Legierungen) werden bei elektrischer Bestromung durch Joule'sche Wärme erwärmt und kühlen im unbestromten Zustand wieder durch Konvektion ab. In Abhängigkeit der Temperatur findet eine Phasenumwandlung statt, sodass ein durch Anlegen eines elektrischen Stroms erwärmter Draht um etwas 5% kontra- hiert.
Diese bei elektrischer Bestromung eintretende Kontraktionsbewegung der Formgedächtnisdrähte 28a, 28b wird im erfindungsgemäßen Behälter 1 dazu ausgenutzt, um den Verriegelungsstift 5 aus seinem formschlüssigen Eingriff mit der Ausnehmung 25 des Verrie- gelungselements 20 zu lösen und somit die Behälterklappe 3 eingriffsfrei in die geöffnete Stellung schwenken zu lassen.
Das feststehende Behältergehäuse 2 ist bevorzugt einstückig aus einem Kunststoffmaterial aufgebaut. In einer im Behältergehäuse 2 ausgebildeten Aussparung 15 ist dabei das Verriegelungselement 20 eingesetzt. Das Verriegelungselement 20 ist als Festkörpergelenk ausgestaltet, wobei zumindest der die die Ausnehmung 25 umgebende Randbereich dieses Verriegelungselements 20 elastisch nachgiebig ausgeführt ist. Elastisch nachgiebig soll hierbei bedeuten, dass infolge der Kontraktionsbewegung des Formgedächtnisdrahts 28a, 28b eine elastisch reversible Formänderung des Verriegelungselements 20 eintritt, die ein Lösen des form- und /oder kraftschlüssigen Eingriffs zwischen Verriegelungsstift 4 und Ausnehmung 25 bewirkt.
Gemäß der mittleren Abbildung von Fig. 2 und 3 wird durch die Bestromung und dadurch bewirkte Verkürzung der Formgedächtnisdrähte 28a, 28b eine jeweils radial nach außen gerichtete (durch Pfeile symbolisierte) Kraft auf den Randbereich der Ausnehmung 25 ausgeübt. Infolgedessen weitet sich der Durchmesser der Ausnehmung 25 auf. Diese Durchmesseraufweitung führt wiederum gemäß der rechten Abbildung von Fig. 2 und 3 zur Aufhebung des Eingriffs zwischen dem Verriegelungsstift 4 und der Ausnehmung 25 des Verriegelungselements 20. Der Verriegelungsstift 4 kann nun selbsttätig unter Ein- fluss der Schwerkraft aus der Ausnehmung 25 des gehäuseseitig montierten Verriege- lungselements 20 herausfallen, sodass die Behälterklappe 3 bei gelöstem Eingriff vertikal vom Behältergehäuse 2 weg um die Scharnierachse in die geöffnete 90°-Stellung schwenken kann. Das Öffnen des Behälters 1 erfolgt bei Bestromung und dadurch verursachter Durchmesseraufweitung der Ausnehmung 25 augenblicklich, also mit praktisch nicht spürbarer zeitlicher Verzögerung. Diese geringe Schaltzeit ist vorliegend wichtig, da in einer Notfallsituation ein schnelles Öffnen und Freigeben der Sauerstoffmasken 7 von sicherheitsrelevanter Bedeutung ist.
Fig. 3 zeigt das in der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Behälters 1 nach Fig. 1 und 2 verwendete Verriegelungselement 20 in einer Einzelansicht mit den daran angeschlossenen Formgedächtnisdrähten 28a, 28b und dem in einer zentralen Ausneh- mung 25 des Verriegelungselements 20 aufgenommenen Verriegelungsstift 4. In Übereinstimmung zu Fig. 2 ist dabei in Fig. 3 das Verriegelungselement 20 in verschiedenen Stadien gezeigt. Während in der linken Abbildung ein dem geschlossenen Behälter 1 entsprechendes Stadium dargestellt ist, bei dem der Verriegelungsstift 4 formschlüssig in die Ausnehmung 25 des Verriegelungselements 20 eingesteckt ist, ist in der rechten Abbil- dung ein dem geöffneten Behälter 1 entsprechendes Stadium dargestellt, bei dem der Verriegelungsstift 4 aus der aufgeweiteten Ausnehmung 25 des Verriegelungselements 20 abgezogen ist.
Wie weiter aus Fig. 3 ersichtlich ist, sind die beiden einander abgewandten Seiten der keilfömigen Segmente 22a, 22b jeweils von zwei S-förmig gebogenen Stegen 23a, 23b und 23c, 23d mit einander gegenüberliegenden Seiten eines rechteckförmigen Rahmens 24 des Verriegelungselements 4 verbunden. Diese S-förmig gebogenen Stege 23a, 23b und 23c, 23d bilden für die keilförmigen Segmente 22a, 22b eine elastische Lagerung. Aufgrund dieser elastischen Lagerung ist der Abstand zwischen den keilförmigen Seg- menten 22a, 22b und somit der Durchmesser der Ausnehmung 25 durch in radialer Richtung zur Ausnehmung 25 einwirkende Kräfte reversibel veränderbar.
Zur Verriegelung wird der radial erweiterte Stiftkopf 9 in die Ausnehmung 25 eingeführt, sodass er zunächst die keilförmigen Segmente 22a, 22b unter Deformation der S-förmig gebogenen Stege 23a ...23d radial nach außen drückt. Nachdem der Stiftkopf 9 durch die Ausnehmung 25 hindurchgesteckt ist und auf der klappenabgewandten Rückseite zu liegen kommt, federt der Abstand zwischen den keilförmigen Segmenten 22a, 22b bedingt durch die Elastizität der S-förmig gebogenen Stege 23a ...23d wieder zurück auf seine ursprüngliche, nicht aufgeweitete Größe. Somit rastet der Stiftkopf 9 (in Einführrichtung gesehen) hinter den keilförmigen Segmenten 22a, 22b formschlüssig ein. Durch diesen in Fig. 1 und der jeweils ersten Abbildung von links in Fig. 2 und 3 gezeigten, zwischen dem Stiftkopf 9 und den keilförmigen Segmente 22a, 22b gebildeten Hintergriff ist verhindert, dass der Verriegelungsstift 4 entgegen der Einführrichtung wieder vertikal nach unten aus der Ausnehmung 25 des Verriegelungselements 20 heraus bewegt werden kann.
Zum Entriegeln wird der Abstand zwischen den keilförmigen Segmenten 22a, 22b vergrö- ßert. Hierzu sind - wie in Fig. 1 und 2 zu sehen - zwei Formgedächtnisdrähte 28a, 28b in den vom abgeflachten Abschnitt 1 1 nach oben zur Bodenwand 16 abzweigenden Zwischenwänden 17 des Behältergehäuses eingebettet, die jeweils durch eine Crimphülse 29a, 29b gehalten und elektrisch kontaktierbar sind. Die zwei Formgedächtnisdrähte 28a, 28b sind bezogen auf die Ausnehmung 25 diametral gegenüberliegend an voneinander abgewandten Außenseiten der keilförmigen Segmente 22a, 22b für eine Kraftübertragung angeschlossen.
Bei einer nach Strombeaufschlagung erfolgenden Erwärmung und Kontraktion der Formgedächtnisdrähte 28a, 28b wird auf die beiden angeschlossenen keilförmigen Segmente 22a, 22b entsprechend der mittleren Abbildung von Fig. 2 und 3 jeweils eine radial nach außen gerichtete (durch einen Pfeil symbolisierte) Kraft ausgeübt. Dadurch vergrößert sich der Abstand zwischen den keilförmigen Segmenten 22a, 22b und somit der Durchmesser der den Verriegelungsstift 4 aufnehmenden Ausnehmung 25. Sobald der aufge- weitete Durchmesser den Durchmesser des Stiftkopfs 9 erreicht und übersteigt, ist der formschlüssige Hintergriff des Stiftkopfs 9 durch die keilförmigen Segmente 22a, 22b aufgehoben und der Verriegelungsstift 4 kann von selbst schwerkraftbedingt aus der Ausnehmung 25 des Verriegelungselements 20 herausfallen.
Wird anschließend der Strom durch die Formgedächtnisdrähte 28a, 28b ausgeschaltet, so werden die keilförmigen Segmente 22a, 22b und die daran angeschlossenen Formgedächtnisdrähte 28a, 28b durch die elastische Rückstellkraft der S-förmig gebogenen Stege 23a ...23d zurück in den Ausgangszustand (d.h. zum nicht aufgeweiteten Durchmesser bzw. zur Ursprungslänge) geformt. Der Verriegelungsstift 4 kann dann wieder in die Ausnehmung 25 gedrückt werden, bis der formschlüssige Hintergriff des Stiftkopfs 9 hin- ter den keilförmigen Segmenten 22a, 22b erreicht ist.
Das Verriegelungselement 20 fungiert dabei als Festkörpergelenk, welches daran angreifende (durch die Kontraktionsbewegung der Formgedächtnisdrähte 28a, 28b bewirkte) Kräfte in eine Durchmesseraufweitung der Ausnehmung 25 umsetzt und dadurch den Verriegelungsstift 4 aus seinem Eingriff mit der Ausnehmung 25 löst. Für den Mechanis- mus sind lediglich fünf Bauteile notwendig, nämlich zwei Formgedächtnisdrähte 28a, 28b, zwei Crimphülsen 29a, 29b zu ihrer elektrische Kontaktierung und ein Festkörpergelenk in Form eines Verriegelungselements 20 zur Aufnahme und Freigabe des Verriegelungsstifts 4. Im Vergleich zur komplizierten Kinematik bekannter elektromagnetischer Entriegelungsmechanismen, die aus einer Vielzahl von Bauteilen (bis zu 30) aufgebaut sind, kann somit eine deutliche Einsparung an Gewicht und Bauraum erzielt werden. Auch kann durch die erfindungsgemäße Lösung der Leistungsbedarf signifikant reduziert werden, da sich Formgedächtnisdrähte 28a, 28b gegenüber konventionellen Elektromagneten durch eine deutlich geringere Leistungsaufnahme auszeichnen.
Fig. 4a, 4b und Fig. 5a, 5b zeigen das in einer zweiten Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Behälters 1 verwendete Verriegelungselement 10 in einem am Behältergehäuse 2 montierten Zustand und in einer Einzelansicht. Gemäß Fig. 4a, 4b ist das Verriegelungselement 10 in eine Aussparung 15 an der der Behälterklappe 3 abgewandten Oberfläche des Behältergehäuses 2 eingelegt und umfasst eine zur formschlüssigen Aufnahme des Verriegelungsstifts 4 bestimmte Ausnehmung 5. In der gezeigten Ausführungs- form ist die Ausnehmung 5 zwischen zwei halbkreisförmigen Segmenten 12a, 12b gebildet, die voneinander durch einen Spalt S getrennt und jeweils über S-förmig gebogene Stege 13a ... 13d mit einem umlaufenden rechteckförmigen Rahmen 14 verbunden sind. Jeweils zwei S-förmig gebogene Stege 13a, 13b und 13c, 13d sind mit einem gemeinsa- men, radial nach außen gerichteten Verbindungspunkt der halbkreisförmigen Segmente 12a, 12b verbunden und verlaufen von dort zu einander gegenüberliegenden Seiten des Rahmens 14. Die Verbindungspunkte der Stege 13a, 13b und 13c, 13d mit den halbkreisförmigen Segmenten 12a, 12b sind dabei an voneinander diametral abgewandten Seiten der halbkreisförmigen Segmente 12a, 12b angeordnet. Zur weiteren Bauteilreduktion ist die zur Entriegelung vorgesehene Aktorik in das Verriegelungselement 10 integriert. Da Formgedächtnislegierungen eine sehr hohe Energiedichte bereitstellen, sind selbst Formgedächtnisbleche oder -drähte mit sehr kleinen Querschnittsabmessungen bereits in der Lage die für die erforderliche Durchmesseraufweitung notwendigen Kräfte aufzubringen. Daher ist es problemlos möglich, in die vier S-förmig gebogenen Stege 13a ... 13d jeweils dünne, an die S-förmig gebogene Kontur angepasste Formgedächtnisbleche oder -drähte einzubetten.
In Fig. 4a und 5a sind die Formgedächtnisaktoren 8a ... 8d jeweils in einem unbestromten Zustand gezeigt mit einer durchmesserkleinen Ausnehmung 5 zum Halten des (nicht gezeigten) Verriegelungsstifts 4. In Fig. 4b und 5b sind die Formgedächtnisaktoren 8a ... 8d in einem bestromten, aufgeheizten Zustand gezeigt mit einer durchmessergroßen Ausnehmung 5 zur Freigabe des (nicht gezeigten) Verriegelungsstifts 4.
Die Formgedächtnisaktoren 8a ... 8d sind in der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Behälters gemäß Fig. 4a, 4b und Fig. 5a, 5b jeweils als Formgedächtnisbleche ausgeführt. Eine Drahtform der Formgedächtnisaktoren wäre jedoch ebenfalls denkbar. Den Formgedächtnisblechen 8a ... 8d wird die im entriegelten Behälterzustand gemäß Fig. 4b und 5b zu erreichende Endform jeweils durch thermomechanisches Training "antrainiert". Durch die Struktursteifigkeit des Verriegelungselements 10 (Festkörpergelenks) werden die Formgedächtnisbleche 8a ... 8d im verriegelten Behälterzustand zunächst in ihrer Ausgangsform gemäß Fig. 4a und 5a gehalten. Bei Aktivierung der Formgedächtnis- bleche 8a ... 8d verformen sich diese jedoch und wollen ihre "antrainierte" Endform gemäß Fig. 4b und 5b einnehmen. Bei Deaktivierung kehren die Formgedächtnisbleche 8a ... 8d wieder unter Einwirkung des als Festkörpergelenk fungierenden, elastisch verformten Verriegelungselements 10 in ihre Ausgangsform nach Fig. 4a und 5a zurück. Bei einer Strombeaufschlagung werden die Formgedächtnisbleche 8a ... 8d und somit die S-förmig gebogenen Stege 13a ... 13d gemäß Fig. 4b und 5b verkürzt. Da die S-förmig gebogenen Stege 13a .... 13d jeweils an den voneinander diametral abgewandten Außenseiten der halbkreisförmigen Segmente 12a, 12b angeschlossen sind, führt diese Verkür- zung der Stege 13a .... 13d zwangsläufig zu einer radial auseinander gerichteten Bewegung der halbkreisförmigen Segmente 12a, 12b. Hierdurch vergrößert sich gemäß Fig. 4b und 5b der Spalt S zwischen den halbkreisförmigen Segmenten 12a, 12b und somit der Durchmesser der durch sie berandeten Ausnehmung 5. Bei dem in Fig. 4b und 5b gezeigten, maximal aufgeweiteten Zustand des Ausnehmung 5 ist der Hintergriff zwischen Stift- köpf 9 und halbkreisförmigen Segmenten 12a, 12b wieder aufgehoben und der Verriegelungsstift 4 kann aus der Ausnehmung 5 des Verriegelungselements 10 und der Durchgangsbohrung 6 des Behältergehäuses 2 herausfallen. Infolgedessen schwenkt die Behälterklappe 3 eingriffsfrei in die geöffnete Stellung.
Wie aus Fig. 4a und 4b erkennbar, ist das Verriegelungselement 10 so in die Aussparung 15 des Behältergehäuses 2 eingelegt, dass die Durchgangsbohrung 6 des Behältergehäuses 2 mit der Ausnehmung 5 des Verriegelungselements 10 fluchtet. Die Durchgangsbohrung 6 des Behältergehäuses 2 dient lediglich der Führung des Verrieglungs- stifts 4 beim Verriegelungs- und Entriegelungsvorgang. Die Durchgangsbohrung 6 weist hierzu einen Durchmesser auf, der gleich oder größer als der Durchmesser des Stiftkopfs 9 ist. Somit wird die Bewegung des Verriegelungsstifts 4 beim Verriegelungs- und Entriegelungsvorgang nicht durch die Durchgangsbohrung 6 behindert, sondern alleine durch den Zustand des Verriegelungselements 10 bestimmt.
Zum Verriegeln wird der Verriegelungsstift 4 nach oben durch die Durchgangsbohrung 6 in die Ausnehmung 5 des Verriegelungselements 10 eingeführt. Dabei drückt das radial erweiterte Ende des Verriegelungsstifts 4 die halbkreisförmigen Segmente 12a, 12b nach außen, bis der Stiftkopf 9 formschlüssig unter Ausbildung eines radialen Hintergriffs auf der Rückseite der halbkreisförmigen Segmente 12a, 12b anliegt. Somit ist der Verriegelungsstift 5 samt Behälterklappe 3 gegen eine entgegengesetzt zur Einführrichtung, vertikal nach unten gerichtete Bewegung gesichert. Zum Entriegeln wird an die im Verriegelungselement 10 eingebetteten vier Formgedächtnisbleche 8a ... 8d jeweils Strom angelegt. Daraufhin weitet sich der Durchmesser der zwischen den halbkreisförmigen Segmente 12a, 12b gebildeten Ausnehmung 5 gemäß Fig. 4b und 5b auf und der Verriegelungsstift 4 löst sich aus dem formschlüssigen Eingriff, wodurch die Behälterklappe 3 in die geöffnete Stellung schwenken kann. Im abgekühlten Zustand gemäß Fig. 4a und 5a kehren die Formgedächtnisbleche 8a ....8b unter Einwirkung der elastischen Rückstell kraft der S-förmig gebogenen Stege 13a ... 13d wieder zu ihrer ursprünglichen Form und Länge zurück.
Das Verriegelungselement 10 gemäß Fig. 5a und 5b zeichnet sich durch die integrierte Aktorik aus, wodurch auf zusätzliche, im Behältergehäuse 2 einzubettende Formgedächtnisdrähte (wie in Fig. 1 bis 3) verzichtet werden kann. Demzufolge sind keine konstrukti- nellen Veränderungen am Behälter 1 selbst notwendig sind. Da lediglich ein zusätzliches Verriegelungselement 10 montiert und elektrisch angeschlossen werden muss, ist eine einfache Nachrüstbarkeit bestehender Maskenbehälter gegeben. Das Verriegelungsele- ment 10 ist dabei bauraumneutral in einer entsprechenden Aussparung 15 des Behältergehäuses 2 versenkt und stellt (verglichen mit konventionellen, elektromagnetisch betätigten Entriegelungsmechanismen) nur ein minimales zusätzliches Gewicht dar. Im Flugzeugbau, wo Gewichtsreduktion angesichts steigender Treibstoffpreise und hohem Wettbewerbsdruck ein entscheidendes Konstruktionsmerkmal ist, kann die erfindungsgemäße Lösung daher mit großem Vorteil zur Anwendung gelangen.
Bezugszeichenliste
1 Behälter 2 Behältergehäuse 3 Behälterklappe 4 Verriegelungsstift
Ausnehmung
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6 Durchgangsbohrung
7 Sauerstoffmaske
8a ... 8d
Formgedächtnisaktor (Blech oder Draht)
28a, 28b radiale Erweiterung (Stiftkopf)
10
Verriegelungselement (Festkörpergelenk) 20 1 1 abgeflachter Abschnitt
12a, 12b
halbkreisförmige bzw. keilförmige Segmente 22a, 22b 13a ... 13d
S-förmig gebogene Stege
23a ... 23d 14
Rahmen
24 Aussparung
Bodenwand Zwischenwanda, 29b Crimphülse
muldenförmige Vertiefung Spalt

Claims

Patentansprüche
1 . Behälter (1 ) einer oberhalb einer Passagiersitzreihe angeordneten Sauerstoffversorgungseinheit in einem Flugzeug mit einem feststehenden Behältergehäuse (2) und einer zwischen einer geschlossenen und einer geöffneten Stellung schwenkbaren Behälterklappe (3), wobei in geschlossener Stellung ein an der Behälterklappe (3) oder an dem Behältergehäuse (2) vorgesehener Verriegelungsstift (4) in eine an dem gegenüberliegenden Behältergehäuse (2) oder der gegenüberliegenden Behälterklappe (3) vorgesehene Ausnehmung (5, 16, 25) form- und/oder kraftschlüssig eingreift und wobei die Behälterklappe (3) derart schwenkbar ist, dass in geöffneter Stellung der Behälter (1 ) nach unten offen ist und wenigstens eine darin aufgenommene Sauerstoffmaske (7) herausfällt, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (5, 16, 25) durch wenigstens einen zumindest teilweise aus einer Formgedächtnislegierung bestehenden Aktor (8a ... 8d, 28a, 28b) derart aufweitbar ist, dass sich der Verriegelungsstift (4) aus dem Eingriff in der Ausnehmung (5, 25) löst und die Behälterklappe (3) in die geöffnete Stellung schwenkt.
2. Behälter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die aufweitbare Ausnehmung (5, 25) durchgängig ausgebildet ist und der Verriegelungsstift (4) an seinem freien Ende eine radiale Erweiterung (9) aufweist, die in geschlossener Stellung einen Randbereich der Ausnehmung (5, 25) radial hintergreift, wobei der wenigstens eine Aktor (8a ... 8d, 28a, 28b) die Ausnehmung (5, 25) in radialer Richtung so weit aufweitet, dass der Verriegelungsstift (4) aufgrund der Schwerkraft selbsttätig aus der Ausnehmung (5, 25) herausfällt.
3. Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Aktor (8a ... 8d, 28a, 28b) als Formgedächtnisblech oder Formgedächtnisdraht, insbesondere als NiTi-Formgedächtnisblech oder -draht, ausgebildet ist, wobei das Formgedächtnisblech oder der Formgedächtnisdraht durch Anlegen eines elektrischen Stroms erwärmbar und kontrahierbar ist und wobei das Formgedächtnisblech oder der Formgedächtnisdraht derart mit der Ausnehmung (5, 25) in Wirkverbindung steht, dass die Kontraktion des Formgedächtnisblechs oder des Formgedächtnisdrahts zu einer radialen Aufweitung der Ausnehmung (5, 25) führt.
Behälter nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälterklappe (3) eine im Wesentlichen flächenförmige Gestalt aufweist und auf einer Seite mittels wenigstens eines Scharniers am Behältergehäuse (2) schwenkbar gelagert ist, während auf der gegenüberliegenden Seite der Verriegelungsstift (4) vorgesehen ist.
Behälter nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältergehäuse (2) eine im Wesentlichen schalenförmige Gestalt zur Aufnahme wenigstens einer Sauerstoffmaske (7) aufweist und auf einer Seite mittels wenigstens eines Scharniers mit der Behälterklappe (3) verbunden ist, während auf der gegenüberliegenden Seite ein der Behälterklappe (3) in geschlossener Stellung planparallel gegenüberliegender, abgeflachter Abschnitt (1 1 ) ausgebildet ist
Behälter nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältergehäuse (2) ein Verriegelungselement (10, 20) aufweist, wobei das Verriegelungselement (10, 20) die aufweitbare Ausnehmung (5, 25) zum form- und /oder kraftschlüssigen Eingriff des Verriegelungsstifts (4) umfasst.
Behälter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (10) in eine Aussparung (15) des Behältergehäuses (2) eingesetzt ist, die auf einer der Behälterklappe (2) abgewandten Oberfläche des Behältergehäuses vorgesehen ist, wobei die Ausnehmung (5) des Verriegelungselements (10) mit einer Durchgangsbohrung (6) des Behältergehäuses (2) fluchtet.
Behälter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Verriegelungselement (10, 20) der Randbereich der Ausnehmung (5, 25) durch zwei voneinander durch einen Spalt (S) getrennte Segmente (12a, 12b, 22a, 22b) gebildet ist, wobei zur Aufweitung der Ausnehmung (5) die beiden Segmente (12a, 12b, 22a, 22b) unter Vergrößerung des Spalts (S) voneinander weg bewegbar sind.
9. Behälter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Verriegelungselement (10, 20) jeweils wenigstens ein Steg (13a ... 13d, 23a ...23d) an die beiden Segmente (12a, 12b, 22a, 22b) angeformt ist, um die beiden Segmente (12a, 12b, 22a, 22b) jeweils mit einem Rahmen (14, 24) des Verriegelungselements (10, 20) zu verbinden.
10. Behälter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Inneren wenigstens eines der Stege (13a ... 13d) ein bei Bestromung kontrahierbarer Formgedächtnisaktor (8a ... 8b) befindet, wobei eine Kontraktion des Formgedächtnis-aktors (8a ... 8b) zu einer Auslenkung des an dem jeweiligen Steg (13a ... 13d) angeformten Segments (12a, 12b) führt, um den Spalt (S) zwischen den Segmenten (12a, 12b) zu vergrößern und damit die Ausnehmung (5) aufzuweiten.
1 1. Behälter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Verriegelungselement (10) jeweils zwei Stege (13a ... 13d) an die voneinander diametral abgewandten Außenseiten der beiden Segmente (12a, 12b) angeformt sind, wobei sich im Inneren eines jeden der vier Stege (13a ... 13d) ein bei Bestromung kontrahierbarer Formgedächtnisaktor (8a ... 8b) befindet und wobei eine Kontraktion der Formgedächtnisaktoren (8a ... 8b) zu einer Vergrößerung des Spalts (S) zwischen den beiden Segmenten (12a, 12b) und damit zu einer Aufweitung der Ausnehmung (5) führt.
12. Behälter nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die vier Stege (13a ... 13d) einen jeweils S-förmig gebogenen, elastisch verformbaren Verlauf aufweisen, wobei die beiden an jeweils einem Segment (12a, 12b) angeformten Stege (13a ... 13d) sich zu den einander gegenüberliegenden Seiten eines Rahmens (14) erstrecken und wobei der sich jeweils im Inneren eines jeden der vier Stege (13a ... 13d) befindende Formgedächtnisaktor (8a ... 8d) einen entsprechend S-förmig gebogenen Verlauf aufweist.
13. Behälter nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das die Ausnehmung (5, 25) umgebende Material des Behältergehäuses (2), der Behälterklappe (3) oder des Verriegelungselements (10, 20) elastisch nachgiebig ist, sodass die Ausnehmung (5, 25) unter Einwirkung einer vom Verriegelungs- stift (4) und /oder vom wenigstens einen Aktor (8a ... 8d, 28a, 28b) ausgehenden Kraft elastisch aufweitbar ist, um ein Hinein- oder Herausbewegen des Verriegelungsstifts (4) in die bzw. aus der Ausnehmung (5, 25) zu ermöglichen.
14. Behälter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei aufgeweiteter Ausnehmung (5, 25) durch das elastisch nachgiebige Material des Behältergehäuses (2), der Behälterklappe (3) oder des Verriegelungselements (10, 20) eine Rückstellkraft generiert wird, die den Aktor (8a ... 8d, 28a, 28b) wieder in seinen ursprünglichen Formzustand zurückführt.
15. Flugzeug mit wenigstens einem Behälter (1 ) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 14.
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