DE102007014464A1

DE102007014464A1 - Mechanische Absorptionsvorrichtung

Info

Publication number: DE102007014464A1
Application number: DE102007014464A
Authority: DE
Inventors: Marc Pein; Dieter Krause; Peter Middendorf
Original assignee: EADS Deutschland GmbH; Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH; Airbus Operations GmbH
Priority date: 2007-03-22
Filing date: 2007-03-22
Publication date: 2008-10-02
Anticipated expiration: 2027-03-23
Also published as: DE102007014464B4

Abstract

Mechanische Absorptionsvorrichtung zum Einbau zwischen zwei Bauteilen, insbesondere zwischen der Primär- oder Sekundärstruktur und einer Inneneinrichtung eines Flugzeugs. Es ist eine an dem einen Bauteil abgestützte Energieabsorberplatte und ein an dem anderen Bauteil abgestütztes Aufhängungsteil mit einem als Stift ausgebildeten Eingriffsteil vorgesehen, wobei der Stift in eine Öffnung in der Energieabsorberplatte eingreift und an dieser abgestützt ist. Die Energieabsorberplatte ist mittels des Stiftes des Aufhängungsteils durch eine Relativbewegung der Energieabsorerplatte und des Aufhängungsteils zueinander unter Energieabsorption aufschlitzbar ausgebildet. Um eine mechanische Absorptionsvorrichtung zum Einbau zwischen zwei Bauteilen zu schaffen, bei der ein dem zu schützenden Bauteil angehörendes Energieabsorptionsmaterial verwendet wird, ist die Absorptionsvorrichtung in der Wand einer Inneneinrichtung an einer vorgegebenen Stelle derart integriert angeordnet, dass die Energieabsorberplatte mit der Wand eine mechanisch feste Einheit bildet. Das Aufhängungsteil ist als Zugstange ausgebildet, die ein Befestigungselement in einem von dem Stift vorgegebenen Abstand zur Einleitung einer die Relativbewegung einleitenden Kraft aufweist und die in zwei parallel angeordneten, mit der Wand in mechanisch fester Verbindung stehenden Führungsschienen verschiebbar gelagert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine mechanische Absorptionsvorrichtung zum Einbau zwischen zwei Bauteilen, insbesondere zwischen der Primär- oder Sekundärstruktur und einer Inneneinrichtung eines Flugzeugs, vorzugsweise einer Überkopfgepäckablage, unter Verwendung einer an dem einen Bauteil abgestützten Energieabsorberplatte und einem an dem anderen Bauteil abgestützten Aufhängungsteil mit einem als Stift ausgebildeten Eingriffsteil, das in eine Öffnung in der Energieabsorberplatte eingreift und an dieser abgestützt ist, wobei die Energieabsorberplatte mittels des Stiftes des Aufhängungsteils durch eine Relativbewegung der Energieabsorberplatte und des Aufhängungsteils zueinander unter Energieabsorption aufschlitzbar ausgeführt ist.
Eine Absorptionsvorrichtung der eingangs genannten Art ist in der DE 199 26 085 A1 beschrieben, die zur Vermeidung oder Verminderung von Personenschäden bei Notlandungen von Flugzeugen vorgesehen ist. Insbesondere erfolgt eine Anwendung an Pilotensitzen, bei denen neben einer ausreichenden Energieabsorption bei Notlandungen auch eine vertikale Verstellung des Sitzes zu berücksichtigen ist, so dass die Absorptionsvorrichtung an die gegebenen Platzverhältnisse anpassbar sein muss. Bei dieser bekannten Einrichtung greift das als Zerreißstift Vorgesehene Eingriffsteil in eine in der Absorberplatte vorgesehene Öffnung ein, die kreisförmig und in Aufschlitzrichtung V-förmig ausgebildet ist. Praktisch handelt es sich hierbei um eine Bohrung mit zusätzlicher Kerbe, die die Anfangskraft bei einem Zerreißvorgang reduzieren soll. Diese Kerbe ist fertigungstechnisch aufwendig herzustellen, wenn enge Toleranzen vorgegeben sind. Weiterhin kann nach einem Crash ein Zurückfedern der Bauteile infolge der in ihnen gespeicherten elastischen Energie nicht aufgefangen werden. Zudem ist die Absorberplatte gegenüber dem zu schützenden Bauteil als ein externes Bauelement anzusehen.
Aus der DE 10 2004 042 080 A1 ist ein Halter bzw. ein Befestigungselement für Flugzeuge bekannt, insbesondere für eine Inneneinrichtung in einem Flugzeug. Der Halter, der zwischen einer Primärstruktur des Flugzeugs und der Inneneinrichtung angebracht wird und eine sichere Befestigung auch unter starker mechanischer Belastung gestatten soll, umfasst einen Energieabsorber. Dieser ist zumindest teilweise in einem Gehäuse angeordnet, welches eine Gehäuseinnenfläche aufweist. Eine Absorption von Beschleunigungsenergie erfolgt durch elastische oder plastische Verformung des Energieabsorbers oder durch Reibung des Energieabsorbers an der Gehäuseinnenfläche. Wie aus 1 zu ersehen ist, kann es sich bei der Inneneinrichtung um eine oder mehrere Überkopfgepäckablagen 1 handeln, welche über den Sitzen 2 einer in der Mitte des Fluggastbereiches 4 einer Flugzeugkabine 5 – und damit auch über den Köpfen von Passagieren 3 – angeordnet sind. Diese Überkopfgepäckablagen 1 sind über zeichnerisch nicht dargestellte Linaerführungen mit der Primärstruktur 6 des Flugzeuges mechanisch verbunden. Die perspektivische Teildarstellung der Überkopfgepäckablage 1 aus 1 zeigt auch ein Haltesystem 7, welches aus vier, jeweils einen beschriebenen Energieabsorber aufweisenden Haltern 8 und 9 besteht, sowie deren Anordnung an der Überkopfgepäckablage 1. Das Haltesystem funktioniert nach mehreren Richtungen. Beispielsweise kann sowohl beim Auszug eines Energieabsorbers aus seinem zugehörigen Haltergehäuse als auch bei seinem Einzug Energie absorbiert werden. Dies ist insbesondere bei einem so genannten Rebound, bei dem es sich um ein Zurückfedern der Überkopfgepäckablage handelt, notwendig, wobei das bekannte Haltesystem auch für mehrfache Crashimpulse einschließlich Rebound ausgelegt ist. Auch diese bekannten Halter benötigen jeweils ein externes Energieabsorptionselement, welches gegenüber dem zu schützenden Bauteil speziell bereitgestellt werden muss.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine mechanische Absorptionseinrichtung zum Einbau zwischen zwei Bauteilen zu schaffen, bei der ein dem zu schützenden Bauteil angehörendes Energieabsorptionsmaterial verwendet wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Absorptionsvorrichtung in der Wand einer Inneneinrichtung an einer vorgegebenen Stelle derart integriert angeordnet ist, dass die Energieabsorberplatte mit der Wand eine mechanisch feste Einheit bildet, und dass das Aufhängungsteil als Zugstange ausgebildet ist, die ein Befestigungselement in einem von dem Stift vorgegebenen Abstand zur Einleitung einer die Relativbewegung einleitenden Kraft aufweist und die in zwei parallel angeordneten, mit der Wand in mechanisch fester Verbindung stehenden Führungsschienen verschiebbar gelagert ist.
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 10 beschrieben.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass bei der Anwendung an Inneneinrichtungen, deren Wände aus faserverstärkten Kunststoffen bestehen, diese Wände selbst als Energie absorbierende Materialien verwendet werden können. Es ergibt sich vorteilhafterweise die Möglichkeit, direkt an einer vorgegebenen Stelle des Bolzendurchzugs einer derartigen Wand besonders optimiertes Material bereits während der Fertigung der Inneneinrichtung anzubringen. Als Material kommt in vorteilhafter Weise vernähtes CFK-Gewebe infrage, welches eine erhöhte Energieabsorption gewährleistet und einem Aufreißen der Energieabsorberplatte in Richtung ihrer Dicke entgegenwirkt. Von besonderem Vorteil ist, dass durch eine Anbringung der Absorptionsvorrichtungen an vorgegebenen Flächen von Inneneinrichtungen einer Flugzeugkabine oder eines Flugzeugfrachtraumes die Befestigungselemente der Inneneinrichtungen bei Auftritt eines Crashfalls nur bis zu einer vorher definierten Kraft belastet werden und somit ein Lösen dieser Einrichtungen von ihren Befestigungspunkten vermieden wird. Dieses gilt zum Beispiel auch für Überkopfgepäckablagen (sog. Hatracks), bei denen durch eine gezielte Anordnung von Absorptionsvorrichtungen im Falle eines Crashs ein Lösen der Überkopfgepäckablagen von der Primärstruktur des Flugzeuges verhindert wird, somit die Passagiere von Verletzungen verschont werden bzw. ein Überlebensraum für die Passagiere zur Verfügung gestellt wird.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt:
1 einen Querschnitt durch eine Flugzeugkabine sowie eine perspektivische Darstellung einer Überkopfgepäckablage mit Haltern nach dem Stand der Technik;
2 eine Draufsicht einer in der Wand einer Inneneinrichtung integrierten Absorptionsvorrichtung;
3 eine Gesamtansicht einer Absorptionsvorrichtung, die in eine Wand einer Inneneinrichtung integriert ist, in Vorder- und geschnittener Seitenansicht;
4 eine in der Wand einer Inneneinrichtung integrierte Energieabsorberplatte in Vorderansicht und in einer vergrößerten Schnitt-Draufsicht gemäß der Schnittlinie A-A; und
5 eine schematische Schnittdarstellung einer Energieabsorberplatte und eines Stiftes in Form eines Zerreißbolzens während eines Aufreißvorgangs der Energieabsorberplatte.
In 2 ist eine mechanische Absorptionsvorrichtung 10 gezeigt, die in einer Wand 11 einer nicht dargestellten Inneneinrichtung einer Flugzeugkabine oder eines Flugzeugfrachtraumes integriert ist, beispielsweise in einer Überkopfgepäckablage 1 in der Flugzeugkabine 5. Die Absorptionsvorrichtung weist eine sich in Ruhestellung befindliche Zugstange 12 mit einem am oberen Ende vorgesehenen Befestigungselement auf, welches in Form einer Lasche 13 mit zwei Bohrungen 14 ausgebildet ist. Die Bohrungen 14 dienen zur Aufnahme von beispielsweise mit der Primär- oder Sekundärstruktur des Flugzeuges verbundenen Bolzen zwecks Einleitung einer eine Relativbewegung zwischen der Zugstange 12 und der Wand 11 in Richtung des dargestellten Pfeils bewirkenden Kraft. Die Zugstange 12 von vorzugsweise rechteckigem Querschnitt weist zwei parallele Führungsflächen 15 auf, die zur Führung der Zugstange 12 mit zwei Führungsschienen 16 und 17 eines Linearführungssystems zusammenwirken. Die Führungsschienen 16 und 17 sind mit der Wand 11 mechanisch fest verbunden, beispielsweise mit Hilfe von dargestellten, aber nicht näher bezeichneten Gewindeschrauben. Darüber hinaus ist die Zugstange 12 in einem Linearfreilauf 18 verschiebbar angeordnet, der an den Enden der dem Befestigungselement 13 benachbarten Führungsschienen 16 und 17 positioniert (und Gegenstand einer getrennten Patentanmeldung) ist.
Die Zugstange 12 weist an seinem unteren, d. h. dem Befestigungselement 13 entgegen gesetzten Ende, einen die Zugstange 12 durchsetzenden festsitzenden Stift 19 auf. Wie besonders gut der geschnittenen Seitenansicht von 3, in der die dort dargestellte Absorptionsvorrichtung ebenfalls mit 10 und die Wand beispielsweise einer Überkopfgepäckablage ebenfalls mit 11 bezeichnet sind, zu entnehmen ist, ragt der Stift 19 über die Rückseite der Zugstange 12 mit einer vorgegebenen Länge hinaus. Die Länge des Stiftes 19 ist derart gewählt, dass er in eine Öffnung 20 einer Energieabsorberplatte 21 eingreift und diese Absorberplatte 21 durchsetzt. Somit wird bei einer Relativbewegung zwischen der Zugstange 12 und der Wand 11 bzw. der Energieabsorberplatte 21 – und damit bei einem Zerreißvorgang durch den Stift 19 – in der Absorberplatte 21 eine Energieabsorption ermöglicht, wenn eine die Relativbewegung auslösende Kraft an dem Befestigungselement 13 der Zugstange 12 angreift.
Die beispielsweise aus einem Faserverbundwerkstoff, z. B. aus kohlefaserverstärkten oder glasfaserverstärkten Kunststoffe, hergestellte, vorzugsweise rechteckförmige Energieabsorberplatte 21 mit einer Dicke D von beispielsweise etwa 1 bis 4 mm ist an einer vorgegebenen Stelle in die Wand 11 der Inneneinrichtung derart integriert, dass die Energieabsorberplatte 21 und die Wand 11 eine mechanisch feste Einheit bilden, wie dieses beispielsweise in 4 dargestellt ist. Diese Figur zeigt eine Wand 11 in Sandwichbauweise mit einer Wabe 22, mit Decklagen 23 und mit einer Energieabsorberplatte 21 von vorzugsweise rechteckiger Form und Querschnitt, die in Form von Energie absorbierenden Materialien in die Energieabsorberplatte 11 einlaminiert ist, beispielsweise während der Fertigung der Wand 11. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Energieabsorberplatte 11 in einer sich an einer vorgegebenen Stelle der Wand 11 befindlichen Öffnung anzuordnen und mit der Umrandung der Öffnung mechanisch fest zu verbinden. Auch kann die Energieabsorberplatte 21 als ein integrierter Teilbereich einer aus faserverstärktem Kunststoff bestehenden Wand 11 einer Inneneinrichtung derart definiert sein, dass bei Einleitung einer die Relativbewegung bewirkenden Kraft die Wand 11 selbst als ein Energie absorbierendes Material dient.
Aus 4 ist eine die Energieabsorberplatte 21 durchsetzende Öffnung 20 in Form einer Bohrung ersichtlich, die einen Rezess 20a mit vorgegebenen Durchmesser und vorgegebener Rezesstiefe aufweist. In diese Bohrung 20 greift der Stift 19 der Zugstange 12 ein, wie dieses in 3 dargestellt ist. Weiterhin ist aus 4 ersichtlich, dass die Energieabsorberplatte 21 eine gegenüber der Stärke der Wand 11 verminderte Dicke aufweist. Eine Stirnseite 24 der Energieabsorberplatte 21 ist mit einer Stirnseite 25 der Wand 11 derart fluchtend angeordnet, dass auf der gegenüberliegenden Stirnseite 26 der Wand 11 eine Vertiefung 27 zur integrierten Aufnahme der Zugstange 12, des Stiftes 19 und der Führungsschienen 16 und 17 des Linearführungssystems vorhanden ist. Diese Vertiefung 27 weist vorzugsweise eine Rechteckform entsprechend der Form der Energieabsorberplatte 21 auf.
In 5 ist ein Schnittbild einer Energieabsorberplatte 21 mit einer Dicke D während eines durch einen als Stift 19 wirkenden Zerreißbolzen bewirkten Aufreißvorganges dargestellt, wobei die Aufreißrichtung durch den Pfeil 28 vorgeben ist. Zur Durchführung des Vorganges erfolgt eine Krafteinleitung an dem vorzugsweise mit der Primärstruktur 6 des Flugzeuges verbundenen Befestigungselement 13 in Richtung des in den 2 und 3 dargestellten Pfeils und somit eine Relativbewegung zwischen der Zugstange 12 zusammen mit ihrem fest verbundenen Zerreißbolzen 21 gegenüber der Energieabsorberplatte 21 derart, dass der Zerreißbolzen in Plattenebene durch die Energieabsorberplatte 21 gerissen wird und ein etwa länglicher Schlitz in der Energieabsorberplatte 21 entsteht, um Energie umzuwandeln und die Zerreißkraft zu begrenzen. Hierbei ist ein die Struktur der Absorberplatte 21 aufspaltender Schmutzkeil mit 30 bezeichnet. Um eine erhöhte Energieabsorption zu gewährleisten und um einem Aufreißen der Energieabsorberplatte 21 in Richtung ihrer Dicke D entgegenzuwirken, ist die Energieabsorberplatte 21 in Richtung ihrer Dicke D und senkrecht zur vorgesehenen Aufreißrichtung gemäß Pfeil 28 mit einem festen Nähgarnfaden 29 vernäht, vorzugsweise mit Aramid. Es entsteht ein besonders optimiertes Material während der Fertigung, wobei als Material in vorteilhafter Weise vernähtes CFK-Gewebe infrage kommt. Bei einem CFK-Laminat wird beispielsweise eine Erhöhung der Härte/Zähigkeit um ca. 20% erreicht. Die spezielle Energieabsorption, welche das Verhältnis von absorbierter Energie zum Zerstörungsmaß der Energieabsorber-platte 21 wiedergibt, wird ebenfalls um ca. 20% gesteigert. Von besonderem Vorteil ist, dass durch die dreidimensionale Verstärkung die Anzahl und Größe von Rissen, die quer zur Aufreißrichtung des länglichen Schlitzes verlaufen, reduziert werden. Weiterhin werden entstehende Bruchstücke durch den Nähgarnfaden 29 in der Nähe des entstehenden Schlitzes gehalten, wodurch das Risiko einer Blockade durch die Bruchstücke innerhalb der mechanischen Absorptionsvorrichtung 10 verringert wird.
Die erfindungsgemäße Absorptionseinrichtung ist vorzugsweise zur Energie absorbierenden, d. h. zur Kraft begrenzenden Lagerung von Überkopfgepäckablagefächern (1) in Flugzeugkabinen 5 verwendbar, wie dieses in 1 dargestellt ist.

1: Überkopfgepäckablage (Hatrack)
2: Passagiersitze
3: Passagiere
4: Fluggastbereich
5: Flugzeugkabine
6: Primärstruktur des Flugzeuges
7: Haltesystem
8: Halter mit Energieabsorber
9: Halter mit Energieabsorber
10: Mechanische Absorptionsvorrichtung
11: Wand einer Flugzeuginneneinrichtung
12: Zugstange (Aufhängungsteil)
13: Befestigungselement/Lasche
14: Bohrungen der Lasche 13
15: Führungsflächen der Zugstange 12
16: Führungsschiene eines Linearführungssystems
17: Führungsschiene eines Linearführungssystems
18: Linearfreilauf
19: Stift der Zugstange 12
20: Öffnung/Bohrung der Energieabsorberplatte 21 (mit Rezess 20a)
21: Energieabsorberplatte (mit einer Dicke D)
22: Wabe (als Wand 11)
23: Decklagen der Wabe 22
24: Stirnseite der Energieabsorberplatte 21
25: erste Stirnseite der Wand 11
26: zweite Stirnseite der Wand 11
27: Vertiefung der Energieabsorberplatte 21,
28: Pfeil für Aufreißrichtung
29: Nähgarn/Nähgarnfaden
30: Schmutzkeil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19926085 A1 [0002]
- DE 102004042080 A1 [0003]

Claims

Mechanische Absorptionsvorrichtung zum Einbau zwischen zwei Bauteilen, insbesondere zwischen der Primär- oder Sekundärstruktur und einer Inneneinrichtung eines Flugzeugs, vorzugsweise einer Überkopfgepäckablage (1), unter Verwendung einer an dem einen Bauteil abgestützten Energieabsorberplatte (21) und einem an dem anderen Bauteil abgestützten Aufhängungsteil mit einem als Stift (19) ausgebildeten Eingriffsteil, das in eine Öffnung (20) in der Energieabsorberplatte (21) eingreift und an dieser abgestützt ist, wobei die Energieabsorberplatte (21) mittels des Stiftes (19) des Aufhängungsteils durch eine Relativbewegung der Energieabsorberplatte (21) und des Aufhängungsteils zueinander unter Energieabsorption aufschlitzbar ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorptionsvorrichtung (10) in der Wand (11) einer Inneneinrichtung (1) an einer vorgegebenen Stelle derart integriert angeordnet ist, dass die Energieabsorberplatte (21) mit der Wand (11) eine mechanisch feste Einheit bildet, und dass das Aufhängungsteil als Zugstange (12) ausgebildet ist, die ein Befestigungselement (13) in einem von dem Stift (19) vorgegebenen Abstand zur Einleitung einer die Relativbewegung einleitenden Kraft aufweist und die in zwei parallel angeordneten mit der Wand (11) in mechanisch fester Verbindung stehenden Führungsschienen (16, 17) verschiebbar gelagert ist.
Absorptionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieabsorberplatte (21) in einer, sich an einer vorgegebenen Stelle der Wand (11) befindlichen Öffnung angeordnet und mit der Umrandung der Öffnung mechanisch fest verbunden ist.
Absorptionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieabsorberplatte (21) in Form von Energie absorbierendem Material an einer vorgegebenen Stelle in die Wand (11) der Inneneinrichtung (1) einlaminiert ist.
Absorptionsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlaminierung der Energieabsorberplatte (21) in die Wand (11) während des Fertigungsprozesses der Wand (11) erfolgt.
Absorptionsvorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieabsorberplatte (21) in Richtung ihrer Dicke (D) und senkrecht zur vorgesehenen Aufschlitzrichtung zur verbesserten Energieaufnahme mit einem festen Nähgarnfaden (29) vernäht ist.
Absorptionsvorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die Verwendung von Aramid als Nähgarn (29).
Absorptionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieabsorberplatte (21) als integrierter Teilbereich einer aus faserverstärktem Kunststoff bestehenden Wand (11) einer Inneneinrichtung (1) derart definiert ist, dass bei Einleitung einer die Relativbewegung bewirkenden Kraft die Wand (11) selbst als Energie absorbierendes Material dient.
Absorptionsvorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieabsorberplatte (21) eine gegenüber der Stärke der Wand (11) verminderte Dicke (D) aufweist, und dass die Energieabsorberplatte (21) mit einer ihrer Stirnseiten (24) zu einer Stirnseite (25) der Wand (11) derart fluchtend angeordnet ist, dass auf der gegenüberliegenden Stirnseite (26) der Wand (11) eine Vertiefung (27) zur integrierten Aufnahme der Zugstange (12), des Stiftes (19) und der Führungsschienen (16, 17) des Linearführungssystems vorhanden ist.
Absorptionsvorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieabsorberplatte (21) rechteckförmig ausgebildet ist.
Absorptionsvorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieabsorberplatte (21) aus Faserverbundwerkstoffen (z. B. aus kohlefaserverstärkten oder glasfaserverstärkten Kunststoffen) hergestellt ist.
Absorptionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch die Verwendung zur Energie absorbierenden (Kraft begrenzenden) Lagerung von Überkopfgepäckablagefächern (1) in Flugzeugkabinen (5).