DE29921162U1

DE29921162U1 - Wiederverwendbares Luftkissen für den Insassenschutz in Luftfahrzeugen

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Publication number: DE29921162U1
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Priority date: 1999-12-01
Filing date: 1999-12-01
Publication date: 2000-04-13
Anticipated expiration: 2009-12-02

Description

&ldquor;Wiederverwendbares Luftkissen for den InsessenstfiuJzfr^LjfH^hr^jeugen" Dipl.lng.(FH) Sven Rau^ajftier.ljatzi, &zgr;&iacgr;$&bgr;^filpchenJ^fr 1 -ßgi 1092

Anhang zum Antrag auf Eintragung eines Gebrauchsmusters

Bezeichnung der Erfindung

&ldquor;Wiederverwendbares Luftkissen für den Insassenschutz in Luftfahrzeugen"

Beschreibung

Bei der in Schutzanspruch 1 formulierten Erfindung handelt es sich um ein aufblasbares Gaskissen für die Luftfahrt, das bei eventuellen harten Landungen (z.B. durch fehlendes Fahrwerk, Wasserlandungen oder Landungen in Waldgebieten) die Insassen vor schweren Verletzungen durch Aufprall auf Vordersitze (Lehnen) oder eigenen Extremitäten schützen soll. Das System sollte so ausgelegt sein, daß der Insasse nach der Bruchlandung so schnell wie möglich das Flugzeugwrack verlassen kann, bevor durch eine Brandentstehung und Rauchbildung dieses immer unmöglicher wird. Das System sollte vergleichsweise bedienbar sein wie eine Schwimmweste. Bei Bedarf -und das weiß man in der Regel bei Bruchlandungen vorher - kann dieses System eigenständig durch den Passagier vor seinem Körper auf den Oberschenkeln positioniert, am Beckengurt oder Sitz gesichert und auf Anweisung des Flugpersonals aktiviert werden. Durch z.B. CO₂-Kartuschen wird der Gassack im Sekundenbereich mit einem Innendruck versehen, der auf die Höhe von durchschnittlichen Verzögerungen und der daraus resultierenden Energieeinbringung durch den Insassen abgestimmt wird.

Stand der Technik:

Der mir bekannte Stand der Technik sieht für für den Bereich des Insassenschutzes in der zivilen Luftfahrt wie folgt aus:

1. Alle Sitze (mit Ausnahme der des Flugpersonals - 4-Punkt Gurt) sind nur mit einem Beckengurt, der an der Sitzstruktur befestigt ist, versehen.

2. &ldquor;Normale" Kopfkissen mit äußert geringer Energieabsorptionseigenschaft stehen zudem dem Insassen zur Verfügung

3. Im Falle einer Bruchlandung sollen die Passagiere eine aus zwei möglichen definierten Sitzpositionen einnehmen, die auf den Sicherheitsanweisungen der jeweiligen Bordkarten abgebildet sind. Der Insasse hat sich entweder auf seine Knie vorzubeugen oder sich mit verschränkten Oberarmen auf der Rückenlehne des Vordersitzes abzustützen.

4. In einer Fernsehsendung &ldquor;3 Punkt 12" des Senders RTL vom 10.09.99 wurde ein ca. 2 minütiger Beitrag über den Insassenschutz von Flugzeugpassagieren gesendet. Hier wurde ein System der Fa. Am-Safe vorgestellt, was anscheined kurz vor der Markteinführung steht. Dieses aufblasbare Rückhaltesystem aktiviert sich selbstständig

München, den 29.11.99 :

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bei einer Flugzeugverzögerung von 16g und positioniert sich innerhalb von wenigen Millisekunden vor dem Insassen. Eine Batterie sorgt für die Energieversorgung des Beschleunigungsmessers für etwa fünf Jahre, der permanent die Verzögerungen des Flugzeuges mißt.

5. Ein ähnliches Konzept wie unter 4. beschrieben wurde ebenfalls in der Zeitschrift Flug Revue, Ausgabe September 1999, Seite 79, von der amerikanischen Firma BFGoodrich vorgestellt, was sich ebenfalls ab einer Verzögerung von etwa 16g selbstständig aktiviert und vordem Insassen innerhalb weniger Millisekunden positioniert.

Mängelbeschreibung

Der standardmäßige eingesetzte Beckengurt kann eine rotatorische Vorverlagerung des Oberkörpers nicht verhindern. Auch die vorgeschriebenen Notfallsitzpositionen können schwerste Verletzungen des Insassen durch harte Kontakte mit den Extremitäten oder Strukturelementen des Flugzeuges nicht verhindern, zumal die Lehnensteifigkeit gegen Knicken heutiger Flugzeugsitze zu wünschen übrig läßt (- siehe RTL-Filmbeitrag -). 7 von 10 Bruchlandungen könnten heute überlebbar sein, wenn entsprechende Vorkehrungen, wie sie bereits seit Jahren in der Automobilindustrie eingesetzt werden, zur Anwendung kämen. Verletzte und durch harte Kopfkontakte bewußtlos gewordene Insassen können das stehende und vielleicht bereits brennende Flugzeug über die Notausgänge gar nicht oder viel zu spät verlassen.

Die Airbagmodule der Firmen Am-Safe und BFGoodrich zielen zwar auf einen verbesserten Insassenschutz ab, können aber grundlegende Probleme, wie folgend beschrieben, nicht lösen:

1. Die Bereitstellung eines Luftsackes mit einem Volumen von etwa 50 bis 60 Litern innerhalb weniger Millisekunden würde multipliziert mit den entsprechenden Sitzplätzen eine übermäßige Stressung des Druckdoms des Flugzeuges bewirken, daß dieser dem plötzlichen Druckanstieg nicht standhalten wird. Ein &ldquor;Zerreißen" des Rumpfes wäre die Folge, zumal zusätzlich große Querkräfte auf den Rumpf infolge der Bruchlandung die Festigkeit der Röhrenkonstruktion deutlich absenken.

2. Ein plötzlicher Druckanstieg innerhalb des Flugzeuges würde zudem für die Insassen eine überaus hohe kritische Belastung bedeuten und gesundheitsgefährdend, vielleicht sogar tödlich sein.

3. Ein selbstzündendes System müßte mit einem Sitzplatzbelegungssensor ausgestattet sein, der im Falle einer Nichtbelegung des Sitzplatzes automatisch deaktiviert wird. Dies wäre erforderlich, um unnötige Airbagauslösungen und somit zusätzliche Druckanstiege im Rumpf zu vermeiden.

4. Wie aus den Erfahrungen der Airbagtechnologie in der Automobilindustrie bekannt ist, können Airbagsysteme, die innerhalb von wenigen Millisekunden vor dem Insassen positioniert werden, erhebliche Insassengefährungen im Falle einer &ldquor;Out of Position"

München, den 29.11.99 ;

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Sitzposition des Insassen bewirken. Die der beiden Firmen beschriebenen Systeme sind in der Größenordnung von heutigen Fahrerairbagsystemen. Eine Übertragung der heute bekannten Problemfälle bei Fahrerairbagsystemen auf die angedachten Airbagsysteme für Luftfahrzeuge ist somit denkbar.

5. Das Gewicht der von Am-Safe und BFGoodrich angestrebten Rückhaltesysteme liegt um ca. 700 Gramm pro Modul. Hochgerechnet auf die jeweiligen Sitzplätze liegt dieses Gewicht pro Modul deutlich über der Akzeptanzgrenze von heutigen Fluggesellschaften.

6. Bei den oben beschriebenen Systemen der Firmen Am-Safe und BFGoodrich wird der Luftsack erst bei einer Flugzeugverzögerung von etwa 16g getriggert. Betrachtet man die unzureichende Kopplung des Insassen über den Beckengurt, wird der Insasse bereits ab einer Verzögerung von 1g eine rotatorische Vorverlagerung beginnen und eine Differenzgeschwindigkeit zum abgebremsten Flugzeug aufbauen. Eine Triggerung erst ab 16g wird nach den Erfahrungen aus der Automobilindustrie zu spät sein, um den Insassen ausreichend schützen zu können. Zumal wird der Insasse bereits in einer vorverlagerten Position sein, in der er den Entfaltungskräften des Luftsackes ausgesetzt sein wird. Diese als &ldquor;Out of Position" zu bezeichnende Sitzposition des Insassen wird in zusätzlichen Belastungen auf den Insassen resultieren. Eine bei BFGoodrich beschriebene Zurückverlagerung des Insassen im Falle eines Crashes ist auf Basis von physikalischen Grundbedingungen (F = m &khgr; a) ausgeschlossen.

Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, wie man den Insassenschutz in Luftfahrzeugen bei harten Bruchlandungen signifikant erhöhen kann, ohne eine zusätzliche Gefährdung des Insassen zu bewirken.

Wie aus der Mängelbeschreibung ersichtlich ist, muß ein funktionierendes Rückhaltesystem mehreren Aspekten gerecht werden:

# hohe kinetische Energie des Insassen

# Druckverteilung innerhalb einer geschlossenen Röhre (Flugzeugrumpf)

# Energieabsorption des Insassen innerhalb seiner maximalen möglichen Vorverlagerung (+ Deformation des Flugzeuges, etc.)

# Berücksichtigung der Nichtbelegung einzelner Sitzplätze

# Wiederverwendbarkeit des Luftsacksystems

Dieses Problem wird mit den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figur 1 bis 3 erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Grundschema des Gaskissens als &ldquor;Explosionszeichnung" Fig. 2 das Modul in der Ausgangssituation vor dem Crash im Vergleich mit und ohne 3D-Kissen

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Dipl.lng.(FH) Sven Rau,»!,ajifierjjatz'i,

Fig. 3 die Wirkungsweise der Energieabsorption im Vergleich mit und ohne Modul.

Fig. 1 zeigt die wesentlichen Bauteile des Moduls:

Eine Außenhülle (1), die für die dreidimensionale Form und das entsprechende Ausgangsvolumen verantwortlich ist, wird aus einem dünnen, unbeschichteten PA 66 Gewebe (z.B. 235dtex) hergestellt. In der Außenhülle (1) sind zudem 2 seitliche Öffnungen (5) mit einem genau definiertem Durchmesser vorgesehen, durch die im Falle der Intrusion des Oberkörpers das Gas entweichen und somit Energie abgebaut werden kann. An der Außenhülle (1) sind ferner beidseitig die Befestigungsgurte (2) angenäht, mit denen das Rückhaltesystem an der Sitzstruktur z.B. durch Karabiner fixiert werden kann. An der Unterseite der Außenhülle (1) im Bereich der Befestigungsgurte (2) befindet sich aus Stabilitätsgründen eine aufgeklebte und/oder vernähte Verstärkungslage (7) aus einem 470dtex PA66 Gewebe. Hier werden die Außenhülle (1), die Innenfolie (3), die Gaskartusche (4) und die Montageplattform (8) zusammengebaut und eine &ldquor;Zündleine" aus dem Luftsackinneren durch Vorsehung einer Öffnung (9) (z.B. Schlitz) herausgeführt. Alle Gewebe- bzw. Folienlagen werden zusammen mit dem Gasdruckbehälter (4) auf der Montageplattform (8) so verbunden, daß die Leckage aus dem System so gering wie möglich ist. Die Innenfolie (3), die von dem eigentlichen Volumen größer ist als die Außenhülle (1), soll für die anfängliche Gasdichtigkeit und somit für die Standzeit des Systems sorgen. Sie hat außer der Generatoröffnung keine weiteren Öffnungen, durch denen das Gas entweichen kann. Dadurch, daß die Außenhülle (1) eine zur vernachlässigende Dehnung aufweist, wird die Innenfolie (3) nur geringfügig mechanisch beansprucht, obwohl sich schon ein bestimmter Innendruck durch Triggerung der Gaskartusche (4) eingestellt hat. Die Gasdichtigkeit im Bereich der Gaskartuschenanbindung und die Herausführung der Zündleine kann z.B. durch zwei sich überlappende Lagen und deren anschließende Verpressung auf der Montageplattform hergestellt werden. Die Gaskartusche (4), die z.B. mit CO₂ gefüllt sein kann, muß zwei wesentliche Systemanforderungen erfüllen. Erstens wird die eingeschlossene Gasmenge im Gasdruckbehälter auf den erforderlichen Anfangsinnendruck im Luftsack abgestimmt (incl. Leckage). Zweitens müssen die Austrittsöffnungen der Gaskartusche in der Größe so dimensioniert sein, daß sich der Luftsack nur innerhalb von Sekunden aufblasen darf, da der Insasse vor heftigen Aufblaskräften geschützt werden soll und der Druckausgleich im Flugzeugrumpf gewährleistet sein muß. Diese lange Aufblaszeit des Luftkissens ist deswegen möglich, da das System rechtzeitig (z.B. 10 bis 20 Minuten) vor der Notsituation positioniert und aktiviert werden kann.

Die Montageplattform (8) wird so gestaltet, daß sie alle Lagen der Außenhülle (1) und der Innenfolie (3) mit der Gaskartusche (4) verklemmen kann. Da die Montageplattform im Beckenbereich des Insassen platziert wird, sollten ergonomische Anforderungen im Design berücksichtigt werden.

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Erklärung der Wirkungsweise:

Wie oben bereits beschrieben, liegt im zusammengebauten Zustand des Moduls die Innenfolie (3) innerhalb der Außenhülle (1). Tritt eine Notsituation ein, wird der Passagier auf Anweisung des Bordpersonals eigenständig das zusammengefaltete Modul vor dem Becken positionieren, an der Sitzstruktur beidseitig einhaken (2) und an der Zündleine den Gasgenerator (4) aktivieren. Nun beginnt der Aufblasvorgang des Luftsackes, der nach etwa 1 bis 2 Minuten abgeschlossen sein sollte. Innerhalb dieser 2 Minuten kann durch die geringe Aufblasgeschwindigkeit der Innendruck innerhalb des Flugzeugrumpfes angepaßt werden. Durch das vorbestimmte Luftsackvolumen durch die Größe und Form der Außenhülle (1) und der Gasmenge aus der Gaskartusche nimmt der Luftsack einen entsprechenden Innendruck ein. Dieser Innendruck (zwischen 0,1 bis 0,3 bar) ist so ausgelegt, daß die Innenfolie (3), die an den beidseitig positionierten Gasaustrittsöffnungen (5) der Außenhülle (1) keine Hinterstützung erfährt, den Belastungen infolge des Innendruckes innerhalb dieser Bereiche standhält. Die Leckage aus dem Rückhaltesystem bis zum Zeitpunkt der Insassenintrusion ist aufgrund der Dichtigkeitsmaßnahmen vernachlässigbar gering. Der Innendruck innerhalb des Luftsackes ist also bis zum Eintritt der Insassenintrusion als konstant zu bezeichnen. Verlagert sich der Insassen infolge der starken Verzögerungen des Flugzeuges wie in Fig. 3 beschrieben nach vorne, wird der Luftsack zwischen Oberschenkeln, Vordersitz und Oberkörper eingeklemmt. Hierdurch wird das Luftsackvolumen entsprechend der Vorverlagerung verkleinert. Dadurch, daß die Leckage innerhalb dieses Zustandes zu vernachlässigen ist, wird der Innendruck entsprechend ansteigen. Die Belastung der Innenfolie in den Bereichen der Gasaustrittsöffnungen steigt proportional mit dem Innendruck an bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Innenfolie den Kräften nachgibt und an mindestens einer Öffnung (5) aufplatzt. Das eingeschlossene Gas kann nun begrenzt durch die Größe der Gasaustrittsöffnung (5) der Außenhülle (1) aus dem Luftsack entweichen. Erst durch die Gasentweichung ist das Luftsacksystem in der Lage, die kinetische Energie des Insassen zu reduzieren. Da die Vorverlagerungskraft bei gleicher Verzögerung bei unterschiedlichen Insassen dementsprechend unterschiedlich groß ist, kann man als Systemoptimierungsansatz die Gasaustrittsöffnungen auf die 5 perzentil Frau, dem 50 perzentil Mann und 95 perzentil Mann entsprechend voreinstellen und bei der Verteilung der Schutzsysteme berücksichtigen. Bei der Eintauchphase des Insassen in den Luftsack muß berücksichtigt werden, daß der Luftsack noch vor dem Kopf des Insassen mit ausreichender Resttiefe (wie in Fig. 3 gezeigt) positioniert ist, da sonst bei einer weiterer Vorverlagerung des Insassen Kontakte mit der Schädeloberseite und Strukturelementen eintreten könnten. Dies ist vorallem dann zu berücksichtigen, wenn Fernsehbildschirme in jeder einzelnen Rückenlehne eingebaut sind und bei heftigen Kontakten splittern können. Zusätzliche Insassenbelastungen infolge des verstärkten CO₂-Austrittes können ausgeschlossen werden.

München, den 29.11.99 · · ·"

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Was ist das Wesentliche und Neue an der Erfindung und welche Vorteile bietet die Erfindung gegenüber dem Bekannten ?

1. Bereitstellung eines Rückhaltesystems lange vor der zu erwartenden Notsituation

2. Manuelle Positionierung, Sicherung und Aktivierung des Schutzsystems (vgl. Schwimmweste) auf Anweisung des Borpersonals. Deswegen können Komforteinbußen ausgeschlossen werden.

3. Berücksichtigung der Insassenschwere durch 3 verschieden große Gasaustrittsöffnungen

4. Lange Standzeit (= Aufrechterhaltung eines bestimmten voreingestellten Innendruckes) durch Verwendung einer gasdichten PA-Folie und einer unbeschichteten leichten Außenhülle aus PA 66 Gewebe (z.B. 1 lOdtex bis 235dtex)

5. Selbstständiger Gasaustrittsbeginn in Abhängigkeit der jeweiligen Verzögerungen des Flugzeuges durch eigenständiges Aufplatzen der Innenfolie bei Überschreitung der Folienfestigkeit an den Gasaustrittsöffnungen (&ldquor;intelligentes System")

6. Vermeidung eines übermäßigen Druckanstieges innerhalb des Flugzeugrumpfes durch langsame Gasbereitstellung, die durch die Größe der Gasaustrittsöffnungen an der Gaskartusche bestimmt wird (Aufblaszeit: etwa 1 bis 2 Minuten)

7. Vermeidung von airbaginduzierten Verletzungen durch geringe Aufblaskräfte

8. Vermeidung von harten Kopfkontakten mit eignen Extremitäten bzw. Flugzeugstrukturen durch ausreichend großes Luftsackvolumen und entsprechendem Systeminnendruck.

9. Austauschbarkeit der Innenfolie und der Gaskartusche nach Aktivierung möglich

10. Gewicht des Systems zwischen 300 und 400 Gramm.

11. Beruhigender Nebeneffekt auf den Insassen durch zum einen die eigenständige Positionierung des Schutzsystems am Sitz, die selbstständige Aktivierung des Luftsackes und das sichtbare Schutzpotential (lange Standzeit) vor dem Insassen.

12. Verhinderung von Bewußtseinsverlusten der Passagiere, was eine rechtzeitige Evakuierung der Maschine nach einer Notlandung erst ermöglicht.

München, den 29.11.99 :

Claims

1. Wiederverwendbares Luftkissen für den Insassenschutz in Luftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet,

1. daß das Luftkissen vom Passagier eigenständig durch Befestigungsgurte (Fig. 1, 2) vor dem Becken positioniert und an der Sitzstruktur befestigt wird,

2. daß das Luftkissen auf Anweisung durch den Insassen über die Zündleine selbstständig aktiviert wird,

3. daß das Luftkissen sich innerhalb 1 bis 2 Minuten nach Aktivierung vor dem Insassen aufbläst,

4. daß der Vorfüllungsdruck des Luftkissens bis zur Intrusion des Insassen über mehrere Minuten nahezu konstant bleibt,

5. daß im Falle der Insassenvorverlagerung der Luftsackinnendruck nach Erreichen eines Grenzwertes die Innenfolie (Fig. 1, 3) selbstständig an den in der Außenhülle (Fig. 1, 1) vorgesehenen Gasaustrittslöchern (Fig. 1, 5) aufreißt und das eingeschlossene Gas aus dem Luftkissen unter Abbau von kinetischer Energie entweichen kann,

6. daß die Innenfolie (Fig. 1, 3) und die Gaskartusche (Fig. 1, 4) nach Aktivierung ausgewechselt werden können.

2. Luftkissen nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

1. daß das Luftkissen sich aus einer Außenhülle (Fig. 1, 1) (z. B. 235 dtex unbeschichtetes PA66-Gewebe), aus einer Innenfolie (Fig. 1, 3) und einer innenliegenden Gaskartusche (Fig. 1, 4) im wesentlichen besteht,

2. daß die Außenhülle (Fig. 1, 1), die Innenfolie (Fig. 1, 3) und die Gaskartusche (Fig. 1, 4) auf einer Montageplattform so zusammengebaut werden, daß die Herausführung der Zündleine der Gaskartusche (Fig. 1, 4) aus dem Luftsackinneren möglich ist,

3. daß die Leckage über den Öffnungen der Innenfolie (Fig. 1, 3) (z. B. Überlappungen) und der Außenhülle (Fig. 1, 1) vernachlässigbar klein gehalten wird,

4. daß in der Außenhülle (Fig. 1, 1) beidseitig Löcher zur Gasentweichung (Fig. 1, 5) vorgesehen sind,

5. daß im Anbindungsbereich der Montageplattform (Fig. 1, 8) eine Verstärkungslage (Fig. 1, 7) aus dem gleichen Material wie die Außenhülle (Fig. 1, 1) eingearbeitet (z. B. geklebt bzw. vernäht) wird,

6. daß an der Außenhülle (Fig. 1, 1) auf beiden Seiten je ein Befestigungsgurt (Fig. 1, 2) vorgesehen ist, der die Position des Luftsackes bezogen auf den Insassen sicherstellen soll,

7. daß die Außenhülle (Fig. 1, 1) eine Öffnung (Fig. 1, 9) innerhalb des Bereiches der Verstärkungslage (Fig. 1, 7) vorsieht, aus der die Zündleine der Gaskartusche (Fig. 1, 4) aus dem Inneren des Moduls herausgeführt werden kann,

8. daß das Modul.

3. Innenfolie nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

1. daß die äußeren Abmessungen der Folie um etwa 10% bis 20% größer sind als die äußeren Abmessungen der Außenhülle (Fig. 1, 1), um sicherzustellen, daß die Folie (Fig. 1, 3) in der Ausgangssituation (Fig. 2) nur innerhalb der Gasaustrittsöffnungen (Fig. 1, 5) der Außenhülle (Fig. 1, 1) auf Dehnung belastet wird,

2. daß der Anbindungsbereich des Gasgenerators und der Zündleine so gestaltet wird, daß z. B. mit Hilfe von überlappenden Foliensegmenten die Dichtigkeit innerhalb der Folie gewährleistet wird,

3. daß die Folie (z. B. aus Polyamid) eine Grundfestigkeit aufweist, die dem eingestellten Anfangsinnendruck inclusive 2facher Sicherheit (z. B. Anfangsinnendruck = 0,25 bar → Reißfestigkeit der Folie bis 0,5 bar sicherstellen!) Stand hält,

4. daß die Folie bei einem weiteren Druckanstieg infolge der Insassenintrusion in den Bereichen der Gasaustrittsöffnungen reißt, den sonstigen Bereich der Außenhülle aber weiter abdichtet,

5. daß die Innenfolie nach Gebrauch ausgetauscht, die Außenhülle aber weiter verwendet werden kann.

4. Gaskartusche nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

1. daß die Gasentweichung aus der Gaskartusche so über die Öffnungsquerschnitte gesteuert wird, daß das Luftsackvolumen erst nach mindestens 1-2 Sekunden vollständig bereitgestellt wurde,

2. daß das entweichende Gas unwesentlich kühler oder wärmer ist als die Raumtemperatur.