DE69413010T2

DE69413010T2 - Rettungsschneidewerkzeug

Info

Publication number: DE69413010T2
Application number: DE69413010T
Authority: DE
Inventors: Thomas R. Rancho Palos Verdes Ca 90274 Mooney; Walter C. Ridgecrest Ca 53555 Smith
Original assignee: Hi Shear Technology Corp
Current assignee: Hi Shear Technology Corp
Priority date: 1993-10-25
Filing date: 1994-10-21
Publication date: 1999-04-15
Anticipated expiration: 2014-10-22
Also published as: US5465490A; DE69413010D1; WO1995011782A1; EP0686077A4; ATE170440T1; JPH09506270A; EP0686077A1; EP0686077B1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rettungswerkzeug zum Zerschneiden bzw. Zerhacken schwerer Konstruktionen oder Gefüge unter Verwendung gasbetriebener Schneidstöße, die vorzugsweise durch eine gaserzeugende Patrone betrieben wird.

Allgemeiner Stand der Technik

Im Anschluß an Unfälle von Kraftfahrzeugen und Luftfahrzeugen sind die Insassen häufig in verformten Metallgefügen eingeschlossen, die zu fest bzw. stark sind, um sie einfach auseinanderziehen zu können. Statt dessen müssen Teilstücke dieser Gefüge entfernt oder stark gebogen werden, um eine Rettung der Insassen zu ermöglichen.
Da zu diesem Zweck sehr hohe Kräfte erforderlich sind, werden normalerweise Vorrichtungen eingesetzt, die mit unter Druck stehendem Hydraulikfluid als Energiequelle betrieben werden. Ein derartiges System muß einen Motor, eine Pumpe, einen Behälter und Verbindungsschläuche sowie Anschlußstücke aufweisen. Diese Elemente sind alle von hohem Gewicht und schwer zu handhaben. Sie komplizieren den Einsatz der Vorrichtung und erfordern beträchtlichen Wartungsaufwand. Ihre Nutzungsdauer zwischen Überholungen ist durch ihre Dichtungen begrenzt. Sie haben den Vorteil, daß sie entweder als Spreizeinrichtung zum Auseinanderspreizen von Teilstücken des Gefüges verwendet werden können, oder zum Auseinanderziehen dieser Teilstücke, wobei die erstgenannte Möglichkeit nahezu immer bevorzugt wird.
Bezüglich der Wartung und der Nutzungsdauer zwischen Überholungsarbeiten ist es wichtig festzustellen, daß diese Vorrichtungen viel häufiger für Übungen als für tatsächliche Rettungseinsätze eingesetzt werden. Es kommt nicht selten vor, daß eine solche Vorrichtung hunderte Male in Übungen und für Demonstrationen eingesetzt wird und nur wenige Male in Rettungseinsätzen. Häufig führen die Übungseinsätze zu einer Abnutzung des Werkzeugs, bevor dieses bei einem Notfall eingesetzt werden kann. Hydraulikwerkzeuge weisen offensichtlich wesentliche inhärente Nachteile auf.
Wenn ein Gefüge hauptsächlich durch Biegen auseinandergespreizt werden soll, eignet sich eine gleichmäßige Trennkraft, wie sie von einem hydraulisch betätigten Werkzeug ausgeübt werden kann, wobei diese Kraft zu diesem Zweck manchmal als Stoßkraft bezeichnet wird. Dafür ist jedoch eine beträchtliche Umpositionierung des Werkzeugs sowie der vermehrte Einsatz des Werkzeugs erforderlich. Dies ist umständlich und zeitaufwendig, wobei in solchen Situationen keine Zeit verloren gehen darf. Folglich wurde als Alternative häufig Schneiden vorgeschlagen, um das störende Gefüge schnell entfernen zu können. Wenn keine Feuer- oder Explosionsgefahr besteht, können Motorsägen in einem Schneidmodus wie etwa eine Kreissäge eingesetzt werden, wobei dafür jedoch wiederum eine Motoreinrichtung erforderlich ist, wie etwa ein Kolbenmotor oder ein Stromerzeuger, wodurch wiederum Unannehmlichkeiten oder Schlimmeres hervorgerufen werden können.
Eine weitere herkömmliche Methode zur Entfernung störenden Metalls ist das Zerhacken des Metalls. Zu diesem Zweck verwenden Feuerwehrleute seit Jahrzehnten Äxte. Wenn sich der Einsatz einer Axt eignet, wird diese häufig aufgrund ihrer Schnelligkeit bevorzugt, da eine Hackkraft bzw. Schneidekraft mit hoher Belastung deutlich effektiver ist als Biegen oder Sägen. Allerdings ist der Einsatz hoher Hackkräfte von Äxten selten ein tolerierbares Instrument, wenn Personen in einer Entfernung von wenigen Zentimetern im Inneren eines Gefüges eingeschlossen sind.
Durch Detonation betätigte Werkzeuge zum Zerschneiden von Kabeln sind gemäß dem Stand der Technik bekannt. In DE-A- 19 53 675 wird ein Werkzeug offenbart, das folgendes umfaßt: einen Körper mit einer Betätigungsachse und mit einer sich darin axial erstreckenden Bohrung; ein Abstandselement an dem Körper, das sich von der genannten Achse axial mit lateralem Zwischenabstand erstreckt; einen Reaktionsarm, der sich lateral von dem Abstandselement erstreckt und die genannte Achse kreuzt; einen Betätigungszylinder, der verschiebbar in der genannten Bohrung angepaßt ist, wobei der genannte Zylinder einen Innenzylinder aufweist, der sich in Richtung des genannten Reaktionsarms öffnet, einen äußeren zylindrischen Abschnitt, der in die genannte Bohrung paßt; einen in den genannten Zylinder eingepaßten Kolben, und mit einer Kolbenstange, die sich von dem genannten Kolben in Richtung des genannten Reaktionsarms erstreckt; eine Schneidklinge, die funktional mit der genannten Kolbenstange verbunden ist; einen an dem genannten Zylinder angebrachten Zylinderkopf, der den genannten Zylinder verschließt, wobei der genannte Zylinderkopf eine Patronenkammer aufweist, um eine Gaserzeugungseinrichtung aufzunehmen; einen Bruchverschluß, der entfernbar an dem genannten Zylinder angebracht ist, um Zugang zu der genannten Kammer zu ermöglichen; und eine Zündungseinrichtung zum Aktivieren einer in der genannten Kammer plazierten Patrone.

Zusammenfassung der Erfindung

Vorgesehen ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein zerschneidendes bzw. zerhackendes Rettungswerkzeug, dessen Antrieb völlig unabhängig ist, und das seine Schneidkraft in einem geschlossenen System ausübt, wobei ein großer bzw. der größte Teil der Stoßkraft von dem Körper des Werkzeugs und dem zu schneidenden Gefüge aufgenommen wird.
Vorgesehen ist gemäß der vorliegenden Erfindung ferner ein Werkzeug, das ohne Kontakt mit einem zu zerschneidenden Gefüge betätigt werden kann, wobei eine Zündung "in der Luft" erfolgt, ohne dabei das Werkzeug oder die Umgebung des Werkzeugs zu beschädigen.
Das offenbarte Werkzeug weist eine Gaserzeugungseinrichtung auf, die einen hohen Gasdruck ausübt, der schnell seinen höchsten Wert erreicht, um eine Schneidklinge anzutreiben.
Ein erfindungsgemäßes Rettungswerkzeug gemäß den Definitionen der Ansprüche 1 und 6 weist einen Körper mit einer Betätigungsachse auf. Ein Abstandselement an dem Körper erstreckt sich axial, lateral von der Achse beabstandet angeordnet. Ein Reaktionsarm erstreckt sich lateral von dem Abstandselement und kreuzt die Achse.
Ein Betätigungszylinder paßt in eine sich in dem Körper axial erstreckende Bohrung. Der Zylinder umfaßt einen axialen Zylinder, der sich zu dem Reaktionsarm öffnet. Eine Schneideeinrichtung umfaßt eine Welle, die verschiebbar in den Zylinder eingepaßt ist, sowie eine Klinge, die nach unten gerichtet ist und allgemein parallel zu dem Reaktionsarm angeordnet ist.
Eine Einheit aus Kolben und Kolbenstange ist in dem Zylinder angebracht. Diese Einheit ist antriebsfähig mit der Welle der Schneideeinrichtung verbunden.
Eine Quelle für unter Druck stehendes Gas ist mit dem Zylinder verbunden, um Gas gegen den Kolben in den Zylinder abzugeben, und zwar auf der von der Schneideeinrichtung entfernten Seite. Dem Zylinder zugeführtes Druckgas treibt den Kolben und die Schneideeinrichtung an, um das zwischen der Schneideeinrichtung und dem Reaktionsarm gehaltene Gefüge zu zerschneiden bzw. zu zerhacken.
Die Gasquelle ist vorzugsweise mit einer Treibladung versehen, die etwa in einer auswechselbaren Patrone vorgesehen werden kann.
Eine innere Schulter ist vorzugsweise in der Zylinderwand ausgebildet, wobei der Kolben auf die Schulter trifft, nach dem die Stange entsprechend ausgefahren worden ist, wobei ein Teil der Bewegungsenergie auf den Zylinder übertragen wird. Der Zylinder ist in der Bohrung in dem Körper axial verschiebbar, und eine elastische Verzögerungseinrichtung befindet sich zwischen einer externen Schulter an dem Zylinder und dem Körper, wodurch der Zylinder abgebremst wird, um die Stoßkraft der Kombination aus Kolben und Zylinder weiter zu verringern, wenn diese auf den Körper trifft.
Die obengenannten und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden genauen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen vollständig verständlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht, teilweise im axialen Querschnitt, des zur Zeit bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 2-2 aus Fig. 1; und
Fig. 3 eine teilweise Seitenansicht des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1.

Genaue Beschreibung der Erfindung

In der Abbildung aus Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Schneidwerkzeug 10 dargestellt. Es umfaßt einen Körper 11 mit einer Betätigungsachse 12. Ein Abstandselement 13 ist von der Achse versetzt angeordnet und erstreckt sich axial von dem Körper weggehend. Ein Reaktionsarm 14 erstreckt sich von dem Abstandselement, im Verhältnis zu der Achse lateral und diese kreuzend. Der Reaktionsarm weist optional eine Rille 15 auf, die in Richtung des Körpers ausgerichtet ist, wobei der Zweck dafür erläutert wird.
Der Körper weist eine axiale Bohrung 16 auf. Ein Zylinder 17 weist einen reduzierten externen Abschnitt 18 auf, der in die Bohrung paßt. Ein vergrößerter äußerer Abschnitt 19 bildet eine Verzögerungs- bzw. Bremsschulter 20, die zu dem Körper ausgerichtet ist. Ein zylindrischer innerer Stangenführungsabschnitt 21 und ein Innenzylinder 22 erstrecken sich axial in dem Zylinder.
Eine Verzögerungsfeder (manchmal auch "Bremseinrichtung" oder "Verzögerungseinrichtung" genannt) 23 paßt um den Abschnitt 18 und wird zwischen der Verzögerungsschulter 24 an dem Körper und der Verzögerungsschulter 20 an dem Zylinder gehalten. Sie wird zusammengedrückt, wenn sich die Schulter 20 in Richtung der Verzögerungsschulter 24 bewegt, um den Reaktionarm zu halten. Eine Halteeinrichtung 25 wird an den Abschnitt 18 geschraubt, um den Zylinder an dem Körper zu halten.
Ein Kolben 26 ist verschiebbar in dem Zylinder 22 angepaßt, und von dem Kolben erstreckt sich eine Kolbenstange 27, die verschiebbar in den Stangenführungsabschnitt 21 paßt. Kolbenringe 28 bilden einen Gleitsitz für den Kolben. Der Zylinder 22 ist abgestuft, um eine Übergangsschulter 29 zu bilden, die in Kontakt mit dem Kolben treten kann. Dadurch wird der Bewegungsweg des Kolbens und der Kolbenstange im Verhältnis zu dem Zylinder eingeschränkt.
Eine Schneideeinrichtung 30 umfaßt einen Bolzen 31, der in eine Muffe 32 in dem Stangenführungsabschnitt 21 paßt. Sie stößt an die Kolbenstange an und ist vorzugsweise entfernbar an dieser befestigt. Eine Schneideeinrichtung 33 ist an dem Bolzen angebracht. Sie weist eine Schneidklinge 34 auf, die vorzugsweise spitz zuläuft. Die Konizität ist zu der Rille 15 in dem Reaktionsarm ausgerichtet. Sie sind parallel zueinander und axial ausgerichtet, um ein dazwischen positioniertes Gefüge zu zerschneiden.
Der Reaktionsarm und die Schneideeinrichtung können verschiedene Formen aufweisen. Sie können zum Beispiel bogenförmig oder gekrümmt sein, um zu verhindern, daß sich das Gefüge seitwärts aus dem Schneidebereich bewegt. Für allgemeine Einsätze handelt es sich bei den bevorzugten Formen um eine gerade Klinge und einen geraden Reaktionsarm.
Ein Zylinderkopf 40 ist an dem Zylinder befestigt, und zwar vorzugsweise durch eine Schraubverbindung. Dadurch wird ein Zugang zu dem Kolben zu Reparaturzwecken ermöglicht. Er umfaßt eine Patronenkammer 41 zur Aufnahme einer Patrone 42 mit einer Ladung, die Gas erzeugt. Ein Bruchverschluß 43 ist entfernbar an dem Zylinderkopf angebracht. Dadurch wird ein Zugang zu der Kammer zum Entfernen und Auswechseln von Patronen möglich.
Der Bruchverschluß kann durch ein Gewinde an den Zylinder geschraubt werden. Für einen einmaligen Stoß wird eine Bajonettverbindung zur schnellen Entfernung und zum schnellen Austausch für die Einführung einer neuen Patrone bevorzugt.
Der Bruchverschluß kann auch für mehrere Stöße angepaßt werden, wenn ein Magazin 50 vorgesehen wird, durch das eine Mehrzahl von Patronen nacheinander zugeführt werden kann. Ebenso verwendet werden können Magazinanordnungen, wie sie in Revolvern oder automatischen Pistolen eingesetzt werden. Eine gerade Stange 51 mit einer Mehrzahl von Patronenkammern 52, die nacheinander durch laterale Bewegung der Stange an der Verwendungsposition plaziert werden können, ist ein mögliches Beispiel für ein einfaches Mittel, um wiederholte Stöße vorzusehen.
Der Verschluß kann an den Zylinder geschraubt werden (das Magazin gleitet durch einen lateralen Durchgang). Zündungseinrichtungen 53 drücken den Patronenhalter 54 so dicht wie möglich an die Oberseite des eingezogenen Kolbens, um das latente Volumen 55 oberhalb des Kolbens zu verringern.
Dies gewährleistet bei der Detonation der Patrone einen maximalen anfänglichen Gasdruck.
Die Zündungseinrichtung 56 kann von beliebigem Typ sein. Wenn die Ladung einen Initiator aufweist, kann ein normaler Zündstift (nicht abgebildet) verwendet werden. Ein explodierender Brückendraht kann ebenfalls verwendet werden. Häufig wird jedoch eine Laserquelle 56 bevorzugt, wie dies in der Abbildung aus Fig. 1 schematisch dargestellt ist. Direkt in die Ladung abgegebene Laserenergie ist eine sehr einfache Zündungseinrichtung.
Bei der bevorzugten Ladung handelt es sich um Festtreibstoff, wie zum Beispiel um Schwarzpulver. Statt dessen können auch höher entwickelte Ladungen eingesetzt werden, wie sie zum Beispiel in Trennsystemen für Befestigungseinrichtungen verwendet werden. Herkömmliches Schwarzpulver besitzt jedoch eine umfassende Gaserzeugungsfähigkeit, ist zuverlässig und wirtschaftlich. Es wird allgemein bevorzugt.
Im Betrieb wird das sich an der eingezogenen Position befindende Werkzeug gemäß der Abbildung aus Fig. 1 an das zu zerschneidende Gefüge geführt. Das Werkzeug wird so positioniert, daß sich das Gefüge in dem Bereich zwischen dem Reaktionsarm und der Schneideeinrichtung befindet. Danach wird die Patrone gefeuert.
Die Hochdruckgase sorgen für eine schnelle Beschleunigung des Kolbens, der Kolbenstange und der Schneideeinrichtung, um das Gefüge zu zerschneiden. Während dieser Bewegung halten die Gaskräfte und die Vorbelastung der Verzögerungsfeder den Zylinder an der veranschaulichten eingezogenen Stellung, und wenn im wesentlichen die ganze Energie in den Stoß gegen das Gefüge übergegangen ist, verbleibt sie dort, und der Kolben schlägt nicht an der Übergangsschulter 29 durch.
Wenn sich jedoch nichts zwischen der Klinge und dem Reaktionsarm befindet oder wenn sich dazwischen so wenig befindet, daß ein großer Teil kinetischer Energie in der Schneideeinrichtung verbleibt, nach dem das Gefüge zerschnitten worden ist, kann der Kolben fest an der Schulter durchschlagen. Wenn keine Vorsichtsmaßnahmen ergriffen worden sind, würde es nach nur wenigen derartigen Ereignissen zu einer Zerstörung des Kolbens kommen. Bei der Konstruktion dieser Vorrichtung wurden diese Situationen berücksichtigt.
Die vorliegende Erfindung verringert die Stoßbelastungen auf den Kolben in zweierlei Hinsicht. Wenn sich der Kolben erstens der Übergangsschulter 29 nähert, wird ein Teil der dazwischenliegenden Luft komprimiert, um eine dämpfende Kraft auszuüben, wobei diese jedoch normalerweise nicht ausreicht, um zu verhindern, daß der Kolben auf die Schulter 29 trifft. Wenn dies eintritt, sorgt dieser Kontakt aufgrund der verschiebbaren Anbringung des Zylinders in dem Körper für eine Energieübertragung, so daß die kinetische Energie der Einheit aus Kolben und Kolbenstange teilweise auf den Zylinder übertragen wird, so daß der Zylinder und diese Kombination dann eine größere Masse mit der gleichen Bewegungsenergie darstellen. Folglich ist die Geschwindigkeit dieser Kombination deutlich geringer als die vorherige Geschwindigkeit des Kolbens.
Gleichzeitig übt die Verzögerungsfeder 23 eine Bremswirkung aus. Die Feder verteilt keine Energie, sondern speichert diese, und dadurch wird die Kombination verlangsamt, während sie sich dem Körper nähert. Schließlich wird die Feder selbstverständlich vollständig zusammengedrückt und stellt einen Metallkörper dar, der sich zwischen dem Körper und dem Zylinder befindet. Dabei handelt es sich um den Endkontakt, jedoch wurde die Belastungseinheit zwischen dem Kolben und der Übergangsschulter in dem Prozeß in einem Ausmaß verringert, daß der Kolben nicht beschädigt wird. Tatsächlich kann die Vorrichtung gemäß entsprechender Konstruktion in der Luft gezündet werden, d. h. ohne daß zwischen der Klinge und dem Reaktionsarm ein Gefüge plaziert wird, ohne den Kolben schwerer zu beschädigen.
Dabei handelt es sich um ein einfaches und außerordentlich wirksames Mittel zum Schutze des Kolbens, und es können zahlreiche Zündungen ohne Zerschneiden von Gefüge durchgeführt werden ("Zünden in der Luft"), ohne den Kolben erheblich zu beschädigen.
Als bestes Beispiel für die schnelle Zufuhr von Gas unter hohem Druck ist eine Gaserzeugungspatrone vorgesehen, die elektrisch, mechanisch oder durch Laser aktiviert wird. An Stelle eines langsam ansteigenden Drucks ist ein Antrieb mit hohem Impuls wünschenswert. Es gibt Gasventilsysteme, die Hochdruckgassysteme schnell vorsehen, wobei für diese Systeme jedoch Speicherbehälter und komplizierte Ventileinrichtungen erforderlich sind. Ein Festtreibstoff ist eine wesentlich sicherere und praktischere Quelle.
Die Verfügbarkeit des schnellen und sogar automatischen Nachladens ermöglicht es, daß diese Vorrichtung starke Stöße wiederholt und mit hohem Impuls mit einer Frequenz vorsieht, die mindestens der Frequenz anderer Kraftzufuhreinrichtungen entspricht oder darüber liegt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das in den Zeichnungen dargestellte und in der Beschreibung beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, das ausschließlich als Beispiel dient und die Erfindung nicht einschränkt, sondern einzig durch den Umfang der anhängigen Ansprüche.

Claims

1. Rettungswerkzeug, das folgendes umfaßt:

einen Körper (11) mit einer Betätigungsachse (12) und mit einer sich darin axial erstreckenden Bohrung (16);

ein Abstandselement (13) an dem Körper, das sich von der genannten Achse axial mit lateralem Zwischenabstand erstreckt;

einen Reaktionsarm (14), der sich lateral von dem Abstandselement erstreckt und die genannte Achse kreuzt;

einen Betätigungszylinder (17), der verschiebbar in der genannten Bohrung (16) angepaßt ist, wobei der genannte Zylinder einen Innenzylinder (22) aufweist, der sich in Richtung des genannten Reaktionsarms öffnet, einen äußeren zylindrischen Abschnitt (18), der in die genannte Bohrung paßt, und einen vergrößerten externen Abschnitt (19), der eine Halteschulter (20) bildet, die zu dem genannten Körper ausgerichtet ist;

eine Verzögerungseinrichtung (23), die zwischen der genannten Schulter und dem genannten Körper um den ganzen Zylinder positioniert ist;

eine Übergangsschulter (29) in dem genannten Innenzylinder mit einem Durchmesser;

einen in den genannten Zylinder (22) eingepaßten Kolben (26), und mit einer Kolbenstange (27), die sich von dem genannten Kolben in Richtung des genannten Reaktionsarms erstreckt, wobei der genannte Kolben einen Durchmesser aufweist, der größer ist als die genannte Übergangsschulter;

eine Schneidklinge (33), die funktional mit der genannten Kolbenstange verbunden und parallel zu dem genannten Reaktionsarm ausgerichtet ist;

einen an dem genannten Zylinder (17) angebrachten Zylinderkopf (40), der den genannten Zylinder (22) verschließt, wobei der genannte Zylinderkopf eine Patronenkammer (41) aufweist, um eine Gaserzeugungseinrichtung aufzunehmen;

einen Bruchverschluß (43), der entfernbar an dem genannten Zylinder angebracht ist, um Zugang zu der genannten Kammer zu ermöglichen; und

eine Zündungseinrichtung (53) zum Starten einer in der genannten Kammer plazierten Gaserzeugungseinrichtung (42).

2. Werkzeug nach Anspruch 1, wobei der Kolben (26) auf die Übergangsschulter (23) trifft, bevor der Zylinder in größerem Maße zu dem Reaktionsarm bewegt wird, wodurch die Bewegungsenergie des Kolbens teilweise auf den Zylinder (27) verteilt wird, und wobei diese. Kombination in Richtung des Körpers (25) bewegt wird, wobei die Bremsschulter (20) die Verzögerungseinrichtung komprimiert.

3. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei es sich bei der genannten Verzögerungseinrichtung (23) um eine Druckfeder handelt.

4. Kombination aus einem Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2; und einer Gaserzeugungseinrichtung (42), die in der genannten Patronenkammer (41) plaziert ist, wobei die genannte Gaserzeugungseinrichtung (42) eine feste Gaserzeugungsladung aufweist.

5. Kombination nach Anspruch 4, wobei es sich bei der genannten Ladung um Schwarzpulver handelt.

6. Werkzeug, das folgendes umfaßt:

eine Schneidklinge (33), die funktional mit der genannten Kolbenstange verbunden und mit dem genannten Reaktionsarm ausgerichtet ist;