DE102021000122A1 - Automatische Kraftunterstützungsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Ein Verriegelungsmechanismus der einen Verriegelungshaken 7 mit einer schiefen Ebene 7.1 beinhaltet. So ausgeführt, dass sich dieser Verriegelungshaken durch die zu verriegelnde Federkraft in der verriegelten Position hält. Wirkt die zu verriegelnde Federkraft nicht auf den Verriegelungshaken, so wird dieser über einen hydraulischen Dämpfungsmechanismus 20 aus dem verriegelten Zustand gebracht. Durch den hydraulischen Dämpfungsmechanismus 20 erfolgt diese Entriegelung zeitverzögert. Der Mechanismus beinhaltet eine Umlenknocke 8 und ein Rastelement 11 mit einer Aussparung 11.1 die den Verriegelungshaken 7 der normalerweise im entriegelten Zustand ist in Überlappung mit dem Rastelement bringt.

Description

• Die Erfindung beinhaltet eine automatische Kraftunterstützungsvorrichtung zum Einbau in Gepäckfächern mit absenkbarem Gepäckraum und ist,- insbesondere zur Verwendung in Passagierflugzeugen bestimmt.
• Stand der Technik
• Kraftunterstützungsvorrichtungen für Gepäckfächer mit absenkbarem Gepäckraum sind bekannt, vgl. DE 10 2013 003 364 B4 und darin referenzierte Patentschriften.
• Anwendungsgebiete von Kraftunterstützungsvorrichtungen sind beispielsweise Gepäckfächer in Verkehrsflugzeugen. Da die zulässigen Handgepäckmengen bei Verkehrsflugzeugen kontinuierlich steigen, ergeben sich auch hinsichtlich der Technik neue Anforderungen an die Gepäckfächer in Flugzeugen. Typischerweise sind Gepäckfächer so gestaltet, dass sie aus einer oberen Position in eine untere Position verschwenkbar sind. Die Bewegung wird dabei beim verschwenken in die untere Position über geeignete Dämpfungselemente abgebremst. Beim Schließen des beladenen Gepäckfachs muss der Bediener allerdings gegen die Schwerkraft arbeiten um das Fach in die obere Position zurückschwenken zu können. Hierbei muss der Bediener teilweise Handkräfte über 300 N aufbringen. Aus Gründen des Arbeitsschutzes sollen Flugbegleiter (Bediener) allerdings nicht mehr als 100 N (10 kg) Handkraft zum Schießen der Gepäckfächer aufbringen. Dies macht eine Vorrichtung erforderlich, die bei Erreichen einer vordefinierten Beladungsmenge eine Unterstützungskraft zur Schließung des Gepäckfachs zuschaltet. (Diese Kraft darf allerdings nie Größer sein als die Kraft der in der Schale befindlichen Ladung, damit die Schale stets durch die Schwerkraft alleine öffnet.)
  vgl. DE 10 2013 003 364 B4 und darin referenzierte Schriften
• Die Grundfunktion ist bei diesen durch Patente beschriebenen Systemen gleich:
1. 1. Eine Feder wird über einen Verriegelungsmechanismus (meist mechanisch oder hydraulisch) im gespannten Zustand gehalten. In diesem Zustand befindet sich kein Gepäck darin. Beim Öffnen schwerschwenkt das Gepäckfach aufgrund der Schwerkraft in die geöffnete Position.
2. 2. Wird das Gepäckfach in der geöffneten Position beladen, wird ab einer definierten Beladungsmenge die gespannte Feder entriegelt.
3. 3. Das Gepäckfach kann nun mit wesentlich geringerer Handkraft geschlossen werden da die Feder einen Teil der Gewichtskraft der Beladung kompensiert.
4. 4. Da die Federkraft erst eingeschaltet wird sobald die Beladung im Gepäckfach größer dieser Federkraft ist, öffnet sich das Gepäckfach auch dann im beladenen Zustand wieder vollständig.
5. 5. Ist das Gepäckfach beladen geöffnet worden, wird die Feder erneut verriegelt und somit eine Entladung des Gepäckfachs ermöglich. Ohne Verriegelung würde sich sonst das Gepäckfach beim Entladen von alleine durch die Federkraft schließen.
• Die oben genannten Varianten haben teils einen simplen manuellen Entriegelungsknopf den der Passagier oder die Stewardess drücken muss. Die Airlines wünschen jedoch meist automatische Systeme, die den Beladungszustand ermitteln und die Federkraft automatisch bei Bedarf zuschalten. In der Patentschrift DE 10 2013 003 364 B4 wird ein automatisches System beschrieben, dass über eine elektronische Steuerung und einen Elektromagneten die Feder zuschaltet.
• Die beschriebenen Kraftunterstützungsvorrichtungen haben jedoch den Nachteil, dass sie sich nicht ohne größeren Aufwand in bestehende Gepäckfächer, die noch keine Kraftunterstützung haben nachrüsten lassen. Entweder benötigen die Erfindungen extern zugeführte elektrische Energie, oder es werden zu deren Betrieb Änderungen an den Gepäckfächern notwendig, wie Bspw. Anbringung von Bowdenzüge oder Auslöseschalter, Druckplatten etc.
• Daher besteht die Aufgabe ein System zu entwickeln, dass keine externe Energiezuführung benötigt und eine automatische Lastermittlung beinhaltet die eine Federunterstützung bei über/unterschreiten eines definierten Ladungszustands zu- oder abschaltet.
• Die nachfolgend beschriebene Erfindung ist ein rein mechanisches/hydraulisches System ohne externe Energiezuführung und löst die Aufgabe wie folgt:
1. 1. Eine Druckfeder wird in ihrer gespannten Position (Verriegelungsposition) mithilfe eines mechanischen Verriegelungsmechanismus gehalten. In der Anwendung ist dies der Fall, wenn das Gepäckfach leer ist und keine Federkraft zum Schließen benötigt wird.
2. 2. Bei Vorhandensein einer vordefinierten Kraft auf den Mechanismus die größer als die verriegelte Federvorspannungskraft ist,- wird automatisch ein 10s Timer aktiviert
3. 3. Nach Ablauf der 10s wird die Feder automatisch entriegelt sodass die Federkraft beim Schließen der Gepäckklappe den Bediener unterstützt.
4. 4. Erreicht die Feder erneut die Verriegelungsposition (Gepäckfach wird geöffnet) wird sie automatisch verriegelt und der 10s Timer läuft erneut ab.
5. 5. Wird die vordefinierte Kraft auf den Mechanismus durch Entnahme von Gepäck aus dem geöffneten Gepäckfach vor Ablauf des 10 s Timers entfernt, erfolgt ein Timer-Reset sodass bei anschließendem erneuten Aufbringen der vordefinierten Kraft erneut 10s vergehen bis die Feder entriegelt wird.
• Technische Beschreibung der Erfindung
• Die äußeren Komponenten der Vorrichtung bestehen aus dem beweglichen Ende 1, der Kolbenstange 1.1, dem Zylindergehäuse 3 und dem festen Ende 3.1. vgl. . 2 und werden bspw. in ein absenkbares Gepäckfach 4 eingebaut. In ist das Gepäckfach in der geöffneten Position dargestellt. Die Kolbenstange 1.1 ist bei geöffnetem Gepäckfach komplett aus dem Zylindergehäuse 3 herausgefahren. Wird das Gepäckfach geschlossen bewegt sich das bewegliche Ende mit der Kolbenstange zusammen in das Zylindergehäuse hinein.
• zeigt die inneren Komponenten der Erfindung. Darin befindet sich eine Druckfeder 5, die sich auf der einen Seite auf das Verriegelungsgehäuse 10 abstützt (Festlager) und auf der anderen Seite auf dem Federteller 13 (Loslager). Der Federteller ist wiederum über das Hüllrohr 12 mit dem Rastelement 11 verbunden. Ein am Drehpunkt 6 drehbar gelagerter Verriegelungshaken 7 kann durch das Schwenken um den Drehpunkt im Uhrzeigersinn in Eingriff mit dem Rastelement gebracht werden. Dadurch wird die Feder im gespannten Zustand arretiert. Der Verriegelungshaken ist so beschaffen, dass er eine Aussparung unterhalb des Drehpunktes besitz. In dieser Aussparung verläuft die Kolbenstange 1.1. Das Rastelement befindet sich in der verriegelten Position innerhalb des Verriegelungsgehäuses 10 und stützt sich radial an der Umfangsfläche 10.1 des Verriegelungsgehäuses ab. Dadurch werden die durch den eingreifenden Verriegelungshaken und der Federkraft auf das Rastelement hervorgerufenen Radialkräfte vom Verriegelungsgehäuse aufgenommen. Die Umlenknocke 8 ist am Verriegelungsgehäuse drehbar gelagert und dreht um den Drehpunkt 18. Die Zugfeder 9 ist mit einem Ende der Umlenknocke verbunden und mit dem anderen Ende am Verriegelungsgehäuse befestigt. Sie hält die Nocke um den Drehpunkt 18 über die Vorspannung mit dem Verriegelungshaken 7 in Kontakt.
• Ein hydraulischer Dämpfungsmechanismus 20 (im weiteren Verlauf teilweise hydraulischer Timer genannt) bestehend aus den Komponenten Timer-Kolben 15, Druckfeder 14, Rückschlagventil 16 und Stößel 17 ist so angeordnet, dass die Federkraft der Druckfeder 14 über den Kolben und den Stößel auf das untere Ende des Verriegelungshaken wirkt.
• Dreht sich der Verriegelungshaken 7 im Uhrzeigersinn um seinen Drehpunkt 6 (Verriegelungsrichtung), so wird der Stößel 17 in Richtung des beweglichen Endea 1 gedrückt, vgl. . Dabei öffnet das Rückschlagventil 16 und erleichtert die Bewegung des Timer-Kolbens in Richtung bewegliches Ende. Öl strömt währenddessen in den hydraulischen Dämpfungsmechanismus durch den Verbindungskanal 21 und durch das Rückschlagventil. Die Druckfeder 14 wird gespannt.
• Ist der Verriegelungshaken unbelastet, so drückt die Druckfeder 14 diesen gegen den Uhrzeigersinn (Entriegelungsrichtung) bis die Endlage des hydraulischen Dämpfungsmechanismus erreicht wird. Währenddessen ist das Rückschlagventil geschlossen und dadurch der Strömungsquerschnitt stark verringert. Die Bewegung des Timer-Kolbens und damit auch die Bewegung des Stößels und Hakens in ist in diese Richtung stark verlangsamt (typischerweise 10s), vgl. auch .
• Beschreibung der verschiedenen Ladungssituationen und Systemfunktionen.
• Zustand 1: Feder ist verriegelt, Gepäckfach geöffnet, keine Beladung im Gepäckfach
• zeigt das System bei geöffnetem Gepäckfach und eingerasteter Feder (kein Gepäck im Gepäckfach). Der Federteller 13 ist in Kontakt mit dem Dämpferkolben 2. Der Verriegelungshaken befindet sich im Eingriff 7.1 mit dem Rastelement. Hierdurch hält sich dieser in der verriegelten Position (Selbsthaltung). Die Druckfeder 14 des hydraulischen Timers ist in dieser Situation gespannt, und wird ebenfalls durch das Eingreifen des Verriegelungshaken in das Rastelement in dieser Position arretiert.
• Zustand 2: Feder ist verriegelt, Gepäckfach wird geschlossen, keine Beladung im Gepäckfach
• Wird das Gepäckfach geschlossen ohne Beladung im Gepäckfach bleibt die Feder im vorgespannten Zustand über den Verriegelungshaken arretiert. Die Kolbenstange verbunden mit dem beweglichen Ende bewegt sich beim Schließen des Gepäckfachs zusammen mit dem Dämpferkolben nach rechts durch das Hüllrohr und das Zylindergehäuse.
• Zustand 3: Gepäckfach ist geöffnet und wird beladen
• Ausgehend von Zustand 1 wirkt mit zunehmender Beladung des Gepäckfachs eine Kraft über das Bewegliche Ende, Kolbenstange, Dämpferkolben und Federteller entgegen der Federvorspannung der Druckfeder 14. Ist die Beladung groß genug, so wird die Federvorspannung der Feder 5 überschritten und das Rastelement wandert in Richtung bewegliches Ende bis es den Anschlag 22 erreicht . Da das Rastelement in dieser Position den Verriegelungshaken freigibt, wandert dieser aufgrund der gespannten Feder 14 des hydraulischen Dämpfungsmechanismus langsam gegen den Uhrzeigersinn aus dem Eingriffsbereich des Rastelements . Nach typischerweise 10s ist die Endlage des Timer-Kolbens und des Verriegelungshakens erreicht.
• Zustand 4: Gepäckfach ist beladen und wird nach t > 10s geschlossen Kraftunterstützung
• Nachdem das Gepäckfach für t > 10s im beladenen Zustand geöffnet war, vgl. ist der Haken vollständig aus dem Eingriffsbereich des Rastelements gewandert. Wird nun das Gepäckfach geschlossen und , wandert das Rastelement in Richtung des festen Endes. Bei Kontakt mit der Umlenknocke 8 wird diese vom Rastelement um ihren Drehpunkt 18 gegen den Uhrzeigersinn gedreht wodurch das Rastelement sie passieren kann. Ist das Rastelement an der Umlenknocke vorbeigekommen wird diese durch die Zugfeder 9 wieder in Kontakt mit dem Verriegelungshaken gebracht (Drehung im Uhrzeigersinn). Da der Verriegelungshaken sich nicht in Überlappung mit dem Rastelelement befindet, kann das Rastelement an ihm vorbei gelangen => Die Druckfeder 5 ist nun entriegelt und hilft dem Bediener bei der Schließung des beladenen Gepäckfaches.
• Zustand 5: Verriegelungsvorgang Gepäckfach mit entriegelter Feder wird geöffnet.
• Das Rastelement überfährt beim Öffnen des Gepäckfachs mit entriegelter Druckfeder die Umlenknocke 8, vgl. . Dabei wird die Umlenknocke vom Rastelement um ihre Drehachse im Uhrzeigersinn verdreht. Da sie in Kontakt 8.1 zum Verriegelungshaken steht wird dieser ebenfalls im Uhrzeigersinn gedreht. Dadurch wird dieser in Überlappung zum Rastelelement gebracht und der Timer- Kolben des hydraulischen Timers in Richtung bewegliches Ende gedrückt. Dabei wird auch die Druckfeder 14 gespannt . Kurz vor Erreichen des Anschlags 22 gleitet die Umlenknocke über das Rastelement und gelangt in eine Aussparung 11.1 im Rastelement, vgl. auch . Hat das Rastelement den Anschlag erreicht, so beginnt erneut der hydraulische Timer den Verriegelungshaken entgegen des Uhrzeigersinns aus dem Eingriffsbereich des Rastelements zu bewegen.
• Zustand 6: Entladung des geöffneten, beladenen Gepäckfachs t < 10 s nach dem vorherigen Öffnen
• Wird nach dem Öffnen des beladenen Gepäckfachs vgl. Zustand 5 nach t < 10 s das Gepäck entladen, so hat der hydraulische Dämpfungsmechanismus (Timer) den Verriegelungshaken noch nicht vollständig aus dem Eingriffsbereich des Rastelements 11 gegen den Uhrzeigersinn gedreht, vgl. . Die Federkraft der Druckfeder 5 ist aufgrund der entnommenen Beladung nun größer als das Eigengewicht des Gepäckfachs und verschiebt das Rastelement daher wieder vom Anschlag 22 aus in Richtung des festen Endes 3.1. Bei Kontakt mit der Umlenknocke 8 wird diese vom Rastelement um ihren Drehpunkt 18 gegen den Uhrzeigersinn gedreht wodurch das Rastelement sie passieren kann. Da sich der Verriegelungshaken noch in Überlappung zum Rastelement befindet wird dieses vom Verriegelungshaken „eingefangen“. Aufgrund der Schiefen Ebene 7.1 am Verriegelungshaken wird dieser beim Einrasten des Rastelements tiefer an das Rastelement herangezogen, vgl. . Das Gesamt System inkl. hydraulischen Timer wird durch das Heranziehen ( Hineinruschten des Hakens in das Rastelement) wieder zurückgesetzt (Haken dreht im Uhrzeigersinn bis Position wie in zu erkennen erreicht wird). Dadurch ist gewährleistet, dass bei anschließender erneuter Beladung erst nach t > 10s die Druckfeder 5 entriegelt wird.
• Weitere Ausführungen der Erfindung:
1. 1. Eine mögliche weitere Ausführung der Erfindung ist in dargestellt. Alle zuvor beschriebenen Funktionsweisen sind hierbei gleich. Lediglich die Position des Drehpunktes 18 der Umlenknocke 8 liegt hierbei auf der gleichen Position wie der Drehpunkt 6 des Verriegelungshakens 7. Die Gestalt des Verriegelungshakens 7, der Umlenknocke 8 und des Rastelements 11 und des Verriegelungsgehäuses sind leicht abgewandelt so dass alle Funktionsmerkmale wie in der oben beschriebenen Variante erfüllt werden können. Die Position des hydraulischen Dämpfungsmechanismus liegt nun außerhalb des Verriegelungsgehäuses 10. Der hydraulische Dämpfungsmechanismus 20 steht über ein Lagerstück 23 mit dem Verriegelungshaken 7 in Kontakt. Die Druckfeder 5 liegt im Inneren des Rastelements 11 und stützt sich auf das Verriegelungsgehäuse 10 und direkt auf das verlängerte Rastelement 11 ab.
2. 2. Eine weitere Ausführung ist in dargestellt. Hier wurde das Prinzip der Selbsthaltung in der verriegelten Position nicht über einen Verriegelungshaken vgl. obige Varianten, sondern über ein hydraulisches Ventil 25 realisiert. Auch hier stützt sich eine Druckfeder 5 gegen einen Federteller 13 ab. Jedoch befindet sich in diesem Federteller 13 ein Rückschlagventil 28. Dieses schließt sobald die Druckfeder 5 den Federteller 13 nach rechts in das Zylindergehäuse 3 verschieben möchte. Das im Zylindergehäuse enthaltene Öl wird verdrängt und gelangt durch den Verbindungskanal 26 zum hydraulischen Ventil 25. Auch in dieser Ausführung befindet sich ein hydraulischer Timer 20 mit den bekannten Komponenten vgl. . Dieser steht mit dem Stellglied 29 in Kontakt. Das Stellglied hat eine schiefe Ebene 7.1 die mit dem hydraulischen Ventil 25 in Kontakt steht.
• Ist dieses Ventil wie in zu erkennen verschlossen, kann sich der Federteller nicht bewegen wodurch die Druckfeder im gespannten Zustand verharrt. Da nun die Federvorspannung der Druckfeder 5 den hydraulischen Druck auf der Seite rechts des Federtellers stark erhöht, wirkt dieser Druck auch über den Verbindungskanal 26 auf das hydraulische Ventil 25. Da dieses in diesem Zustand geschlossen ist entsteht eine Druckdifferenz entlang der Strömungsrichtung vor und hinter dem Ventil 25 über den Ventilkanal 24. Diese Druckdifferenz hält das Ventil in der geschlossenen Position (Selbsthaltung) und ist größer als die ebenfalls auf das Ventil wirkende Öffnungskraft über die schiefe Ebene 7.1 des hydraulischen Timers 20. Die Druckfeder 14 des hydraulischen Timers vgl. wird daher in der gespannten Position gehalten. zeigt das System im Zustand 3 vgl. obige Ausführungen. Das Rastelement hat dabei gerade über die Umlenknocke 8 den hydraulischen Timer nach links gedrückt (Gepäck wurde in das Gepäckfach geladen) und die Umlenknocke wurde überfahren bis das Rastelement den Anschlag 22 erreicht hat. Die vom hydraulischen Timer ausgeführte langsame Bewegung aufgrund der Druckfeder 14 vgl. nach rechts bewirkt eine Öffnung des Ventils 25 über die schiefe Ebene des Stellglieds 29, vgl. . Nun kann das Rastelement beim Schließen des Gepäckfaches nach rechts in das Zylindergehäuse verschoben werden da das Öl über den Verbindungskanal und das geöffnete Ventil 25 auf die linke Seite des Federtellers gelangt. Das Rastelement kann bei der Bewegung nach rechts die über den Drehpunkt 18 gelagerte Umlenknocke 8 passieren. Dabei wird sie gegen den Uhrzeigersinn aus dem Kontaktbereich mit dem Rastelement verdreht. Die Druckfeder 5 ist nun nicht mehr verriegelt und hilft dem Anwender beim Schließen des Gepäckfaches. Alle weitern Zustände laufen analog zu den in der ersten Ausführung beschriebenen Zuständen 1-6 ab.
• Bezugszeichenliste

1

bewegliches Ende

1.1

Kolbenstange

2

Dämpferkolben

3

Zylindergehäuse

3.1

festes Ende

4

absenkbare Schale

4.1

Drehpunkt der absenkbaren Schale

5

Druckfeder

6

Drehpunkt Verriegelungshaken

7

Verriegelungshaken

7.1

schiefe Ebene

8

Umlenknocke

9

Zugfeder

10

Verriegelungsgehäuse

11

Rastelement

11.1

Aussparung

12

Hüllrohr

13

Federteller

14

Druckfeder

15

Timer-Kolben

16

Rückschlagventil

17

Stößel

18

Drehpunkt Umlenknocke

19

Gehäuse

20

hydraulischer Dämpfungsmechanismus (hydraulischer Timer)

21

Verbindungskanal

22

Anschlag

23

Lagerstück

24

Ventilkanal

25

hydraulisches Ventil

26

Verbindungskanal

28

Rückschlagventil

29

Stellglied

• 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 102013003364 B4 [0002, 0003, 0005]

Claims (1)

1. Ein Verriegelungsmechanismus der einen Verriegelungshaken 7 mit einer schiefen Ebene 7.1 beinhaltet. So ausgeführt, dass sich dieser Verriegelungshaken durch die zu verriegelnde Federkraft in der verriegelten Position hält. Wirkt die zu verriegelnde Federkraft nicht auf den Verriegelungshaken, so wird dieser über einen hydraulischen Dämpfungsmechanismus 20 aus dem verriegelten Zustand gebracht. Durch den hydraulischen Dämpfungsmechanismus 20 erfolgt diese Entriegelung zeitverzögert. Der Mechanismus beinhaltet eine Umlenknocke 8 und ein Rastelement 11 mit einer Aussparung 11.1 die den Verriegelungshaken 7 der normalerweise im entriegelten Zustand ist in Überlappung mit dem Rastelement bringt.

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