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VERBESSERTER, ELASTOMERER AUFPRALLDÄMPFER MIT VISKOSER DÄMPFUNG - Dokument DE69808147T2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69808147T2 19.02.2004
EP-Veröffentlichungsnummer 0001068460
Titel VERBESSERTER, ELASTOMERER AUFPRALLDÄMPFER MIT VISKOSER DÄMPFUNG
Anmelder Courtney, William Alexander, Altrincham, Cheshire, GB
Erfinder COURTNEY, Alexander, William, Cheshire WA15 7TQ, GB
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 69808147
Vertragsstaaten DE, ES, FR, GB, IT, NL, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 02.12.1998
EP-Aktenzeichen 989570114
WO-Anmeldetag 02.12.1998
PCT-Aktenzeichen PCT/GB98/03594
WO-Veröffentlichungsnummer 0099049236
WO-Veröffentlichungsdatum 30.09.1999
EP-Offenlegungsdatum 17.01.2001
EP date of grant 18.09.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.02.2004
IPC-Hauptklasse F16F 5/00
IPC-Nebenklasse F16F 9/00   F16F 9/30   A62C 3/00   A41D 13/00   A43B 7/32   B60K 15/00   B60R 21/00   A62B 35/00   B64D 25/00   D06F 37/00   

Beschreibung[de]
Technisches Feld

Diese Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen an Geräten zur Nutzung als Energieabsorbierer, zur Minderung der unerwünschten Effekte durch plötzliche Schläge oder Vibrationen an Körpern und Maschinen.

Die beschriebene Erfindung bezieht sich auf ein aufbrall- oder vibrationsabsorbierendes Gerät, bestehend aus einem verformbaren Container oder einer flexiblen Verpackung, gefüllt mit einer Mixtur aus Flüssigkeit, Schmierfett oder gallertartiger Flüssigkeit und zwei oder mehreren fodernden Kapseln, frei beweglich relativ zu einander, mit dem Gerät bestehend aus einer oder mehreren permeablen Hindernissen, mit den Löchern in den Hindernissen zu klein, um die Kapseln durchzulassen, charakteristik dich die Bereitstellung von Dämpfung, wenn etwas von der Flüssigkeit durch keine Löcher in dem (den) Hindernis(sen) gedrückt wird während eines stärken Aufpralls.

Hintergrund

Flüssigkeitsgefüllte, aufprallabsorbierende Geräte sind in einer früheren Patentanwendung beschrieben worden, PCT/GB9603243 (Courtney) angemeldet durch den Erfinder. Die frühere Patentanwendung bezieht sich auf Aufprallabsorbierer bestehend aus Packungen mit Wänden, gefüllt mit einer Mixtur aus viskose- oder gallertartiger Flüssigkeit oder Schmierfett und einer Mehrzahl von federnden, gasgefüllten Kapseln, wobei die Flüssigkeitsmixtur den gesamten Raum zwischen den mit Gas gefüllten Kapseln einnimmt.

Der Flüssigkeitsanteil war ein bedeutender Bestandteil der führen Erfindung aber dessen Beinhaltung bereitete die folgenden potentiellen Designprobleme:

  • 1. Die Flüssigkeit brachte etwas viskose Dämpfung aber die viskose Dämpfung per Flüssigkeitseinheit war niedrig im Vergleich zu herkömmlichen Pralltopfdämpfern, in denen die Flüssigkeit bei einem Druckunterschied entlang der Barriere durch die durchlässige Barriere gedrückt wird.
  • 2. Der Flüssigkeitsbestandteil der Erfindung macht sie schwerer als Aufprallabsorbierer bestehend aus sich ausdehnendem, elastischem Schaum mit dem selben Volumen.
  • 3. Bei einigen Versionen der früheren Erfindung besteht während eines Aufpralles die Möglichkeit, daß sich das gesamte Material in der Packung an den Seiten der Aufprallzone verteilt, was den direkten Kontakt zwischen den Innenseiten der obersten und untersten Verpackungswand erlaubt. So kann das Gerät zum Beispiel völlig verflachen und so seine Fähigkeit zur Dämpfung komplett verlieren.
  • 4. Die Wände der flexiblen Packung könnten bei einem kraftvollen Aufprall katastrophal aufreißen, so daß sich die beinhaltete Flüssigkeit in die lokale Umwelt ergießt, was zur Verpestung und oder Gefahr durch rutschige Oberflächen führen kann.

Die gegenwärtige Erfindung ist, im Gegensatz zu der Erfindung beschrieben in PCT/GB9603243 (Courtney), verbessert durch die Verwendung durchlässiger Barrieren zur effektiveren Nutzung der aufprallabsorbierenden Eigenschaften der Viskoscflüssigkeit, durch die Einarbeitung interner elastomerischer Hart- oder Schaumschichten, um das Problem des völlig Verflachens zu lösen und durch die Verbesserung des Verpackungsdesigns, um das Problem des katastrophalen Aufreißen zu vermeiden.

Drei Erfindungen veröffentlicht von anderen Erfindung in vorherigen Anwendungen haben bestimmte Designcharakteristiken die der gegenwärtigen Erfindung gleichen aber keine von diesen beinhaltet alle notwendigen Bestandteile, welche der gegenwärtigen Erfindung die überragenden aufprallabsorbierenden Eigenschaften ermöglicht. Wicke beschreibt in der Patentanwendung US 4 566 565 einen druckausgleichenden Dämpfer, welcher eine einzige mit Gas gefüllte Blase und einen beweglichen Kolben in einem fest umschließenden Rohr beinhaltet. Der Kolben ist durchlässig und gibt Dämpfung, wenn während einer Hin- und Her- Bewegung des Kolbens innerhalb des Rohres hydraulische Flüssigkeit durch seine Poren gepresst wird. Im Gegensatz dazu ist die erste Eigenschaft der gegenwärtigen Erfindung, daß sie mehr als eine mir Gas gefüllte Kapsel beinhaltet. Ein Leistungsvorteil der, Verwendung von mehreren elastomerischen Kapseln in der gegenwärtigen Erfindung ist, daß sich die gesamte Oberfläche des elastomerischen Materials vergrößert und so ein höheres Maß an Dämpfung gewährleistet ist. Andere Unterschiede sind, daß die Versionen der Federungseinheiten der gegenwärtigen Erfindung kein enganliegendes Rohr benötigen, um dem Kolben Führung zu geben oder eine gleitende angepasste Dichtung, die sich in der Dämpfereinheit hin und her bewegt. Das verringert die Kosten für die Produktion von Federungseinheiten beschrieben in der gegenwärtigen Erfindung, erheblich im Vergleich zu denen in Wickes Erfindung.

Carlos beschreibt in der Patentanwendung US 4 751 757 ein Wasserbett mit porösen Unterteilungen, welche an Flößen bestehend aus Gaszellen aufgehängt sind und auf der Wasseroberfläche schwimmen. Die Unterteilungen geben Dämpfung durch Wasser, welches durch sie gedrückt wird, wenn sich eine Person auf dem Bett liegend bewegt. Die gegenwärtige Erfindung arbeitet unterschiedlich zu der von Carlos, da die elastomerischen Kapseln nicht in Form einer Decke miteinander verbunden sind, mit an der Oberfläche der Flüssigkeit zu schwimmen sondern sie sind frei beweglich relativ zu einander, durch das Volumen der Flüssigkeitsmatrix, während eines Aufpralls.

Massarsch beschreibt in der Patentanwendung US 4 647 258 A eine vibrationsdämpfende oder isolierende Membran, welche in einer Version mit Gas gefüllte Zellen beinhaltet, die von Flüssigkeit umgeben sind Die Massarsch Erfindung bietet jedoch weder das hohe Maß an zusätzlicher viskose Dämpfung, gewährleistet durch die Flüssigkeitsmatrix, welche durch die durchlässigen Barrieren außerhalb der elastomerischen Kapseln gedrückt wird Noch bietet sie Raum für die Gaszellen, sich relativ zu einander zu bewegen, wenn äußere, verändernde Kräfte einwirken.

Kurze Beschreibung der Abbildungen

1 zeigt eine typische dynamische Spannungs-Dehnungs-Kurve eines Aufprallabsorbierers, in Bezug auf die frühere Erfindung.

2 zeigt die modifizierte dynamische Spannungs-Dehnungs-Kurve für den selben Aufprallabsorbierer, mit einer zusätzlichen durchlässigen Barriere in Bezug auf die gegenwärtige Erfindung.

3 zeigt eine verbesserte Version der Erfindung, welche die Fähigkeit besitzt, sich nach einem schweren Aufprall selbst in ihren ursprünglichen Zustand zurück zu bilden.

4 zeigt den Querschnitt einer Autostoßstange, welche nach der Erfindung konstruiert wurde.

5 zeigt dieselbe Stoßstange während eines Einschlages.

6 zeig einen Aufprallabsorbierer, welcher den viskose Dämpfungsmechanismus, beschrieben für die Autostoßstange, verwendet, aber zwei Unterkammern in einer Reihe entlang der Wirkungslinie der Aufprallkraft, beinhaltet

7 zeigt den Querschnitt eines starren Balkens, welcher einen Aufprallabsorbierer wie die Erfindung beinhaltet

8 bis 12 zeigen fünf unterschiedliche Designs für Vibrationsdämpfungsgeräte oder -gestelle bezogen auf die Erfindung.

13 zeigt ein Beispiel eines Gerätes das eine gefaltete schützende Hülle hat, mit einer inneren Packung als aufschlagabsorbierendes Kissen, welches die Form eines leicht flachen Zylinders annimmt, mit einem elliptischen Querschnitt.

14 zeigt ein alternatives Design zu dem in 13, welches das Problem der eingeschlossenen Falten löst.

15 zeigt ein Beispiel des Gerätes mit einer äußeren Hülle, bestehend auf einem elastischen Polymer und einem gewellten Querschnitt.

16 zeigt eine zusammengesetzte Version der Erfindung, welche eine elastomerische Grundfläche oder Palette innerhalb der Packung beinhaltet.

17 und 18 zeigen eine zusammengesetzte Version der Erfindung während erfolgreicher Phasen eines kraftvollen Aufpralls.

19 zeigt die zusammengesetzte Version der Erfindung welche der unterliegenden Fläche verbesserten Schutz bieten kann.

20 zeigt eine Variation der zusammengesetzten. Version der Erfindung, welche die Verbindung der Aufprallabsorbierer erlaubt, sogar wenn die soliden Schichten aus starrem, aufprallabsorbierendem Material bestehen.

Veröffentlichung der Erfindung

Der erfinderische Schritt beschrieben in dieser Patentanwendung ist eine Methode zur Verbesserung der viskose Dämpfung durch bekannte, flüssigkeitsgefüllte Aufschlagabsorbierer, wie beschrieben in der Patentanwendung PCT/GB9603243, angemeldet durch den Erfinder, bei der während des aufschlagabsorbierenden Prozesses etwas von der Flüssigkeit durch eine oder mehrere durchlässige Barrieren gedrückt wird. Die Patenanwendung wird auch eine Methode vorstellen, die zeigt wie Flüssigkeit, die bei einem kraftvollen Aufschlag durch die Packungswände austreten könnte, intern festgehalten wird. Eine dritte Eigenschaft der verbesserten Version der Erfindung ist eine Methode zur Nutzung des Druckausgleichs in den mit Flüssigkeit gefüllten Aufschlagabsorbierern, ohne das Risiko einzugehen, daß sich die inneren Oberflächen der Vorder- und Rückseite der Packungswände bei einem Aufschlag direkt berühren. Ein zusätzlicher Vorteil der dritten innovativen Eigenschaft ist, daß die durchschnittliche Dichte des verbesserten Gerätes im Vergleich zu der früheren Erfindung verringert werden kann, da das geringfügigere Volumen der Flüssigkeit welches für das effektive Arbeiten des Gerätes benötigt wird, verringert werden kann Die federnden Kapseln für die gegenwärtige Erfindung können feste Elastomere sein oder ein Gasvolumen einschließen. Das ist eine Verbesserung gegenüber Patentanwendung PCT/GB9603243, welche auf Kapseln die ein Gasvolumen einschließen, begrenzt war. Nachfolgend wird der unkompremierbare Teil der Flüssigkeit Flüssigkeil genannt, aber es soll generell verstanden sein, daß die Flüssigkeit durch Schmierfett oder Gallert ersetzt werden kann. Die frühere Patentanwendung war außerdem auf aufschlagabsorbierende Geräte beschränkt, welche dadurch charakterisiert waren, daß sie mindestens eine leicht verformbare Fläche hatten. Die gegenwärtige Patentanwendung ist nicht nur auf diese Art von Aufschlagabsorbierern beschränkt. Sie ist erweitert, so daß sie Aufprall- und Vibrationsabsorbierer beinhaltet, welche durch steife Oberflächen, zum Beispiel Kolben und pralltopfartige Aufprallabsorbierer, charakterisiert sind Eine gemeinsame Eigenschaft aller beschriebenen Versionen der gegenwärtigen Erfindung ist, daß sie mindestens zwei elastomerische Kapseln beinhalten, wobei die typischen Beispiele viele elastomerische Kapseln beinhalten, welche relativ frei beweglich zueinander sind und während eines Aufpralls ihre relative Position zu einander verändern.

Die frühere Erfindung bot die Möglichkeit einer viskosen Dämpfung in mindestens zwei Wegen:

  • 1. Die Veränderung der Flüssigkeit, wenn sich geschlossene Gaskapseln während eines Aufpralls in der Größe zusammenziehen, bot viskose Dämpfung.
  • 2. Die Teilung der Flüssigkeitsschichten welche auftrat, wenn Flüssigkeit in oder aus den offenen Gaskapseln geflossen ist, führte bei einigen Versionen des Gerätes zu einem unterteilten viskose Dämpfungseffekt.

Die gegenwärtige Erfindung ist eine neuartige Verbesserung gegenüber der früheren Erfindung beschrieben in PCT/GB9603243, denn sie entwickelt zusätzliche viskose Dämpfung indem Flüssigkeit durch eine oder mehrere durchlässige Barrieren, welche ein essentieller Bestandteil des gegenwärtigen Gerätes sind, gedrückt wird Die durchlässigen Barrieren können die Form von Trennwänden innerhalb des Gerätes annehmen, welche den Flüssigkeitsinhalt in zwei oder mehrere Unterkammern unterteilen, so daß sie während eines Aufpralls unterschiedliche Drücke haben können. Alternativ kann die Barriere Bestandteil des Packungssystems sein. Beide Typen von Barrieren werden nachfolgend beschrieben. Gemäß der gegenwärtigen Erfindung hat der Designingenieur die Wahl zwischen zwei Typen von durchlässigen Barrieren: Stufenfunktion oder kontinuierliche Funktion. Stufenfunktionsbarrieren laufen bei geringem energetischem Aufprall nicht aus. Bei der kontinuierlichen Funkionsbarriere kann ein Auslaufen durch die Barriere bei allen Aufprallstärken auftreten. Das Volumen der ausgelaufenen Flüssigkeit und das Ausmaß der viskosen Dämpfungskraft vergrößert sich, wenn sich die Intensität des Aufpralls erhöht.

Die Barriere(n) können durch verschiedene alternative Methoden durchlässig gemacht werden. Die folgenden Methoden sind lediglich Beispiele und sollten nicht so verstanden werden, den Umfang Erfindung zu limitieren:

  • 1. Barrieren können aus einem stark gewebten Material bestehen, wobei eine Oberfläche des Stoffes mit einer verdichtenden Schicht versehen ist, welche zerstört wird und somit das Auslaufen durch das Gewebe bei einem erwünschten Druck entlang der Barriere ermöglicht.
  • 2. Auf die beschichtete Schicht im ersten Typ der Barriere kann verzichtet werden und der gewebte Stoff so gewählt werden, daß bei einem geringen Aufprall die Geschlossenheit des Gewebes kein erhebliches Ausfließen durch die Barriere erlaubt.
  • 3. Barrieren können die Form von Metallschichten, Holz oder festen Polymermaterialien annehmen, mit einer Mehrzahl von kleinen Löchern in deren Oberfläche. Stöpsel oder andere Möglichkeiten zum verschließen der Löcher bei niedrigen Druckunterschieden können zu diesem Typ von Barriere zugefügt werden, um sie in Barrieren mit einer Stufenfunktion umzuwandeln.
  • 4. Die porösen Zonen können als gestochene Löcher an den Punkten eingesetzt werden, an denen Teile der Packung zusammengenäht sind. Ein Verschluss kann auf die Nähre aufgetragen werden, um eine Stufenfunktion zu schaffen, die bei geringfügigem Druck nicht ausläuft.
  • 5. Die Barriere kann die Form einer Mehrzahl von durchlässigen Schichten in Serie annehmen, wahlweise mit unterschiedlichen Stressen für die Stufenfunktionen, wobei . bei höherem Durckunterschied jede aufeinander folgende Schicht das auslaufen in die nächste Schicht erlaubt. Wenn die Materialschichten etwas elastisch sind, dann kann die Flüssigkeit durch die erste Schicht der Barriere fließen und dort eingeschlossen sein bis die Drucksteigerung ausreichend hoch ist, um durch die zweite Schicht gedrückt zu werden und so weiter.

Der Vorteil von zusätzlichen durchlässigen Barrieren im Gegensatz zu der früheren Erfindung kann mit Hilfe der dynamischen Spannungs-Dehnungs-Kurve für ein typisches Beispiel des Gerätes verstanden werden.

1 stellt eine typische dynamischen Spannungs-Dehnungs-Kurve für einen Aufprallsbsorbierer dar, bezogen auf die frühere Erfindung.

Punkt 1 auf der Kurve ist die maximale, zulässige Druckspannung für eine hypothetische Anwendung eines Polsters. Es wird angenommen, daß dem Körper welcher geschützt werden soll ein unzulässiger Grad an Zerstörung zugefügt würde, wenn das Stresslevel überschritten wird.

Die Kraft verzichtet, um die Aufprallenenergie zu absorbieren, per Volumeneinheit des schockabsorbierender Gerätes, bevor die maximale, zulässige Druckspannung erreicht ist, ist durch die Fläche unter dem Graph bis zu Punkt 1 gegeben. Es ist die erwünschte Eigenschaft des Gerätes, daß die Fläche so groß wie möglich ist. Punkt 2 auf der Kurve ist die Druckspannung bei welcher die vorgeschlagene, durchlässige Barriere, wenn zu dem verbesserten Gerät hinzugenommen, stark auszulaufen beginnt.

2 stellt die modifizierte dynamische Spannungs-Dehnungs-Kurve für den selben Aufprallabsorbierer dar, mit einer zusätzlichen Barriere entsprechend der gegenwärtigen Erfindung. In diesem Beispiel könnte die Barriere eine gewebte, äußere Packung sein, mit dem Material so beschichtet, daß es eine Barriere mit Stufenfunktion kreiert, die erst bei ziemlich hohen Druck auszulaufen beginnt, Punkte 1 und t in Abbildung 2 haben die selbe Bedeutung wie in 1.

Die Kraft wirkt auf die viskosen Kräfte ein, wenn die Flüssigkeit durch die durchlässigen Barrieren gedrückt wird und sich der Punkt der Anwendung von externer Kraft vorwärts bewegt. Die einwirkende Kraft per Volumeneinheit des Aufprallabsorbierers, bevor der komprimierte Stress ein unzulässig, hohes Niveau erreicht, kann von der Fläche unter dem Graphen bis zum Punkt 1 kalkuliert werden wie bei 1. Die durchlässige Barriere wurde hinzugekommen um das Einwirken von Kräften zu vergrößern, welche benötigt werden, um die Aufprallenergie zu absorbieren, bevor ein unzulässiges Niveau an komprimierten Stress erreicht wird.

Um Verpestung der lokalen Umwelt durch die durchlässige Packungsversion des Gerätes. in Folge eines harten Aufpralls zu verhindern, kann eine elastische äußere Hülle oder Beutel hinzugenommen werden Die verbesserte Version des Gerätes schließt jegliches auslaufendes Material zwischen der äußeren Hülle und der durchlässigen Membranebarriere ein. Beispiele für passende Barrieren werden später in dieser Anwendung beschrieben.

Die Erfindung kann durch das Einfügen von einer oder mehreren dicken Schichten aus elastomerischem, steifem oder Schaummaterial innerhalb der Packung verbessert werden, mit den Oberflächen der Schichten in einem ungefähr rechten Winkel zu der Richtung des Aufschlages des von, außen, einschlagenden Körpers. Die hydraulischen Druckausgleichseigenschaften der Erfindung ermöglichen es dem gesamten Volumen der elastomerischen Schichten während eines Aufpralls zusammengedrückt zu werden Diese Schichten sind ausreichend dick, so daß sie während eines Aufpralls messbar zusammengedrückt werden können und dabei einen erheblichen Anteil der Aufprallenergie aufnehmen.

Weitere Darstellungen der Efindung

Die Version der neuen Erfindung, mit der Hinzunahme der durchlässigen Packungswände wie erklärt in der 2 oben, kann in vermarktungsfähigen Produkten verwendet werden aber der Nachteil ist, daß das Gerät nach einem schweren Aufprall permanent beschädigt ist.

3 zeigt eine verbesserte Version der Erfindung, welche die Fähigkeit besitzt, sich nach einem kraftvollen Aufprall selbst in seinen ursprünglichen Zustand zurück zu bilden. In 3 ist das aufprallabsorbierende Material, 1 in eine Packung, 2 eingeschlossen. Die Vergrößerung des Hildes auf der rechten Seite zeigt die Struktur der Packungswand im Detail. Punkt 3 ist Bestandteil der inneren Schicht der Wand und es ist ein gewebter Stoff, welcher durchlässig wird, wenn ein ausreichend hoher Druck auf der gesamten Schicht existiert Punkt 4 ist Bestandteil einer elastischen undurchlässigen äußeren Membraneschicht, welche in Intervallen stark mit der inneren Schicht in einer Art Steppstoff verbunden ist. Während kraftvollen Aufprallen wird Flüssigkeit durch die Barrieren gepresst, 3, so daß die elastische äußere, Schicht gedehnt wird, 4 und flüssigkeitsgefüllte Blasen kreiert, wie in 5. Die Blasen entstehen innerhalb kurzer Zeit während des Aufpralls, typisch ist ungefähr 0.1 Sekunde. Die kleine Druckdifferenz, die durch das lokale Ausdehnen der äußeren Schichten entsteht, kann die Flüssigkeit immer noch zurück in den Hauptteil des Gerätes drücken aber der Regenerationsprozess dauert eine relativ lange Zeit. Abhängig von da Enge des Gewebes 1, der Elastizität der Schicht 4 und, der dynamischen Viskosität der Flüssigkeit, kann die Regenerierung eine Frage von. Minuten oder Tagen sein.

Eines der Designeigenschaften der aufprallabsorbierenden Polster in Bezug auf die frühere Erfindung war, daß der hydraulische Flüssigkeitsdruck den kompressiven Stress gleichmäßig. in alle Richtungen verteilt hat. Das bedeutete, daß wenn die Fläche da Aufprallzone ein Teil der gesamten Oberfläche des Polsters war, zum Beispiel 70%, konnte das Volumen des aufprallabsorbierenden Materials unter den verbleibenden 30% der Oberfläche, außerhalb der Aufprallzone, immer noch eine aktive Rolle bei der Absorbierung der Energie des Aufpralls spielen. Diese hoch – effiziente Nutzung des gesamten Volumens des Aufschlagabsorbierers kann nicht unendlich bereitgestellt werden. Wenn die Oberfläche des Polsters zu groß ist, kann der Inhalt an den Seiten der Aufprallzone vorbei fließen und somit den inneren Flächen der Ober- und Unterseite des Polsters ermöglichen unter der Aufprallzone hart zu kontaktieren Das Polster würde völlig verflachen. In der gegenwärtigen Erfindung kann das Problem durch die Hinzunahme von durchlässigen Barrieren innerhalb des Polsters erheblich reduziert werden.

4 zeigt den Querschnitt einer Autostoßstange, welche in diesem Fall eine notwendigerweise lange, dünne, polstergeformte Version des Gerätes ist. Die äußere Hülle da Stoßstange, 1 ist das Packungsmaterial für das Polster. Zur Vereinfachung der Erklärung wird angenommen, daß das Packungsmaterial aus einer total undurchlässigen Schicht besteht. Die senkrechten gestrichelten Linien wie 2 und 3 repräsentieren durchlässige Barrieren, welche den Flüssigkeitsinhalt in eine Anzahl von verbundenen Unterkammern unterteilt. Die durchlässigen Barrieren sind aus einem starken, flexiblen Material gemacht, welches sich während eines Aufpralls nicht erheblich dehnt. Die Barrieren könnten, zum Beispiel, durchlässige Schichten sein, welche fest mit den inneren Wänden verankert sind, so daß sie sich nicht entlang der Länge der Stoßstange von der Aufprallzone wegbewegen. Wahlweise, starke aber flexible Querverbindungen wie 4 können die durchlässigen Barrieren verbinden. Die Querverbindungen limitieren während eines Aufpralls das seitliche Wölben der beweglichen Barrieren. Alternativen zur Befestigung der durchlässigen Barrieren an den inneren Wänden der Stoßstange sind die elastomerischen Kapseln in eine Anzahl von angrenzenden Beuteln aus starkem durchlässigen Material zu packen oder das elastomerische Material in ein langes, durchlässiges, strumpfartiges Rohr zu packen, mit dem Rohr gefaltet um mindestens 180 Grad, in Intervallen entlang seiner Länge, um eine Mehrzahl von separaten, elastomerischen Kammern zu schaffen, welche mit Kapseln gefüllt sind

5 zeigt die Stoßstange während eines Aufpralls, symbolisch repräsentiert durch den schwingenden Hammer, 1. Die Unterkammern direkt unter oder nahe der Aufprallzone wie 2 und 3 kollabieren teilweise und sind in die ungefähre Richtung des Aufpralls zusammengedrückt. Die Barrieren welche die kollabierten Unterkammern einschließen sind zusammengedrückt, so daß sich der Druck auf ihre Oberflächen nicht vergrößert.

Unterkammern entfernt von der Aufprallzone wie 4 und 5 in 3 sind von durchlässigen Barrieren umschlossen, welche den sich daraus ergeben Stress im rechten Winkel erfahren. Für diese Regionen der Stoßstange kann ein langsam abnehmender Druck entlang der durchlässigen Membrane existieren.

Der langsam abnehmende Druck entlang aufeinauderfolgender durchlässiger Barrieren, welche sich von der Aufprallzone wegbewegen, baut den Druck in aufeinanderfolgenden Unterkammern langsam ab, bis der Druck, nachdem er eine Anzahl von Unterkammern durchquert hat, vernachlässigt werden kann. Die Anzahl da Unterkammern, involviert in die stufenweise Reduktion des überflüssigen Druckes, hängt von der Größe der Löcher in der durchlässigen Barriere und der Viskosität der Flüssigkeit ab.

Ein praktischer Effekt der Unterteilung, da aufprallabsorbierenden Stoßstange durch die Hinzunahme von durchlässigen Barrieren ist, daß während des Aufpralles, das Gerät ein aktives Volumen um die Aufprallzone kreiert. Dieses Volumen beteiligt sich am aufschlagabsorbierenden Prozess durch das Bereitstellen von elastischer und viskosedämpfender Energieabsorbierung, wobei das aktive Volumen sich selbst limitiert. Das Gerät kann so gestaltet werden, daß das Problem der lokalen Ausdünnung zu Null-Stärker und das konsequente Verflachen eliminiert wird Eine alternative Methode zur Lösung des Problems der totalen Verflachung, welches weniger effektiv bei der Ausnutzung der viskosen Dämpfung ist aber das Einheitsgewicht des Gerätes verringert, wird später beschrieben.

6 zeigt einen Aufprallabsorbierer, welche das unterne, viskose Dämpfungsbarrierenprinzip, vorher beschrieben für die Autostoßstange, nutzt mit dem Unterschied, daß zwei Unterkammern, 1 und 2 in Reihe entlang der Wirkungslinie da Aufprallkraft benutzt werden.

Die zwei Unterkammern sind durch steife durchlässige Barrieren unterteilt, 3 welche sich während eines Aufpralls nicht erheblich ausdehnen Zum Beispiel, 3 kann eine Stahlplatte sein mit einer Vielzahl von kleinen Löchern die gebohrt sind Die erste Unterkammer, 1 hat eine flexible Oberfläche, 4 welche sich in die Form der Oberfläche des aufprallenden Körpers verformt. Die zweite Unterkammer, 2 ist an ihren Seiten und an ihrem Boden von einem starren Wandgefüge 5 eingeschlossen, so daß sie durch den Aufschlag nicht direkt verformt wird. Der Inhalt der Unterkammer 2 ist lediglich indirekt durch , die Flüssigkeit komprimiert, die während des Aufpralls durch die durchlässigen Barrieren gedrückt wird Wenn die äußere deformierende Kraft nachläßt, dann vergrößern und erholen sich die federnden Kapseln wie 6 in der Unterkammer 2 und drücken die übergelaufene Flüssigkeit zurück durch die Barrieren in die Unterkammer 1. Das Gerät kann jede passende Form annehmen in rechten Winkeln im Vergleich zu der Abbildung. Zum Beispiel, 6 kann ein vertikaler Querschnitt durch einen vertikalen Zylinder oder ein langer horizontaler Balken sein. Das steifwändige Gerüst, 5 kann konstruiert und angeschnallt sein, um Aufschlagenergie unter extrem kraftvollen Aufschlagsbedingungen zu absorbieren. Das Gehäuse kann hohl und mit elastomerischem Schaum und Kapseln und einer Flüssigkeitsmixtur gefüllt sein.

Typische Beispiele für tragende Balken, welche Seitendämpfung benötigen, beinhalten die A und B Träger, welche bei der Verstärkung der Dächer von Motorfahrzeugen helfen. 7 beschreibt den Querschnitt eines starren Balkens, 1 in rechten Winkeln zu seiner Länge. Das Gerät hat eine flexible Oberfläche 2, eine vordere Unterkammer, 3 und eine hintere Unterkammer, 4. Punkt 5 ist ein zweiter hohler Balken/Träger, auch zu sehen im Querschnitt, welcher den ersten hohlen Träger verstärkt, 1. Hohler Träger 5 fungiert außerdem als durchlässige Barriere, da eine Vielzahl von kleinen Löchern, siehe 6 durch seine Vorderseite gebohrt sind, wie in der Abbildung zu sehen. Zusätzlich zur effektiven Nutzung des zur Verfügung stehenden Platzes kann die elastomerische Flüssigkeit im zweiten Träger 5 in diesem Design auch helfen, den Träger zu verstärken, 5. Im Falle eines harten Aufschlages auf den Träger im rechten Winkel zu seiner Länge, welcher dazu führen würde, daß 5 teleskopisch in Falten zerknittert und komprimiert wird, würde die komprimierte Flüssigkeit innerhalb des Trägers helfen, die Kräfte auszugleichen und begünstigen, daß an Stelle von wenigen großen, viele kleine energieabsorbierende Falten entstehen.

8 ist ein vibrationsdämpfendes Gerät welches im Grunde die selbe Konstruktion hat wie der Aufprallabsorbierer, illustriert in 6. In 8 überträgt der Kolben, 1 die Kraft der Vibration zu der vorderen Unterkammer 2 und dann indirekt zu der hinteren Unterkammer, 3 durch die durchlässige Barriere, 4. Die Seitenwände der vorderen Unterkammer nehmen die Form eines faltbaren Balges an 5. Eine schneckenförmige Spiralfeder, 6 ist wahlweise hinzugefügt um die elastische Steife des Gerätes zu verbessern Durch das nach unten Bewegen des Kolbens werden die elastischen Zellen in der vorderen Unterkammer komprimiert und etwas von der Flüssigkeit durch die durchlässige Barriere gedrückt, was die elastischen Zellen in der Unterkammer 3 komprimiert. Die Bewegung der Flüssigkeit durch die durchlässige Barriere bereitet die viskose Dämpfung. Der Anteil der Aufprallenergie, welcher in den komprimierten Zellen und der schneckenförmigen Spiralfeder elastisch gespeichert wurde, versetzt das Gerät zurück in seine ursprüngliche Länge nach dem sich die Aufprallktaft vermindert hat. Während der Zurückbildung führt die negative Druckveränderung in der vorderen Unterkammer 2 und die Ausdehnung der Zellen in der hinteren Unterkammer 3 zu deren entspannten Größen dazu, daß die Flüssigkeit aus da hinteren Unterkammer in die vordere Unterkammer zurück gepumpt wird.

Der energiedämpfende Prozess erwärmt die Flüssigkeit Diese Hitze kann durch die starke Hülle 7 effektiv abgeleitet werden, wenn sie aus wärmeleitendem Material besteht. Wenn notwendig, können Kühlungsflossen eingebaut werden. (Flossen nicht illustriert.) Eine wünschenswerte Eigenschaft vieler Vibrationsdämpfer ist, daß sie unterschiedliche Grade von Dämpfung für die Abwärts- und Aufwärtsbewegung bereiten. Diese Eigenschaft kann in die gegenwärtige Erfindung eingebaut werden, indem der durchlässigen Barriere erlaubt wird, die Form einer steifen durchlässigen Platte anzunehmen, welche sich wie ein Zylinder auf und ab bewegen kann. 9 zeigt einen Vibrationsdämpfer, welcher eine Differentialdämpfung beinhaltet. Die durchlässige Barriere, 1 ruht auf einer schneckenförmigen Spiralfeder, 2 welche auf einer inneren Kante, 3 ruht. Die durchlässige Barriere 1 hat einen kleineren Durchmesser als da innere Durchmesser der zweiten Unterkammer 4, so daß eine Lücke zwischen Barriere 1 und der angrenzenden Seitenwand existiert, wenn die Spiralfeder, welche 1 stützt, entspannt ist. Bei einer Abwärtsbewegung ist die innere Schraubenfeder zusammengedrückt, sie schließt die Seitenlücke und drückt die Flüssigkeit durch die kleinen Löcher in die Barriere 1. In der Aufwärtsbewegung öffnet sich die periphere Lücke und die Flüssigkeit kann den einfachen Rückweg durch die Lücke nehmen.

Wenn die periphere Lücke groß genug ist, so daß die Gefahr besteht, daß Gaskapseln in da Lücke eingeschlossen werden können, dann können die Kapseln durch Maschen zurückgehalten werden, mit den Maschen kleiner als die Kapseln in ihrem komprimierten Status aber groß genug, um für die Maschen eine zweitrangige Rolle zu spielen, im Vergleich zu der primären durchlässigen Barriere, 1.

Die Zylinderanordnung, wie illustriert in 9, könnte für den Aufprallabsorbierer, illustriert in 6, angewandt werden. Diesen Typ von Absorbierer könnte zum Beispiel in Absätzen oder Sohlen von orthopädischen oder Sportschuhen verwendet werden. Das Design könnte einen hohen Grad an Aufprallschutz bieten, wie zum Beispiel für Basketball wobei die wünschenswerten Eigenschaften von federnden Schuhen nicht verloren gehen, welche wiederholtes Hochspringen und effektives Laufen ermöglichen. Für Schuhdesign könnten die erfundenen Eigenschaften unterschiedliche Formen annehmen. Zum Beispiel könnte die Spiralfeder durch eine Vielzahl von kleinen elastomerischen Blöcken ersetzt werden oder die durchlässige Barriere könnte so geformt sein, daß ihre Umgrenzung als Feder fungiert. Die durchlässige Barriere könnte aus zwei Schichten konstruiert sein, wobei die zwei Schichten eine kleine vertikale Trennung haben Große Öffnungen in den zwei Schichten könnten versetzt sein, so daß wenn zusammengedrückt, die effektive Größe der Löcher, welche dem Flüssigkeitsfluss durch die Barriere zur Verfügung stehen, erheblich verkleinert wird.

Die Geräte, illustriert in 8 und 9, können im Produktionsprozess in einer Vielzahl von Wegen verändert werden, um die Leistungsfähigkeit zu optimieren.

Die elastische Steife der Geräte kann durch das Verändern des Volumens der mit Gas gefällten Kapseln in den Unterkammern verändert werden oder durch die Veränderung der Steifheit da optionalen externen Spiralfeder.

Die Dämpfung kann durch Veränderung der Viskosität da Flüssigkeit, den Grad da Durchlässigkeit der durchlässigen Barriere oder durch Ändern des komprimierbaren Volumens auf jeder Seite der Barriere. verändert werden. Das komprimierbare Volumen in der oberen Unterkammer kann jeglichen Wert, zwischen Null, wenn es keine federnden Kapseln enthält, und einem Maximum, welches gleich dem totalen komprimierbaren Volumen der federnden Kapseln entspricht, wenn diese eng verpackt sind, haben.

Die Dämpfungseigenschaften der Geräte können auch eingestellt werden, nachdem sie zusammengesetzt wurden, wenn das gesamte Volumen in der kleineren Unterkammer verändert werden kann. 10 zeigt ein Design welches die Dämpfungseinstellung vor Ort ermöglicht. Das Gerät in dieser Abbildung ist ähnlich zu dem, illustriert in 9, aber es beinhaltet zusätzlich eine Schraube, 1 mit weitem Durchmesser, welche als Kolben fungiert. Durch Anziehen der Schraube wird das Volumen in da, unteren Kammer reduziert.

11 zeigt ein Gerät welches vor Ort eine Veränderung der elastischen Steifheit ermöglicht. Das ist ähnlich zu dem Gerät welches in 10 zu sehen ist, aber es hat einen externen, luftdichten Blasebalg, 1, welcher mit einer Mixtur aus Luft oder Flüssigkeit und Lust durch ein Ventil 2 zu einem hohen Druck gefüllt, werden kann.

Die vibrationsabsorbierenden Geräte beschrieben in dieser Patentanwendung können zu "smart" Geräten umgebaut werden, wobei elektrische Kreise eingebaut werden können, um eine oder mehrere Eigenschaften des Gerätes zu verändern, abhängig von externen Veränderungen, Vibrationen einschließlich der Umwelt. Drei mögliche Designs werden nachfolgend in ausreichendem Detail beschrieben, um einem kompetenten Ingenieur die Konstruktion zu ermöglichen.

12 zeigt ein Gerät, ähnlich zu dem in 10, mit dem Unterschied, daß der Kolben, 1, einen Gleitsitz hat. Der Kolben bewegt sich in Reaktion auf die auf ihn ausgeübte Kraft durch einen linearen Beweger, 2. Ingenieure mit Kenntnissen in elektronischen Kontrollsystemen können dieses Design des Gerätes. mir Vibrations- oder Straßensensoren verbinden, um ein "smartes" Vibrationsdämpfungssystem zu entwickeln.

Ein zweites mögliches "smartes" Gerätedesign, basierend auf der gegenwärtigen Erfindung, verwendet koaxiale, piezoelektrische Fasern, um die durchlässige Barriere zu formen, wobei sieh die Größe der Maschen verändert, wenn der Durchmesser der Fasern durch die Anwendung eines potentiellen Unterschiedes zwischen den koaxiale Transistoren verändert wird.

Das dritte "smarte" Design nutzt die Ventilbewegung der durchlässigen Barriere, 1, siehe 9. Die Position des Ventils und daraufhin der Grad der viskosen Dämpfung, könnte durch Elektromagneten kontrolliert werden. Zum Beispiel durch die Hinzunahme von magnetischen interaktiven, stromleitenden Spulen zur Umgrenzung des Ventils und der angrenzenden inneren Kante, 3.

Wasserdichte Versionen des Gerätes wurden eher beschrieben und sind in 3 illustriert. Eine kostengünstigere wasserdichte Version für einfache Aufprallanwendungen wird nun beschrieben. Diese Version hat zwei Packungsschichten Eine innere Packung weiche stark genug ist, um einem moderaten Aufprall zu widerstehen und eine äußere Hülle, die als ein Flüssigkeitsauffangbecken fungiert, wenn die innere Schicht ausläuft. Die äußere Hülle ist so gestaltet, daß sie während eines Aufpralls in Volumen zunehmen kann, um die gesamte aus dem inneren der Packung ausgetretene Flüssigkeit nach dem Auslaufen oder Reißen zu speichern Die äußere Hülle kann im Prinzip jeder große, lose, verschlossene Beutel sein, der die innere Packung einschließt. Aber aufgrund von Ausschen oder auf Funktionalitätsgründen ist es unwahrscheinlich, daß es für viele Anwendungen akzeptiert wird Eine Zahl von praktischen Designs der äußeren Hülle oder des Beutels wird an Beispielen beschrieben werden, aber sie sollten keinesfalls verstanden werden, den Umfang der Eigenschaft der Erfindung zu limitieren.

Wenn die äußere Hülle ein großer Beutel ist, dann kann er durch die Nutzung gefalteter Plissees so. zugeschnitten werden, daß er eng über die innere Packung passt, wobei das überstehende Material eingeschlagen wird 13 zeigt ein Beispiel des Gerätes in Bezug auf diese Version der Erfindung, mit der inneren Packung als aufschlagabsorbierender Dämpfer in der Form eines leicht verflachten Zylinders. Punkt 1 ist die flexible innere Packung welche eine Mixtur aus Viskoseflüssigkeit, 2 und mit Gas gefüllten Kapseln mit elastischen Wänden wie in 3 beinhaltet. Punkt 4 ist die äußere Hülle, welche maßgeschneidet ist, um eng über Punkt 1 zu passen aber für die Klarheit der IIlustration etwas größer gezeigt wird als Punkt 1.

Die äußere Hülle kann aus jedem flexiblen Material bestehen, welches fähig ist, die ausgetretene Flüssigkeit einzuschließen. Passende Materialien für die äußere Hülle beinhalten nicht gewebte Materialien wie zum Beispiel Plastikfolie oder eng gewebte Stoffe wie Pertex ® oder Ventile ®.

Die gewebten Materialien können versiegelt sein, um langsames Aussickern von Flüssigkeit aus dem Gerät zu vermeiden, nachdem sie gerissen sind aber eng gewebte Materialien, welche nicht versiegelt sind, sind geeignet, um das Problem der sich verbreitenden Verpestung durch austretende Flüssigkeit nach einem kraftvollen Aufprall zu eliminieren.

Ein Vorteil der Verwendung von unbeschichtetem micro-fibre Material wie Pertex für die äußere Hülle ist, daß es dazu verwendet werden kamt die Transpiration austreten zu lassen, wenn das Polster dazu bestimmt ist, über einen längeren Zeitraum in Kontakt mit dem menschlichen Körper zu stehen.

5 und 6 sind Beispiele für Falten in der äußeren Hülle, welche sich entfalten und expandieren können, um ausgelaufene Flüssigkeit festzuhalten, wenn die innere Packung platzt. Die Falten können leicht an einem bestimmten Punkt fixiert werden, zum Beispiel durch die Nutzung von Heftstichen, Klammern, leicht, bindenden Klebstoffen, Klebeband, Punktschweißen oder anderen Wegen zur leichten Befestigung.

Das Design der äußeren Hülle, zu sehen in Abbildung 13, kann nicht effektiv arbeiten, wenn die Aufprallkraft auf die gesamte Oberfläche verteilt ist und das gefaltete Material zwischen Oberfläche und innerer Packung eingeschlossen ist.

14 zeigt ein alternatives Design, welches das Problem der eingeschlossenen Falten löst, In 14 hat die äußere Hülle, 1, externe Falten wie in 2. Sollte die Gefahr bestehen, daß das Faltenmaterial teilweise von externen Kräften eingeschlossen ist, dann kann das Entfalten der Falten durch Ölung des faltigen Materials unterstützt werden oder durch Nutzung von gering haftenden Materialien wie PTFE zur Trennung der Falten in den Schichten.

Eine Alternative zur Nutzung von Falten ist die Konstruktion der äußeren Hülle aus hoch elastischem Material. In dieser Version der Erfindung kann die äußere Hülle bei normaler Nutzung eng über die gesamte innere Packung gepasst werden, sie kann aber expandieren, um die austretende Flüssigkeit aufzunehmen, wenn die innere Packung gerissen ist. Materialwissenschaftler werden wissen, welche elastomerischen Polymere für diese Anwendung nutzbar sind. Eine Alternative zu der äußeren Hülle, basierend auf nicht gewebten elastomerischen Polymeren, ist die Konstruktion einer äußeren Hülle aus einem hoch elastischen eng gewebten Material wie Lycra ®.

Egal welches Design oder Materialtyp für die äußern Hülle genutzt wird, das Volumen der äußeren Hülle sollte die Möglichkeit besitzen, sich so weit zu vergrößern, daß die Hülle jegliche Flüssigkeit die aus der inneren Packung austritt, einschließen kann, sogar wenn die innere Packung komplett verflacht ist und die gesamte Flüssigkeit in die äußere Hülle gedrückt worden ist.

Zusätzlich zur Erfüllung der essentiellen Aufgabe des Auffangens jeglicher auslaufender Flüssigkeit kann die äußere Hülle auch andere Aufgaben erfüllen. 15 zeigt ein Gerät mit der äußeren Hülle, 1 bestehend aus einem elastomerischen Polymer und einem gewellten Querschnitt. Wenn ein Gerät mit diesem Design zum Beispiel als Rückenstütze in einem Autositz verwendet werden würde, dann würden die Falten/Furchen Luftzufuhrkanäle bilden, welche das Kissen belüften und dem Benutzer den Rücken kühlen. Ein passend gewähles Material könnte für die äußere Hülle verwendet werden, welches ausreichend starr ist, um bei niedrigem komprimiertem Stress einen Massageeffekt anzubieten, aber unter Aufprallkonditionen straff genug ist, um das gesamte Potential des darunterliegenden Aufprallabsorbierers zu nutzen Die gewellten Teile könnten in der äußere Hülle durch eine Vielzahl von Vorsprüngen ersetzt werden, um einen ähnlichen belüftenden und massierenden Effekt zu erreichen.

Die elastische äußere Hülle kann während ihrer Lebensdauer durchlöchert oder beschädigt werden. Ingenieure kennen eine Anzahl von Methoden zur Konstruktion von selbst reparierenden äußeren Hüllen inklusive der Nutzung von heilenden Polymeren, welche sich wieder verbinden nachdem sie getrennt wurden oder die Nutzung einer Flüssigkeit in der Lücke zwischen der inneren und äußeren Hülle, welche in Verbindung mit Luft heilt, indem sie die durchstoßenen Löcher nach einer versehentlichen Durchlöcherung der äußeren Hülle füllt.

Die äußere Hülle kann so gestaltet sein, daß sie sichtbare Beweise liefert wenn sie beschädigt wurde: Zum Beispiel kann sie aus zwei beschichteten Schichten konstruiert sein, wobei die Schichten unterschiedliche Farben haben welche jegliche Verdünnungen in Folge von Abnutzung sichtbar machen Andererseits kann es von Vorteil sein, die äußere Hülle aus durchsichtigem Material au konstruierem, wie zum Beispiel Plastikfolie, um eine visuelle Inspektion der inneren Packung zu ermöglichen. Bezüglich des letzten Falles kann die innere Packung aus zwei kontrastreichen, laminierten Schichten bestehen, um die Beschädigungsinspektion zu erleichtern.

Ausgewählte Chemikalien können in den Raum zwischen der inneren und äußeren Wand gepackt werden, um so eine Vielzahl von Vorteilen zu erreichen Die Chemikalien können zum Beispiel so gewählt werden, daß sie mit der Flüssigkeit, die nach der Durchlöcherung beider Packungsschichten aus der inneren Packung ausläuft, reagieren und die Flüssigkeit verdicken, so daß der Reinigungsprozess nach, einem schweren Aufprall vereinfacht wird Alternativ können die Chemikalien mit der Flüssigkeit aus der inneren Packung reagieren, um innerhalb der äußeren Hülle einen Schaum zu kreieren, welcher als zweites Verteidigungspolster agieren kann, um teilweisen Schutz gegen weitere Aufpralle anzubieten Wenn das aufprallabsorbierende Polster für Marine – Anwendungen genutzt wird, können die Chemikalien so ausgewählt werden, daß sie reagieren und Gas entwickeln, was die äußere Hülle aufblasen kann und somit eine Auftriebshilfe darstellt. Andere Möglichkeiten beinhalten die Generierung von Schaum oder Gasen, welche zur Unterdrückung von Verbrennungen nach einem Unfall dienen können.

Elektroden können zwischen der inneren und äußeren Wand plaziert werden, was einen Kreis schließen würde, sollte die innere Wand reißen und die Flüssigkeit im Innerem ausfließen. Der geschlossene Kreis kann dazu genutzt werden, eine Anzahl von Aktionen zu initiieren, inklusive dem Auslösen eines Fernalarms. Wenn das Polster die Form einer Autostoßstange annimmt, dann könnte die ausgelöste Aktion das Ausblasen von Beifahrer- oder Fußgängerairbags sein Für Flugzeuganwendungen könnte die Aktion das Öffnen von Fallschirmen auslösen.

Eine Schicht aus thermisch stabilisiertem Plastik, Schaum, Sperrholz oder anderen Materialien kann zwischen den inneren und äußeren Wänden auf einer Oberfläche des Gerätes eingefügt werden, um ihm die erwünschte Form zu geben.

Eine der Designeigenschaften von aufprallabsorbierenden Polstern in Bezug auf die frühere Erfindung, veröffentlicht in der Patentanwendung PCT/GB9603243 (Courtney), war daß hydraulischer Flüssigkeitsdruck den komprimierten Stress gleichmäßig in alle Richtungen verteilt hat. Das bedeutet, daß wenn die Fläche der Aufprallzone ein Teil der gesamten Oberfläche des Polsters ist, zum Beispiel 70%. Dann kann das übrige Volumen des aufprallabsorbierenden Materials unter den verbleibenden 30%, außerhalb der Aufprallzone immer noch eine aktive Rolle beim Absorbieren der Aufschlagenergie spielen. Diese hoch effektive Nutzung des gesamten Volumens des Aufprallabsorbierers kann nicht unendlich bereitgestellt werden. Wenn das Polster zu groß ist, dann kann sein Inhalt an den Seiten der Aufprallzone vorbeifließen, was den inneren Oberflächen der Vorder- und Rückseite des Polsters erlaubt, unter der Aufprallzone hart zu kontaktieren. Das Polster wird so völlig flach und verliert seine Dämpfungseigenschaften. Eine Lösung für das Problem der völligen Verflachung wurde oben beschrieben. Sie involviert die Hinzunahme von durchlässigen Barrieren innerhalb der Packung wie zu sehen in Abbildungen 4 und 5.

16 zeigt eine weitere Version der Erfindung, welche das Problem des Verflachens überwindet und mit oder ohne durchlässige Barrieren benutzt werden kann. Diese Version reduziert außerdem das relative Volumen der unkomprimierbaren Flüssigkeit, welche für das effiziente Arbeiten des Gerätes benötigt wird. 16, Punkt 1 zeigt eine Grundfläche oder Palette mit optionalen Seitenwänden, 2. Die Grundfläche besteht normalerweise aus geschlossenen Zellen, elastomerischem Schaum, zum Beispiel expandierendes Polystyrol oder expandierende Polypropylene. Als Alternative kann die Grundfläche auch aus steifem, elastomerischem Schaum, elastomerischen Polymeren oder anderen elastomerischen Hartstoffen konstruiert werden. Punkt 3 ist die obere Schicht, welche eine Mixtur aus federnden Kapseln und einer (effektiv) unkomprimierbaren Flüssigkeit einschließt. Die Kreise, zum Beispiel 5, zeigen die federnden Kapseln. Der gesamte Hohlraum zwischen den Kapseln ist von der Flüssigkeit eingenommen. Punkt 4 ist die äußere Verpackung, welche die Schichten 1 und 2 vollständig einschließt. Die Packungswände , sind aus flexiblem, hoch dehnbarem, steifem Material konstruiert. Die Wände verformen sich leicht aber dehnen sich während eines Aufpralls nicht erheblich. Sie können durch jede der vorher beschriebenen Maßnahmen durchlässig gestaltet werden Wenn notwendig, kann das Packungsmaterial mit der externen Oberfläche der Grundfläche verbunden werden, um zu vermeiden, daß Flüssigkeit innerhalb der Wand um die Seite der Grundfläche fließt. Zur Vereinfachung der Montage kann es von Vorteil sein, wenn elastische Flüssigkeit vorab in ein oder mehrere separate, flexible Kissen verpackt wird. Solche Kissen sind jedoch nicht für äußere Packungen geeignet, welche die gesamte Flüssigkeit und die steifen Schichten einschließen. Das dynamische Gleichgewicht der Kräfte während eines Aufpralls, kreiert durch die waltenden Kräfte der Flüssigkeit gegen die äußeren Packungswände und steifen Schichten ist notwendig für das korrekte hydraulische funktionieren dieser Version der Erfindung.

Abbildung 17 und 18 zeigen eine Kombination der Erfindung in aufeinanderfolgenden Stufen bei der Absorbierung eines kraftvollen Aufpralls. In 17 und 18, ist Punkt 1 ein aufprallender Körper, welcher zum . Beispiel eine harte Kugel sein kann, welche aus einer Höhe auf den horizontalen Aufprallabsorbierer fallengelassen wurde. In beiden Abbildungen ruht der Aufschlagabsorbierer auf einem steifen, flachen, festen Untergrund, 2, welcher keinen signifikanten Teil der Aufprallenergie absorbiert.

Wie in 17 zu sehen, hat sich der obere Teil der Verpackungswand zu einem frühen Zeitpunkt verformt aber er wurde bis dahin noch nicht erheblich zerstört, um mit der Oberfläche der unteren festen Schicht zu kontaktieren. Die federnden Kapseln verkleinern sich in ihrem Volumen während des Aufpralls aber das Volumen der Flüssigkeit bleibt effektiv konstant. Als Konsequenz verkleinert sich das Volumen der Kapseln im Vergleich zum Volumen der Flüssigkeit, was dazu Führt, daß die Kapseln sich voneinander weg bewegen, so daß sie frei beweglich sind und sich neu ordnen, um die Veränderung in der Form der Packung zu kompensieren. Die Flüssigkeit sorgt für hydraulischen Druck, welcher im rechten Winkel zu jeder banachbarten harten Oberfläche agiert. Die Pfeile, zum Beispiel 3 in 17 und 18, zeigen die Richtung des daraus resultierenden Flüssigkeitsdrucks an einigen harten Oberflächen. Da hydraulische Druck wird an allen Oberflächen da Palette, welche in direktem Kontakt mit der Flüssigkeit sind, ausgeübt. Als Resultat, kann die Palette an den Seiten der Aufprallzone bei der Absorbierung der Aufprallenergie mitwirken.

18 zeigt einen späteren Zeitpunkt des Aufpralls, bei dem das Material aus dem die Palette besteht direkt gedrückt wird. Das Material, 4 unter der Aufprallzone arbeitet nun als ein konventionelles hartes oder schaumförmiges, aufprallabsorbierendes Material, aber durch den hydraulischen Druckausgleich erfahren die federnden Kapseln und das Material wie 5, an den Seiten der Aufprallebene weiterhin ein Ansteigen des komprimierenden Stresses und absorbieren weiterhin Aufprallenergie.

Die Formen des Querschnitts der Schichten, abgebildet in 16, sollten nicht dazu verstanden werden, die Erfindung zu limitieren. Die Stärke oder Oberflächenform der Schichten kann abhängig von den speziellen Designanforderungen variieren und die lokale Dichte der steifen Marerialien kann variieren. Die inneren Oberflächen der festen Grundfläche, die in Kontakt mit der Flüssigkeit sind, können abhängig vom Designer jegliche Form annehmen, um die Oberfläche des festen Matarials, welches in Kontakt mit der Flüssigkeit kommt, zu vergrößern. Die Erfindung kann auf einer Vielzahl von verschiedenen Schichten auf Flüssigkeit und festen Materialien bestehen. Eine Vielzahl von angrenzenden festen Abteilungen wie 1 mit Seitenwänden, 2 in 16 können in einer einzigen äußeren Packung eingebaut sein. Die festen Schichten können in Segmente unterteilt und zu einer flexiblen Unterlage verbunden sein, um dem Aufprallabsorbierer Artikulation zu erlauben, und dabei hoch komprimierbare Steifheit zu erhalten. Einige dieser Variationen werden nun im Detail beschrieben.

Eine bedeutende Eigenschaft des Aufprallabsorbierers, beschrieben in den 16, 17 und 18 ist, daß die Verteilung der federnden Kapseln während des Kompressionsprozesses hilft, den reagierenden Stress auf den aufschlagenden Körper, 1 gleichmäßiger zu verteilen, als wenn derselbe Körper mit einem harten Aufschlagabsorbierer kollidiert hätte, wenn der harte Aufschlagabsorbierer die selbe Steifheit wie die fodernden Kapseln und das Material der Palette hätte.

Dieselben reagierenden Stressverteilungsvorteile können unter Nutzung einer Variation der Erfindung wie in 19 zu sehen, für die darunterliegende Oberfläche angeboten werden. In 19 wurde zusätzlich au der oberen Schicht, 1 eine untere Schicht 2, ebenso bestehend aus federnden Kapseln und (effektiv) unkomprimirbarer Flüssigkeit verwendet. Die Komposition der Schichten 1' und 2 kann sich unterscheiden. Zum Beispiel wenn der Aufprallabsorbierer als Teil des Außenmaterials eines vorab produzierten Hospitals verwendet wird, kann bei der Nutzung in Kriegszonen mit tiefen Temperaturen, die Flüssigkeit in der äußeren Schicht eine organische Flüssigkeit sein, mit einem niedrigen Gefrierpunkt und die Flüssigkeit für die innere Schicht könnte auf Wasser basieren, um hoch latente Verdampfungshitze zu gewährleisten, um im Falle eines Feuers oder einer Explosion in einem Gebäude thermale Energie zu absorbieren.

Auf kleiner Skala könnten die Flüssigkeitsteile unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit haben, so daß wenn das Polster die Form eines Sitzkissens oder einer Matratze hat, der Anwender zum Sitzen oder Liegen die warme oder kalte Seite wählen könnte.

Die in 20 beschriebene Version der Erfindung ist eine Variation von der in 19 beschrieben Version, welche die Artikulation des Aufschlagabsorbierers erlaubt, sogar wenn die harten Schichten bei normalem Arbeiten ohne die Konditionen eines Aufschlages steif sind In 20 ist das feste Material in zwei gestapelte Schichten, 1 und 2 unterteilt. Eine Mehrzahl von keilförmigen Rillen wie 3 und 4 sind in jette Schicht geschnitten, um sie in Segmente zu teilen Diese sind dann mit einer starken, dünnen, flexiblen Schicht verbunden, 5, um zu vermeiden, daß sie innerhalb der Packung herumtreiben.

Die neuen Verbesserungen welche in dieser Patentanwendung beschrieben sind, haben die Fähigkeit in einer Vielzahl von Designs für Aufprall und Vibrationsabsorbierer angewendet zu werden, inklusive denen beschrieben durch den Erfinder in Patentanwendung PCT/GB9603243 (Courtney). Der Umfang der gegenwärtigen Erfindung ist erweitert zu mindestens:

  • i) Geräte, basierend auf Packungen, welche Flüssigkeiten enthalten, die durch die Hinzunahme von einer Vielzahl von federnden harten oder flexibelwändigen, gasgefüllten Kapseln komprimierbarer gemacht wurden.
  • ii) Geräte wie oben, in denen Kapseln hohle federnde Sphären sind
  • iii) Geräte wie oben, in denen wenigstens einige der Gaskapseln mindestens ein offenes Ende haben; wobei das Gas, welches in ihnen eingeschlossen ist an den Grenzen mit der umgebenden Flüssigkeit durch kapillare Bewegung festgehalten wird
  • iv) Geräte wie oben, wobei die Packung so geformt ist, daß sie im Volumen abnimmt wenn sie einem Aufprall ausgesetzt ist.
  • v) Geräte wie oben, welche durch Klemmen oder andere Gegenstände unterteilt sind; welche es dem Anwender erlauben, die relativen Größen der unterteilten Teile einzustellen.
  • vi) Geräte wie oben, welche flexible Querverbindungen oder Punktschweißen nutzen, um die gegenüberliegenden Flächen der Packungen miteinander zu verbinden, um den Grad der lokalen Verschiebung zu minimieren, wenn Aufprallkräfte auf einen Teil der Oberfläche des Gerätes einwirken.
  • vii) Geräte wie oben, in welchen einige der mit Gas gefüllten Kapseln mit den inneren Wänden der Packung verbunden sind
  • viii) Geräte wie oben, in welchen einige der mit Gas gefüllten Kapseln zu internen Schichten miteinander verbunden sind, auf offen Stütztstellen aus flexiblem Material oder auf langen Ständen aus Fasern
  • ix) Geräte wie oben, in denen der innere Druck bei wenigstens einigen mit Gas gefüllten Kapseln kontrolliert werden kann, durch Verbindungen zu externen Ventilen und komprimierten Gasquellen, wie zum Beispiel Gaskompressionspumpen.
  • x) Geräte wie oben, aber mit einer verschachtelten Struktur mit größeren elastomerischen Kapseln, inklusive einer oder mehrerer elastomerischer Kapseln und wahlweise, unkomprimirbarer Flüssigkeit.
  • xi) Geräte wie oben, welche als aufprallabsorbierende Polster und für persönliche Schutzbekleidung verwendet werden können.
  • xii) Geräte wie (i) bis (x) oben, welche als aufschlagabsorbierende Polster an Fahrzeugen verwendet werden, um Insassen oder Objekte die im Fahrzeug reisen oder Personen, Tiere oder Objekte außerhalb von Fahrzeugen während einer Kollision zu schützen.
  • xiii) Geräte wie (i) bis (x) oben, welche als schützende Verpackung genutzt werden.
  • xiv) Geräte wie (i) bis (x) oben, welche als Sattel oder schützende Polster für Tiere genutzt werden
  • xv) Geräte wie (i) bis (x) oben, welche als Strassenbegrenzungen, verkehrsberuhigende Höcker oder andere fahrzeugverzögernde Maßnahmen verwendet werden.
  • xvi) Geräte wie (i) bis (x) oben, in denen der Flüssigkeitsanteil eine Flüssigkeit ist, die in der inneren Packung gespeichert oder transportiert wird, wobei die innere Packung als ein Speichercontainer fungiert.
  • xvii) Geräte in denen die Flüssigkeit elektrorheologisch oder magnetorheologisch ist, wobei das Gerät mit entsprechenden Kreisen verbunden ist, um ein elektrorheologisches oder magnetorheologisches Verhalten als Reaktion auf wechselnde äußere Bedingungen zu erreichen.

Anspruch[de]
  1. Ein aufprall- oder vibrationsabsorbierendes Gerät, bestehend. aus einem verformbaren Container oder flexibler Verpackung, gefüllt mit einer Mixtur aus Flüssigkeit, Schmierfett oder gallertartiger Flüssigkeit und zwei oder mehr federnden Kapseln, drei beweglich relativ zu einander, mit dem Gerät bestehend aus einer oder mehreren permeablen Hindernissen, mit den Löchern in den Hindernissen zu klein um die Kapseln durchzulassen, charakterisiert durch die Bereitstellung von Viskosedämpfung, wenn etwas von der Flüssigkeit durch kleine Löcher in dem Hindernis(sen) gedrückt wird wäbrend eines starken Aufpralls.
  2. Ein aufprall- oder vibrationsabsorbierendes Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens ein permeables Hindernis als Teil der äußeren Verpackung oder Containerwände.
  3. Ein aufprall- oder vibrationsabsorbierendes Gerät nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch. das permeable Hindernis bedeckt mit einer undurchlässigen, elastischen Membrane, in regulären, kurzen Intervallen an der äußeren Oberfläche des permeablen Hindernisses befestigt, so daß Flüssigkeit, welche durch das permeable Hindernis während des Aufpralles gedrückt wird lokal eingeschlossen ist, in Blasen geformt aus der ausgedehnten elastischen Membrane, mir der komprimierten Belastung generiert durch das ausdehnen der elastischen Membrane, treibt die Flüssigkeit nach dem Aufprall zurück durch das permeable Hindernis.
  4. Ein aufprall- oder vibrationsabsorbierendes Gerät nach den oben genannten Ansprüchen; gekennzeichnet durch mindestens ein permeables Hindernis als Teilung innerhalb des deformierbaren Containers oder Verpackung, welche eine Vielzahl von Unterkammern kreiert, jede beinhaltet Flüssigkeit, mit den permeablen Hindernissen ungefähr senkrecht zu der aufprallabsorbierenden Fläche des Gerätes.
  5. Ein aufprall- oder vibrationsabsorbierendes Gerät nach Anspruch. 4, dadurch gekennzeichnet, daß die permeablen Hindernisse hinreichend eng zu einander sind, so daß bei absorbierenden Aufpralle, einige der elastomerischcn Kapseln immer unter der Aufprallzone eingeschlossen sind
  6. Ein aufprall- oder vibrationsabsorbierendes Gerät nach den oben genannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere des Gerätes in zwei Unterkammern unterteilt ist, getrennt durch ein permeables Hindernis und der Reihe nach angeordnet entlang der Wirkungslinie der Aufprallenergie, mit dem Behältnis der ersten Unterkammer mit flexiblen Seiten, seinem Volumen erlaubend sich bei einem Aufprall zu reduzieren und der zweiten Unterkammer, gehalten von einem steifwändigen äußeren Behältnis, so daß sein Volumen konstant bleibt, aber die Flüssigkeit die Möglichkeit hat während eines Aufpralles durch die permeable Barriere zu fließen, wenn sich das Volumen aus dem federnden Material in der zweiten Unterkammer verkleinert und mit der zusätzlichen Flüssigkeit zurück in die erste Unterkammer gepumpt wird, wenn die federnden Kapseln sich ausdehnen, nachdem sich die deformierenden Kräfte von ihrem maximalen Wert verringert haben.
  7. Ein aufprall- oder vibrationsabsorbierendes Gerät nach den oben genannten Ansprüchen umschlossen von einer äußeren flexibel-wändigen Hülle dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Hülle fähig ist die Flüssigkeit von dem ersten inneren Pack aufzunehmen und zu speichern, wenn das innere Pack reist und den gesamten oder wenigstens einen erheblichen Teil seiner beinhalteten Flüssigkeit verliert.
  8. Ein aufprall- oder vibrationsabsorbierendes Gerät nach den oben genannten Ansprüchen gekennzeichnet durch, die inneren und/oder äußeren Wände bestehend aus beschichtetem Material mit. zwei kontrastierenden Farben, mit dem innersten Material der Beschichtung sichtbar bei optischer Inspektion, wenn die äußere Schicht der Beschichtung beschädigt wird.
  9. Ein aufprall- oder vibrationsabsorbierendes Gerät nach den oben genammten Ansprüchen dadurch gekennzeichnet; daß die Verpackung eine Vielzahl von abwechselnden elastomerischem Schaum oder festen Schichten, und gemischten federnden Kapsel und Flüssigkeitsschichten umschließt
  10. Ein aufprall- oder vibrationsabsorbierendes Gerät nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten Seitenwände aus elastomerischem Material haben, so daß der hydraulische Druck, ausgeübt durch die Flüssigkeit während eines Einschlages, dazu fahrt das die Wände komprimiert werden und so einen Teil der Aufprallenergie absorbieren
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen






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