(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
その内面が通路を画定する巻きの積み重ね（９ａ）を有する、可塑性の変形能を有するコイルばねを含む引張部材（２）を有する、運動体の運動エネルギーを吸収する装置であって、巻き（９ａ）の少なくとも一部を、前記通路を通して連続して引っ張り、巻き直径（１０ａ）を低減させると共に、ピッチ（１１ａ）を増大させることにより、変形することができることを特徴とする、装置。
【請求項２】
前記巻きの変形（９ｂ）中に積み重ねの位置を保持する停止手段（５、６；５’）を特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記停止手段（５、６；５’）が、一端部に前記積み重ねられた巻きが置かれ、前記積み重ねられた巻きの前記通路に接合する貫通穴（７）を有する支持体（６；５’）を有することを特徴とする、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記貫通穴（７）が、少なくとも前記巻き（９ａ）の内径に対応することを特徴とする、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記停止手段（５、６；５’）が、前記巻きの変形（９ｂ）中、前記積み重ねられた巻きが、通路が延びる方向に対して横方向に変位しないようにする停止面（５；５’）を備えることを特徴とする、請求項２〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記支持構造および前記停止面が、好ましくは段差を有するように、および／または一体として作られるブッシュ（５’）の部分であることを特徴とする、請求項３〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記巻きの積み重ねが、前記通路が延びる方向から見て、前記停止面（５）を超えて突出することを特徴とする、請求項５または６に記載の装置。
【請求項８】
物体により前記装置に応力がかかる前、前記コイルばね（２）の前記一端部は、前記巻きの積み重ねの前記通路内に突出するか、または前記通路を通過していることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記巻きの積み重ねのうちの前記巻き（９ａ）が、略同じ直径（１０ａ）を有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記巻き（９ａ）が、前記巻きの積み重ねの開始および／または終了する箇所までに連続的に大きくなるか、または小さくなる直径を有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記引張部材（２）は、最低でも５００Ｎ／ｍｍ2および／または最高で２０００Ｎ／ｍｍ2の引張強さのワイヤで作られることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記引張部材（２）が、好ましくは丸い断面を有し、かつ／または耐腐食性を有する鋼線から作られることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記巻き（９ａ）の表面が、平滑性および／または耐摩耗性を増大させるように処理されることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記引張部材（２）の両端部（２ａ、２ｂ）のうちの少なくとも一方に、ロープを取り付けるためのアタッチメントが設けられることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記引張部材（２）が、ロープが通される捻れた管により形成されることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文による、運動体の運動エネルギーを吸収する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
引張部材を材料に対して伸長させ、抵抗を形成することによりエネルギーを吸収する装置が、例えば、登山における、もしくは建設業界での組立作業における落下ブレーキ、自動車工学における安全ベルトのいわゆる「衝撃吸収装置」、または、安全網、ロープバリア等の、動的に応力がかかる支持構造内のブレーキ等、多くの応用分野で使用されている。
【０００３】
このような用途では、可塑的に変形可能な引張部材が好ましい。その理由は、例えばばね鋼製の伸び過ぎない（ｎｏｎ−ｏｖｅｒｓｔｒｅｔｃｈｅｄ）ばね、またはゴムストラップにより得られるような高い弾性変形能によって、吸収される運動エネルギーが一時的にのみ蓄えられ、次に、その大半が制動された物体に戻され、その物体を再び動かし得るからである。
【０００４】
エネルギー吸収において、制動路全体にわたり制動力が一定に生じることが望ましい。なぜなら、それが一定に生じれば、運動体が一定の負の加速度で制動され、故に、均一の力を受けることになるためである。
【０００５】
しかし、張力を受けた場合、弾性または可塑性の変形能を有するコイルばねの形態の引張部材は、ばねの全範囲にわたって一定のばね力を有さない。コイルばねの場合、張力を受けた後、巻きの直径の低減とピッチの増大とを同時に伴って伸びることによって、すべての巻きに対して同時に応力がかかり、さらに伸びるための抵抗が常に増大するため、ばねが伸びるほどばね力が増大する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、可能な限り一定の制動力で、全制動経路のうちより広い部分にわたって伸長可能な引張部材を有する装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
これらの目的を達成する装置を、請求項１に記載している。さらなる請求項では、本発明による装置の好ましい実施形態を記載している。
【０００８】
本発明について、図を参照しつつ、例示的な実施形態を用いてさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】応力がかかっている状態の本発明による装置の長手方向断面である。
【図２】図１の装置の、線Ｉ−Ｉを通る断面である。
【図３】制動力／制動路の図である。
【図４】本発明による装置のさらなる変形の長手方向断面である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、引張部材２に対して作用する外力１５を部分的に受け、力１５とは逆の方向に制動力１６を生じた状態の、本発明による装置１を示す。引張部材２は、いくつかの３６０°の巻き９ａ、９ｂ、９ｃを有するコイルばねの形態である。９ａは、上下に積み重ねられ、力１５をまだ受けていない巻きの部分を表す。９ｂは、応力を受けている巻きの部分のうち、応力を受けていない巻き９ａ内に伸びている部分を表し、その一方で、９ｃは、応力を受けている巻きの部分のうち、図１で応力を受けていない巻き９ａの下端部から突出する部分を表す。以下、積み重ねられた巻き９ａのこの下端部を、積み重ねの支持端部とも呼び、自由端部は、図１による積み重ねられた巻き９ａの上端部と呼ぶ。
【００１１】
コイルばねは、ワイヤの直径３を有するワイヤから形成され、可塑性の変形能を有する。図１には、制動距離１４だけ伸長した状態の、変形した引張部材２が示されている。
【００１２】
３６０°の巻き９ａの積み重ねは、保護フード８で閉じられている。この積み重ねの支持端部は、センタリングリング５で囲まれ、センタリングリング５にしっかりと接続された支持板６上に配置される。上記支持板には貫通穴７が設けられ、貫通穴７の直径は、少なくとも巻き９ａの内径に対応する。
【００１３】
可塑的に徐々に変形する巻きの部分９ｂは、引張部材２の巻きの積み重ねられた部分９ａに接触し、この部分９ｂは、それ以上は変形しない巻きの部分９ｃに続く。
【００１４】
応力を受けない巻き９ａは、巻き直径１０ａおよびピッチ１１ａで積み重ねられる。引張部材の端部２ｂを有する巻き９ａの積み重ねは、支持板６上に支持され、センタリングリング５により貫通穴７上に位置決めされる。
【００１５】
センタリングリング５および支持板６は、巻き９ｂが変形した場合に、巻き９ａの積み重ねがその位置を保持することを保証する停止手段を形成する。特に、センタリングリング５を設けることにより、通路が延びる方向に対して横方向への積み重ねの変位を回避する停止面が生み出され、そのため、通路は常に貫通穴７に位置合わせされる。
【００１６】
引張部材２ａの端部に作用する、制動対象の物体の移動に起因する引張から生じる外力１５によって、力１５とは逆の方向に制動力１６が生じる。巻き９ａが、巻き９ａの積み重ねの内面および支持板６の貫通穴７により画定される通路を通って連続して引っ張られることにより、巻き９ａは、中間形態９ｂを介して、より小さな巻き直径１０ｃおよびより大きなピッチ１１ｃを有する巻き９ｃに変形する。中間形態９ｂは巻き直径１０ｂおよびピッチ１１ｂを有する。引張部材２の変形は、各巻きの直径１０ａ、１０ｂ、１０ｃが低減する一方で、各ピッチ１１ａ、１１ｂ、１１ｃが増大するように行われる。
【００１７】
変形するにあたって、巻き９ｂは、その下にある巻き９ａ上を摺動し、巻き９ｂの新たな表面が常に、その下にある巻き９ａの新たな表面上を摺動するように、巻き９ｂと巻き９ａとの間に位置する接触点１２が漸進的に変化する。巻き９ａが、巻き９ａの積み重ねの内面および支持板６の貫通穴７により画定される通路を通って引っ張られると、巻き９ｂは巻き９ａの表面に沿って摺動し、巻き９ａの新たな表面が常に巻き９ａの積み重ねの表面上を摺動するように、巻き９ａの間に位置する接触点１３が漸進的に変化する。
【００１８】
制動力（図３では１６で示される）のうち、接触点１２および１３において生じる分力に由来する、摺動摩擦による分力は、制動路（図３では１４で示される）全体にわたる巻き９ｂの可塑性変形によって生じる主分力と合わせると、おおよそ一定の値を取り、それにより、制動力１６の全体が制動路１４全体にわたって均一となる。
【００１９】
センタリングリング５は、巻き９ａの積み重ねの長さよりも小さな軸方向長さを有し、好ましくは、積み重ねの支持端部にある巻き９ａのうちの少数のみを囲む。したがって、積み重ねの自由端部はセンタリングリング５で囲まれず、それにより、巻きの自由端部に位置する、最後の巻き９ａが変形し始める際に、引張部材２とセンタリングリング５との摩擦の増大が回避される。
【００２０】
接触点１２および１３での摺動摩擦を低減するために、１本または複数本のワイヤの表面の滑りやすさおよび耐摩耗性を、例えば、塩浴軟窒化（例えば、Ｔｅｎｉｆｅｒ  ＱＰＱ法、ＱＰＱは焼入れ／研磨／焼入れを表す）により改良することができる。摺動摩擦を低減するために、表面を処理する他の方法も考えられる。特定の状況下では、例えば、ワイヤの表面の研磨で十分である。
【００２１】
制動対象である物体への引張部材２ａの接続を容易にするために、装置１を製造する際にすでに、引張部材２の端部２ａが巻き９ａの積み重ねを通して引っ張られているか、または巻き９ａの積み重ね内に少なくとも突出しているようにしておくことができる。さらに、端部２ａに例えば、ロープを取り付ける役割を果たすような、適切なアタッチメントを設けることができる。
【００２２】
図２は、巻き９ａの内面および貫通穴７により画定される巻き直径１０ｂを有して可塑性に変形する巻き９ｂとして連続して引っ張られる、巻き直径１０ａを有する積み重ねられた巻き９ａを囲む保護フード８を有する、図１の装置の断面Ｉ−Ｉを示す。
【００２３】
図３は、図１による装置に応力がかかった場合の、制動力／制動路の推移の図を示す。見て分かるように、制動路１４の非常に短い部分の間に、制動力１６が、残りの制動路１４全体にわたって実質的に均一のままである最終値に達する。曲線の下のエリア１７は、図１による装置１に応力がかかった場合に、制動力１６および制動路１４により吸収されたエネルギー１７に対応する。
【００２４】
図４は、本発明による装置のさらなる変形１’を示す。ここでは、停止手段が、段差を形成することによりテーパ形に設計されたブッシュ５’の形態で設けられる。積み重ねられた巻き９ａはブッシュ５’の段差に接触して置かれるが、変形する巻き９ｂは、ブッシュ５’内の小さい方の穴を通って突出し、この小さい方の穴の直径７は、図１に示した別例に対応するように選択される。ブッシュ５’のテーパ端部は、キャリア６’に形成される穴に係合する。
【００２５】
ブッシュ５’は、一方では、引張部材２に対する支持構造として機能し、他方では、引張部材２が横方向に逸れないようにするサイドストップとして機能する。ブッシュ５’は、金属塊から製造することができる。
【００２６】
キャリア６’には、例えば、装置１’を嵌めるための穴が設けられ、この穴に、ブッシュ５’のテーパ端部が挿入される。
【００２７】
本発明による装置は、多くの異なる方法で、例えば、登山における、もしくは建設業界での組立作業における落下ブレーキ、自動車工学における安全ベルトのいわゆる「衝撃吸収装置」、および／または、安全網、ロープバリア等の、動的に応力がかかる支持構造内のブレーキとして使用することができる。
【００２８】
装置１、１’は、用途に対応するように設計される。例えば、人間の落下保護のための制動力の範囲は、２ｋＮ〜３ｋＮの範囲内であり、制動路の長さは数１０ｃｍから１ｍ〜２ｍである。動的に応力がかけられる支持構造の場合、最高で２００ｋＮ以上の制動力が必要とされ、その場合の制動路の長さは数ｍである。
【００２９】
引張部材は、好ましくは、数ｍｍ〜数ｃｍの範囲の直径を有し、引張強度５００Ｎ／ｍｍ2〜２０００Ｎ／ｍｍ2を有する丸いワイヤで作られ、高い延性も有するワイヤが特に好ましい。特に、鋼線が引張部材として適する。
【００３０】
当業者は、特許請求の範囲により規定される本発明の保護範囲から逸脱せずに、上記説明に対して多くの変更を行い得る。
【００３１】
中実のプロファイルに代えて、例えば、壁厚の鋼管等の中空のプロファイルを引張部材２として使用することもできる。
【００３２】
引張部材２として、捻れた鋼管を使用することも考えられ、そのパイプの内部を通してロープが案内され、このロープが主引張部材として機能し、それにより、外力１５を巻き（９ａ、９ｂ、９ｃ）に伝達し、制動力１６を動員する。それにより、外力１５は、制動後にロープを介して伝達される。
【００３３】
さらに、応力を受けない巻き９ａの積み重ねは必ずしも、図示されるように、円筒形の外形を有する必要はない。例えば、積み重ねが一端部および／または他端部に向かって連続的に広くまたは狭くなる他の形態も考えられる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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