Düsenkatapultvorrichtung

Abstract

 Offenbart wird Düsenkatapultvorrichtung, aufweisend eine an einem Ende schwenkbar gelagerte Schwinge (4), und eine an dem anderen Ende der Schwinge (4) vorgesehene, mit einem unter Druck stehenden Medium beaufschlagbare Düse (10), die zum Antrieb der Schwinge (4) dient, wobei an der Schwinge (4) ein Sitz (14) zur Aufnahme eines Benutzers eingerichtet ist, gekennzeichnet durch eine Schubverzögerungseinrichtung (12), die mit der Düse in Verbindung steht und den freien Querschnitt der Düse zumindest abschnittsweise mit zunehmendem Arbeitswinkel der Schwinge (4) erhöht.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Düsenkatapultvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1, die als Sportgerät bzw. Freizeitgerät zum Einsatz kommt. Eine derartige Düsenkatapultvorrichtung ist bereits aus der DE 10012170 C1 bekannt.

[0002] Katapulte sind als Steinschleudern bereits aus dem Altertum bekannt. Dabei werden Wurfgegenstände mittels des Katapultes über eine größere Entfernung bewegt. Derartige Katapulte sind zum Teil federgespannt, eignen sich jedoch auf Grund ihrer plötzlichen schlagartigen Auslösung nicht als Freizeitgerät für Personen.

[0003] Ein Katapult als Freizeitgerät für Personen ist durch die US 57 69 724 bekanntgeworden. Als Antrieb werden elastische Seile verwendet.

[0004] Aus der gattungsbildenden DE 10012170 C1, die auf denselben Anmelder zurückgeht, ist eine Düsenkatapultvorrichtung bekannt, die jedoch keine geeignete Schubverzögerung bewerkstelligt. Das offenbarte Verschlußrohr ragt zwar in die Düse hinein, liefert jedoch keine zunehmende Schubkraft.

[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Angabe einer Katapultvorrichtung, die als Sportgerät bzw. Freizeitgerät Anwendung findet und dem Benutzer eine sanfte Auslösung mit zunehmender Schubkraft nach Auslösung bereitstellt. Dadurch soll die Attraktivität der Düsenkatapultvorrichtung auch für empfindlichere Personen, insbesondere für Kinder und ältere Menschen erhöht werden.

[0006] Die Aufgabe wird gelöst durch eine Düsenkatapultvorrichtung gemäß Anspruch 1. Die schwenkbar gelagerte Schwinge steht mit einer Düse in Verbindung, die ein unter Druck stehendes Medium ausstößt und auf Grund des Impulserhaltungssatzes eine Beschleunigung in der entgegengesetzten Richtung erfährt. In dem Sitz ist ein Benutzer aufgenommen, der aufgrund der eingebauten Schubverzögerungseinrichtung zunächst sanft beschleunigt, dann jedoch mit zunehmender Beschleunigung auf die gewünschte Abfluggeschwindigkeit gebracht wird. Die letztlich erreichte Schubkraft beträgt bis zu 3g. Nach der zwangsgeführten Beschleunigungsphase schließt sich ein ein freier Fall des Benutzers in einer Parabelflugbahn an.

[0007] Durch die Schubverzögerungseinrichtung, die mit der Düse in Verbindung steht, wird zunächst beim Startvorgang eine verminderte Schubkraft bereitgestellt, so daß der Benutzer nicht schlagartig beschleunigt wird, was sein Wohlbefinden beeinträchtigen könnte. Nach Einleitung des Startvorgangs wird jedoch die wirkende Schubkraft oder Beschleunigung des Benutzers zumindest abschnittsweise bzw. über einen bestimmten Winkelbereich der Schwinge zunehmend erhöht, um die gewünschte und erforderliche Endgeschwindigkeit des Benutzers zu erreichen.

[0008] Bevorzugt ist die Schubverzögerungseinrichtung ein gekrümmtes Rohr, das sich über eine bestimmte Höhe erstreckt und aufgrund der Krümmung über die gesamte Länge denselben Abstand von der Schwenkachse der Schwinge hat. Der Querschnitt des Rohrs ist zumindest abschnittsweise oder bereichsweise nach oben verjüngt, so daß das in die Düse hineinragende Rohr im Öffnungsbereich der Düse mit zunehmendem Arbeitswinkel der Schwinge einen zunehmenden freien Querschnitt erzeugt. Dieser mit dem Arbeitswinkel der Schwinge zunehmende Öffnungsquerschnitt der Düse erhöht entsprechend auch den zur Verfügung stehenden Schub.

[0009] Bevorzugt ist ein konischer Querschnitt vorgesehen, der zumindest abschnittsweise am Rohr vorgesehen ist.

[0010] Es ist bevorzugt, daß die Düse mit einem eng benachbarten Wasserbehälter verbunden ist, der vorzugsweise stimseitig am Ende der Schwinge befestigt ist. Damit ist eine unmittelbare Verbindung von Düse und Wasserbehälter gewährleistet. Ein größerer Transportweg des Wassers bis zur Düse ist vermieden.

[0011] Der Wasserbehälter steht bevorzugt mit mindestens einem Druckluftbehälter in Verbindung. Damit wird der Wasserbehälter unter Druck gesetzt.

[0012] Zwischen mindestens einem Druckluftbehälter und dem Wasserbehälter ist bevorzugt ein Auslösebehälter vorgesehen, der eine für die Auslösung des Startvorgangs ausreichende Luftmenge zur Verfügung stellt und mit einem Druckanzeigegerät verbunden ist, um dem Benutzer die zunehmende Aufladung des Auslösebehälters optisch und/oder akustisch anzuzeigen.
Bevorzugt ist der Auslösebehälter auch während des Startvorgangs mit dem Druckluftbehälter verbunden, um den während des Startvorgangs im Auslösebehälter eintretenden Druckabfall sofort auszugleichen.

[0013] Die Düse ist bevorzugt so angeordnet, daß ein Austritt des Mediums im wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Schwinge stattfindet. Damit ist eine optimale Beschleunigung der Schwinge gewährleistet.

[0014] Zwischen Wasserbehälter und Auslösebehälter ist bevorzugt ein betätigbares Startventil angeordnet. Damit kann der Startvorgang kontrolliert bzw. gesteuert eingeleitet werden.

[0015] Ein als Betriebsbremse wirkender Hydraulikzylinder ist bevorzugt vorgesehen, der die Schwinge beginnend ab einer bestimmten Winkelposition verzögert. Sobald die Schwinge einen bestimmten einstellbaren Winkel erreicht, wird der Bremsvorgang eingeleitet, so daß ein Überkippen der Schwinge wirksam vermieden wird. Der Hydraulikzylinder arbeitet mit einer Bypass-Leitung, die ab einer bestimmten Winkelposition das verdrängte Hydraulikfluid aufnimmt. In der Bypass-Leitung ist eine Hydraulikbremse (z.B. Querschnittsverengung) vorgesehen.

[0016] Bevorzugt ist eine Abschaltung der Druckluftzufuhr bzw. eine Unterbrechung der Druckluftleitung ab einer bestimmten Winkelposition vorgesehen. Mit dieser Einrichtung wird eine Verlangsamung der Schwinge in einer gegenüber der Bremsposition des Hydraulikzylinders weiter außen liegenden Winkelposition eingerichtet. Damit wird ein Überkippen der Schwinge wirksam ausgeschlossen.

[0017] Bevorzugt ist eine Verschlußvorrichtung in der Nähe der Düse vorgesehen, die die Düse in der Startposition verschließt. Damit wird in der Startposition die Düse bis zur Einleitung des Startvorgangs nach unten abgedichtet, wozu ggf. ein O-Ring eingesetzt wird.

[0018] Bevorzugt ist die Druckluftleitung alternativ zur Ausbildung mit einem Startventil über ein externes Steuerpult ( vor dem Auslösebehälter) und zwei beidseits des Sitzes des Benutzers gebildete Auslöseeinrichtungen (hinter dem Auslösebehälter) geführt, wobei diese 3 Sperrorgane bevorzugt in Serie geschaltet sind. Damit wird zunächst bei Öffnung der Leitung durch das externe Steuerpult der Auslösebehälter mit Druckluft gefüllt.
Sobald die vollständige Füllung des Auslösebehälters erreicht ist, wird durch einen Sicherheitsschalter, der bei einem Druck oberhalb eines vorbestimmten Drucks die Leitung freigibt, die Auslösung durch den Benutzer freigeschaltet. Durch gleichzeitige manuelle Auslösung beider in Reihe geschalteter Auslöseeinrichtungen wird der Startvorgang eingeleitet.
Bevorzugt wird die Befüllung des Auslösebehälters und des Druckluftbehälters durch einen extern angeschlossenen Kompressor vorgenommen, der beide Behälter auf einen bestimmten Druck befüllt. Dabei ist in einer ersten Ausführungsform der Druckluftbehälter mit dem Kompressor und der Auslösebehälter mit dem Druckluftbehälter verbunden. Alternativ kann der Kompressor mit beiden Behältern verbunden sein, um deren schnelle Befüllung noch während des Startvorgangs sicherzustellen.

[0019] Eine Meßeinrichtung für den Puls des Benutzers ist bevorzugt am unteren Ende des Sitzes vorgesehen. Diese wird lösbar am Fuß des Benutzers befestigt und mißt laufend dessen Puls. Die Pulsmessung wird optisch und/oder akustisch dargestellt.

[0020] Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung.

[0021] Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer Düsenkatapultvorrichtung gemäß der Erfindung in der Startposition.

[0022] Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht der Düsenkatapultvorrichtung von Fig. 1 in Betriebsposition.

[0023] Fig. 3 zeigt die Schubverzögerungseinrichtung gemäß der Erfindung im Querschnitt.

[0024] In den Figuren ist eine Düsenkatapultvorrichtung gezeigt, die als Funsportgerät bzw. Freizeitsportgerät dem Benutzer extreme Beschleunigungen mit anschließender Parabelflugbahn zur Verfügung stellt. An einem Untergestell 2 aus Vierkantstahlrohr befindet sich eine aus Aluminium gebildete Schwinge 4, wobei die Schwinge 4 mehrere miteinander verschweißte Aluminiumrohre aufweist. Die Schwinge 4 ist an dem Untergestell 2 um eine Drehachse 6 schwenkbar gelagert. Die Drehachse wird gebildet durch ein Rohr, in das eine Welle mit Untermaß eingeschoben ist. Die Welle ist rechtsseitig und linksseitig in einem Kugellager am Untergestell 2 befestigt.

[0025] Die Schwinge 4 ist mit Aluplatten zum Sichtschutz verkleidet. In etwa 3 Meter Entfernung vom Drehpunkt befindet sich an der Oberseite der Schwinge 4 ein anatomisch geformter Sitz 14, der auf die Schwinge geschweißt ist. Radial hinter der in dem Sitz 14 gebildeten Rückenlehne ist senkrecht zur Längsachse der Schwinge ein Wasserbehälter 8 befestigt, der an seinem unteren Ende eine Düse 10 zum Austritt von unter Druck stehendem Wasser aufweist. Der Wasserbehälter ist mit etwa 40 Liter Wasser befüllt. Die als Austrittsöffnung dienende Düse 10 am unteren Ende des Wasserbehälters 8 besitzt einen Durchmesser von etwa 90 mm. Am oberen Ende des Wasserbehälters 8 ist ein als Preßluftkugelventil ausgebildetes Startventil 16 vorgesehen, das mittels eines Federmechanismus und eines Bowdenzuges betätigt bzw. ausgelöst werden kann. Das Preßluftkugelventil hat eine Durchlaßöffnung von ca. 25mm. Die Öffnungsgeschwindigkeit nach Betätigung des Ventils liegt im Millisekundenbereich.

[0026] Das Startventil 16 ist über eine Schlauchleitung 18, die in den Rohren der Schwinge 4 geführt ist, mit einem bzw. zwei Druckluftbehältern 26 verbunden, die im Untergestell 2 nahe der Drehachse 6 angeordnet sind. Die Druckluftbehälter 26 haben ein Fassungsvermögen von jeweils etwa 90 - 200 Litern. Die Druckluftbehälter sind über einen zwischengeschalteten Auslösebehälter 28 mit dem Wasserbehälter 8 verbunden. Der Auslösebehälter 28 enthält die für die Durchführung mindestens eines vollständigen Wurfvorgangs erforderliche Druckluftmenge, hat ein kleineres Aufnahmevolumen als mindestens einer der Druckluftbehälter 26 und ist bevorzugt an dem der Drehachse 6 benachbarten Ende der Schwinge 4 bodenseitig angebracht und befestigt. Alternativ ist der Auslösebehälter außerhalb der Schwinge angeordnet, um deren Gewicht zu vermindern. Die Druckluft im Auslösebehälter 28 setzt das in dem Wasserbehälter 8 befindliche Wasser über nur zum Teil dargestellte Schlauchleitungen 18 unter Druck. Während des Wurfvorgangs und nach Abschluß des Wurfvorgangs wird der Auslösebehälter 28 durch den Druckluftbehälter 26 nachgeladen. Der Druck des Auslösebehälters 28 wird durch ein Druckmeßgerät (nicht gezeigt) gemessen und optisch angezeigt.

[0027] Ein Hydraulikzylinder 22 ist vorgesehen in Form einer an der Schwinge 4 und an dem daruntergelegenen Untergestell befestigten Kolben/Zylindereinheit. Der Hydraulikzylinder 22 ist mit einer einstellbaren Bypass-Leitung verbunden, die ab einem vorbestimmten einstellbaren Winkel das verdrängte Fluid über eine Bremse leitet, die die weitere Bewegung der Schwinge verzögert bzw. abbremst.

[0028] Zusätzlich zu dem Hydraulikzylinder 22 ist eine Notbremse in Form eines Seils 20 vorgesehen. Das Seil 20 ist bevorzugt ein Nylonseil, das an der Schwinge 4 an einer oberhalb des Befestigungspunktes des Hydraulikzylinders 22 vorgesehenen Position befestigt ist. Das Seil ist ferner über eine Umlenkung im Untergestell 2 an einen (nicht gezeigten) Gasdruckdämpfer gekoppelt. Der Gasdruckdämpfer wird dabei progressiv eingefedert. Sobald die Schwinge einen Winkel von etwa 75° erreicht, wird sie automatisch gebremst bzw. gestoppt. Nach der Bremsung fällt die Schwinge 4 zurück und wird von einem im Bereich des Untergestell 2 vorgesehenen (nicht gezeigten) Dämpfer mit Gummiauflagen abgefangen. Ferner ist über einen an der Schwinge vorgesehenen Schalter eine Abschaltung der Druckluftzufuhr und damit eine Schubabschaltung bei bzw. ab einem vorbestimmten Winkel der Schwinge vorgesehen.

[0029] Zur geeigneten Einstellung des Startvorgangs ist an dem Untergestell 2 stirnseitig eine Schubverzögerungseinrichtung in Form eines gekrümmten Rohrs 12, wie in Fig. 3 gezeigt, vorgesehen, das die Düse 10 in der Startposition der Schwinge durchdringt. Ferner dichtet ein am unteren Ende des Rohrs vorgesehener O-Ring die Austrittsöffhung der Düse 10 ab. Das Rohr 12 ragt in der Startposition etwa 55 bis 70, bevorzugt etwa 60 bis 65 cm in die Düsenöffnung hinein. Nach Einleitung des Startvorgangs und Aufwärtsbewegung der Schwinge wird die Düse 10 aus dem fest am Untergestell 2 fixierten Rohr 12 herausgefahren und schließlich von dem Rohr 12 getrennt.

[0030] Wie in Figur 3 gezeigt, ist das Rohr 12 über seine gesamte Länge kreissegmentförmig gebogen und in seinem oberen Abschnitt konisch geformt. Durch die kreissegementförmige Ausgestaltung wird sichergestellt, daß jedes Rohr in jedem Abschnitt denselben Abstand von dem Drehpunkt der Schwinge hat, so daß die Düse 10 das Rohr 12 mit Abstand und Spiel einfaßt. Dadurch wird der freie Öffnungsquerschnitt der Düse 10 mit zunehmender Winkelstellung der Schwinge 4 erhöht, wodurch sich der Schub ebenfalls erhöht. Alternativ ist das Rohr 12 in seinem gesamten Bereich (nicht gezeigt) mit einem sich verjüngenden Querschnitt ausgelegt. Der Querschnitt des Rohrs 12 beträgt 70 bis 100 cm, bevorzugt etwa 80 bis 90 cm, wobei die Länge etwa 600 bis 650 mm beträgt. In einer Ausführungsform ist das Rohr 12 nach oben geschlossen, in einer zweiten Ausführungsform nach oben offen. In dieser zweiten Ausführungsform wird das Rohr 12 von unten über eine angeschlossene Wasserleitung, die mit einem Rückschlagventil versehen ist, mit Wasser bis zu einem bestimmten Pegelstand gefüllt.

[0031] Der Antrieb ist ein Rückstoßantrieb bzw. Raketenantrieb, bei dem etwa 40 Liter Wasser mittels Preßluft verdrängt werden. Der Antrieb entwickelt bei 10 Bar einen Schub von annähernd 6000 N. Der Antrieb ist so konzipiert, daß der Schub aussetzt, wenn die Schwinge einen Winkel von etwa 45° erreicht hat, was durch den oben genannten Schalter bewirkt wird. Um die Schubverzögerung einzustellen, ragt das Rohr 12 in einer bestimmten Länge, beispielsweise etwa 60 cm, in die Austrittsöffnung der Düse 10 hinein. Ferner wird durch einen am bodenseitigen Rohrende vorgesehenen O-Ring die Düse 10 in der Startposition verschlossen, so daß kein Wasser aus der Düse 10 austritt. Aufgrund der durch das Rohr 12 bewirkten Querschnittsverengung ist zu Anfang des Startvorgangs der Schub gering, während nach Austritt des Rohrs aus der Düse, d.h. wenn die Düse ganz frei ist, die volle Schubkraft erreicht wird.

[0032] Die Katapultschwinge 4 wird durch den Rückstoßantrieb beschleunigt. Der Hydraulikzylinder 22 ist in einem Ausführungsbeispiel so eingestellt, daß die Beschleunigung bei 40° abgebremst wird, wobei bei 45 ° der Schub aufgrund der Unterbrechung der Druckluftzufuhr aussetzt. Die erreichte Beschleunigung beträgt etwa 38,5m/s², was etwa 4g entspricht. Die Flugweite beträgt bei dem eingesetzten Typ etwa 8 - 15 m.

[0033] Der Startvorgang läuft so ab, daß zunächst von dem Druckluftbehälter 26 der Auslösebehälter 28 mit Druckluft bis zu einem bestimmten Druck gefüllt wird. Danach bleibt die Versorgung des Auslösebehälters erhalten. Durch das am Auslösebehälter angeschlossene Druckmeßgerät wird der Druckanstieg überwacht und dem Benutzer angezeigt. Bei Erreichen eines für den Startvorgang erforderlichen Mindestdrucks wird die Druckleitung 18 durch den Schalter freigegeben, so daß der Benutzer durch gleichzeitige Betätigung der beiden manuell betätigbaren Auslöseeinrichtungen den Startvorgang einleiten kann. Durch Druckbeaufschlagung der Düse wird die Schwinge 4 angehoben, so daß Wasser aus der Düse 10 austreten kann. Der zunehmend sich öffenende Querschnitt der Düse führt zu einem sich steigernden Schub bis zu vollen Beschleunigung des Benutzers. Ab einem bestimmten Arbeitswinkel der Schwinge wird die Betriebsbremse des Hydraulikzylinders ausgelöst, so daß die Beschleunigung sinkt. Ab einem weiteren Arbeitswinkel wird schließlich der Schub durch Unterbrechung der Druckzufuhr abgeschaltet.

Ansprüche

1. Düsenkatapultvorrichtung, aufweisend eine an einem Ende schwenkbar gelagerte Schwinge (4), und eine an dem anderen Ende der Schwinge (4) vorgesehene, mit einem unter Druck stehenden Medium beaufschlagbare Düse (10), die zum Antrieb der Schwinge (4) dient, wobei an der Schwinge (4) ein Sitz (14) zur Aufnahme eines Benutzers eingerichtet ist, gekennzeichnet durch eine Schubverzögerungseinrichtung (12), die mit der Düse in Verbindung steht und den freien Querschnitt der Düse zumindest abschnittsweise mit zunehmendem Arbeitswinkel der Schwinge (4) erhöht.

2. Düsenkatapultvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schubverzögerungseinrichtung (12) durch ein gekrümmtes Rohr gebildet ist, das so befestigt ist, daß es in der Startposition in die Düse hineinragt, und dessen Querschnitt nach oben hin abnimmt.

3. Düsenkatapultvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (12) wenigstens abschnittsweise einen konischen Querschnitt hat.

4. Düsenkatapultvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (10) mit einem benachbarten Wasserbehälter (8) verbunden ist, der ebenfalls am Ende der Schwinge (4) angeordnet ist.

5. Düsenkatapultvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserbehälter (8) mit einem Druckluftbehälter (26) in Verbindung steht.

6. Düsenkatapultvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Wasserbehälter (8) und Druckluftbehälter (26) ein Auslösebehälter (28) zwischengeschaltet ist, der für die Aufnahme der für mindestens einen Auslösevorgang erforderlichen Druckluft bestimmt ist.

7. Düsenkatapultvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Auslösebehälter (28) ein Druckanzeigegerät verbunden ist.

8. Düsenkatapultvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (10) so angeordnet ist, daß ein Austritt des Mediums im wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Schwinge (4) stattfindet.

9. Düsenkatapultvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Wasserbehälter (8) und Auslösebehälter (28) mindestens ein betätigbares Startventil (16) angeordnet ist.

10. Düsenkatapultvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hydraulikzylinder (22) vorgesehen ist, der als Betriebsbremse arbeitet, wobei der Hydraulikzylinder die Schwinge (4) beginnend ab einer bestimmten Winkelposition der Schwinge (4) verzögert.

11. Düsenkatapultvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluftzufuhr zu dem Wasserbehälter (8) bei Erreichen einer vorbestimmten Winkelposition der Schwinge (4) unterbrochen wird.

12. Düsenkatapultvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verschlußvorrichtung (30) vorgesehen ist, die die Düse (10) in der Startposition verschließt.

13. Düsenkatapultvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußvorrichtung (30) am unteren Ende des Rohrs (12) gebildet ist.

14. Düsenkatapultvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluftleitung von dem Auslösebehälter (28) zum Wasserbehälter (8) durch ein externes Steuerpult und zwei beidseits des Benutzers an der Schwinge (4) gebildete und vom Benutzer manuell betätigbare Auslöseeinrichtungen geführt ist, die in Reihe geschaltet sind.

15. Düsenkatapultvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Sitz (14) des Benutzers eine Meßeinrichtung für den Puls des Benutzers vorgesehen ist, die mit einer optischen und/oder akustischen Anzeige verbunden ist.

Zeichnung