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Die Erfindung bezieht sich auf ein Trennelement zum lösbaren Verbinden von zwei Bauelementen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus der
US 3,265,408 ist ein gattunsgemäßes Trennelement bekannt. Das vorbekannte Trennelement umfasst eine Zündeinrichtung zum Zünden einer Treibladung, welche durch Deflagration die Trennung des Trennelements einleitet. Zwischen den zu lösenden Bauteilen des Trennelements ist eine mechanische Sperrvorrichtung vorgesehen, welche über einen Kolben entriegelbar ist. Durch den bei der Deflagration entstehenden Gasdruck wird der Kolben in seine Freigabestellung bewegt. Die Sperrvorrichtung ist durch Kugeln gebildet, welche durch Formschluss die lösbaren Bauteile des Trennelements miteinander verbinden. Beim Zünden der Treibladung erfolgt eine Verschiebung des Kolbens, wodurch die Kugeln in ihre Freigabestellung gelangen und dadurch die lösbaren Bauteile des Trennelements in axialer Richtung auseinandergezogen werden können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln ein gattunsgemäßes Trennelement so weiterzubilden, dass die zu lösenden Bauteile des Trennelements leichter freikommen und das Trennelement dadurch auch für Verwendungszwecke zur Verfügung steht, bei denen das Trennelement in der Freigabestellung nicht nur in axialer Richtung bewegbar ist.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Der große Vorteil des erfindungsgemäßen Trennelements besteht darin, dass in der Freigabestellung die beiden Bauteile des Trennelements nicht nur in axialer Richtung, sondern insbesondere auch in radialer Richtung getrennt werden können. Damit ergeben sich viele neue Einsatzmöglichkeiten, bei denen herkömmliche Trennelemente nicht oder nur durch Zwischenschaltung weiterer Bauteile eingesetzt werden können.
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Vorteilhaft ist, wenn in an sich bekannter Weise mindestens eine Kugel in der Sperrfunktion in eine kalottenförmige Ausnehmung in einem ersten Bauteil des Trennelements und in eine Bohrung in einem zweiten Bauteil des Trennelements eingreift und bei Freigabe der Sperrvorrichtung die Kugel über die Bohrung aus der kalottenförmigen Ausnehmung zurückweicht. Die Aufnahme der Kugel in einer kalottenförmigen Ausnehmung gewährleistet eine Verbindung und Kraftübertragung sowohl in radialer, als auch in axialer Richtung. Zweckmäßig werden mehrere Kugeln eingesetzt, wodurch größere Kräfte übertragen werden können.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann ein Abschnitt des Kolbens die Kugel in die kalottenförmige Ausnehmung bewegen und dort halten und eine axial versetzte Verjüngung des Kolbens eine Bewegung der Kugel aus der kalottenförmigen Ausnehmung heraus in die Freigabestellung zulassen. Dieser Aufbau stellt in einfacher Weise sicher, dass nur durch eine axiale Verschiebung des Kolbens die Trennvorrichtung gesperrt oder freigegeben werden kann. Wenn die Verjüngung des Kolbens der oder den Kugeln gegenüber liegt, gelangt jede Kugel über die sie aufnehmende Bohrung in Anlage an den verjüngten Abschnitt des Kolbens, das heißt, die Kugeln treten aus den kalottenförmigen Ausnehmungen heraus und geben die Verbindung frei. Dieses Verhalten kann unterstützt werden, wenn auf das die kalottenförmigen Ausnehmungen aufweisende Bauteil eine Kraft etwa senkrecht zu den Bohrungen in dem anderen Bauteil ausgeübt wird.
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Zweckmäßig ist, wenn der Übergang zu dem verjüngten Abschnitt des Kolbens durch eine Abschrägung erfolgt, so dass ein guter Übergang gegeben ist, wenn bei der Montage die Kugeln in ihre Sperrposition nach außen bewegt werden sollen.
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Da das erste und das zweite Bauteil des Trennelements zur Aufnahme des Kolbens in axialer Richtung verlaufende, miteinander fluchtende Aussparungen aufweisen, kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung in den Aussparungen längsverschieblich eine beide Teile radial fixierende und mit dem Kolben in Verbindung stehende Sperrhülse angeordnet sein. Die Sperrhülse weist mindestens zwei Bohrungen mit je einer Kugel auf, wobei in der Sperrfunktion die Kugeln in je eine kalottenförmige Ausnehmung in dem ersten und dem zweiten Bauteil des Trennelements eingreifen. Die Sperrhülse hat die Aufgabe, die Kräfte von dem ersten Bauteil unter Zwischenschaltung der Kugeln auf das zweite Bauteil zu übertragen. Dadurch ergibt sich unter anderem eine größere Freiheit bei der Gestaltung der Trennebene zwischen den beiden Bauteilen. Die Sperrhülse wird über die miteinander fluchtenden Aussparungen beim Verriegeln des Trennelements in eine Position bewegt, in der sie in beide Bauteile hineinragt. In der Freigabestellung kann die Sperrhülse soweit in eines der beiden Bauteile zurückbewegt werden, dass sich das andere Bauteil radial weg bewegen kann.
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Bevorzugt weisen die miteinander fluchtenden Aussparungen und die Sperrhülse einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt auf. Dadurch werden die Kugeln bei der Übertragung von Drehkräften entlastet, so dass sie im wesentlichen nur Zugkräfte übertragen müssen.
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In vielen Fällen ist es vorteilhaft, wenn eines der Bauteile des Trennelements durch den Kopf des Trennelements gebildet ist und die Anlageflächen des Kopfes und des anschließenden Schraubenschaftes plane Ebenen bilden. Bei dieser Ausgestaltung können in der Freigabestellung der Kopf des Trennelements oder die den Schaft des Trennelements umschließenden Bauelemente radial und natürlich auch axial zueinander bewegt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die Sperrschraube so ausgeführt sein, dass in der Sperrhülse längsverschieblich ein mit dem Kolben fest verbundener Sperrschieber angeordnet ist, dass in der Verriegelungsstellung der Sperrschieber die Kugeln in den kalottenförmigen Ausnehmungen halt, dass bei einer Bewegung des Kolbens und damit des Sperrschiebers in die Freigabestellung Ausnehmungen in den Sperrschieber in eine Position gegenüber den Kugeln gelangen, wodurch die Kugeln in die Ausnehmungen des Sperrschiebers gedrückt werden und dabei nicht gegenüber der Sperrhülse vorstehen, so dass über die dadurch erzeugte Koppelung des Sperrschiebers mit der Sperrhülse eine weitere Bewegung des mit dem Sperrschiebers verbundenen Kolbens die Sperrhülse axial soweit verschiebt, dass die Sperrhülse nicht mehr in die Trennebene zwischen dem ersten und dem zweiten Teil des Trennelements hineinragt.
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Bei dieser Bauform werden dann, wenn der Kolben in die Freigabestellung bewegt wird, der Sperrschieber und die Sperrhülse zunächst nicht gleichzeitig, sondern nacheinander bewegt. Zuerst erfolgt eine Längsverschiebung des mit dem Kolben fest verbundenen Sperrschiebers so lange, bis die Kugeln den Ausnehmungen in dem Sperrschieber gegenüber liegen. In dieser Position werden die Kugeln aus ihren kalottenförmigen Ausnehmungen in einem der Bauteile in die Ausnehmungen des Sperrschiebers hineingedrückt. Dadurch einsteht ein Formschluss zwischen dem Sperrschieber und der ihn umgebenden Sperrhülse. Da die Kugeln in dieser Stellung nicht mehr gegenüber der Sperrhülse vorstehen, wird im weiteren Bewegungsablauf der Verbund aus Sperrhülse und Sperrschieber über den Kolben so weit bewegt, bis die einzelnen Elemente der Verriegelung nicht mehr in das zu lösende Bauteil hineinragen.
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Diese Bewegung wird so weit fortgeführt, bis die Sperrhülse, der Sperrschieber oder auch der Endbereich des Kolbens nicht mehr in die Trennebene zwischen dem ersten und dem zweiten Teil des Trennelements hineinragen. Somit können die beiden Bauteile des Trennelements über die Trennebene radial verschoben werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann der den Kolben umschließenden Zylinder in seinem Endbereich leicht konisch sein oder eine konisch wirkende Fläche aufweisen, derart, dass der Kolben in der Freigabenstellung festgehalten wird. Durch diese Fixierung des Kolbens werden auch die Sperrhülse und der Sperrschieber in der Endlage gehalten. Diese Teile können dadurch nicht mehr teilweise zurückbewegt werden und in eine Position gelangen, in der sie über die Trennebene hinausragen und eine radiale Verschiebung der beiden Bauteile des Trennelements beeinträchtigen oder unmöglich machen.
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Der den Kolben umschließende Zylinder kann durch einen Zwischenträger gebildet sein, welcher von dem zugeordneten Teil des Trennelements umschlossen und gehalten wird. Dieser Zwischenträger wird bevorzugt in einen Kompensationsraum für die Kolbenbewegung und eine Brennkammer unterteilt. Der Einsatz eines Zwischenträgers ermöglicht es ein Material einzusetzen, welches von dem den Zwischenträger aufnehmenden Bauteil des Trennelements verschieden ist. Außerdem lassen sich an einem separaten Zwischenträger vor der Montage die notwendigen Bearbeitungen leichter durchführen. Der Zwischenträger kann zusammen mit dem Kolben als Baueinheit montiert werden.
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Bevorzugt wird das die Brennkammer und das den Zwischenträger aufnehmende Bauteil des Trennelements durch ein Schließteil abgeschlossen, welches die elektrischen Kontakte für das Zünden der Treibladung enthält. Vor dem Schließen wird bevorzugt die Brennkammer mit der Treibladung befüllt. Wenn nach der Auslösung des Trennelements das Schließteil abgenommen ist, kann die Brennkammer erneut befüllt werden, so dass sich das Trennelement nochmals verwenden lässt. Dabei versteht es sich von selbst, dass in Verbindung mit der Wiederverwendung natürlich auch der Kolben und die Sperrvorrichtung in die Ausgangslage zurückbewegt werden müssen.
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Es ist von Vorteil, wenn der Zwischenträger im Bereich der Brennkammer mindestens eine Überströmöffnung und äußere axiale Nuten aufweist, über welche das nach der Zündung der Treibladung entstehende Gas von der Brennkammer an die Kolbenfläche gelangt. Diese Ausgestaltung stellt eine einfache, gleichzeitig aber auch zuverlässige Führung des Gases zum Kolben hin sicher.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen
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1 einen Längsschnitt durch ein erstes Trennelement mit einer Trennebene im Anschlussbereich des Schraubenkopfes an das Schraubengehäuse,
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2 einen Längsschnitt durch ein zweites Trennelement in abgewandelter Weise und
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3 das Trennelement aus 2 im getrennten Zustand.
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Wie der Längsschnitt in 1 zeigt, setzt sich ein Trennelement 5 aus einem Schraubengehäuse 7 und einem Schraubenkopf 9 zusammen wobei die Anordnung so getroffen ist, dass beide Teile über eine zwischen dem Schraubenkopf und dem Schraubengehäuse verlaufende plane Ebene getrennt werden können. Im verbundenen Zustand liegen beide Bauteile unter Zwischenschaltung einer O-Ring-Dichtung 57 bündig aneinander an.
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Das Trennelement 5 weist einen Kolben 23 auf, durch welchen eine Sperrvorrichtung zur Sicherung der beiden Bauteile des Trennelements 5 in eine Freigabestellung bewegbar ist. Die Sperrvorrichtung umfasst eine Sperrhülse 59, einen mit dem Kolben 23 fest verbundenen Sperrschieber 61 sowie mehrere Kugeln 17. Eine Besonderheit besteht darin, dass sich in der gesperrten Ausgangslage sowohl bezogen auf die Sperrhülse 59, als auch auf den Sperrschieber 61, jeweils ein Abschnitt in das Schraubengehäuse 7 und den Schraubenkopf 9 hinein erstreckt. Entsprechend gibt es gehäuseseitige Sperrkugeln und kopfseitige Sperrkugeln. Die Sperrkugeln greifen in kalottenförmige Ausnehmungen 19 des Schraubengehäuses 7 und des Schraubenkopfes 9 ein. Die Kugeln werden außerdem in zugeordneten Bohrungen 21 in der Sperrhülse aufgenommen. Die Sicherung der Kugeln 17 übernehmen die jeweils den Kugeln 17 gegenüberliegenden Abschnitte des Sperrschiebers 61. Das heißt, diese Abschnitte des Sperrschiebers 61 wirken auf die Kugeln 17 ein, so dass sie in die kalottenförmigen Ausnehmungen 19 gedrückt werden. In dieser Verriegelungsstellung können über die Kugeln 17 und die Sperrhülse 59 Zug-, Druck- und Drehkräfte vom Schraubenkopf 9 auf das Schraubengehäuse 7 übertragen werden. Wenn die Sperrhülse 59 und der diese umschließende Teil des Schraubengehäuses 7 einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt aufweisen, dann lassen sich auch darüber zuverlässig Drehkräfte übertragen.
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Wird der Kolben 23 nach Zünden einer Treibladung verschoben, dann kommt darüber der Schraubenkopf 9 frei und kann sowohl axial, als auch radial vom Schraubengehäuse 7 weg bewegt werden. Bei der angesprochenen Verschiebung des Kolbens 23 in die Freigabestellung wird zunächst der Kolben 23 und der mit ihm festverbundene Sperrschieber 61 relativ zur Sperrhülse 59 verschoben. Dabei gelangen Ausnehmungen in dem Sperrschieber 61 in eine Position gegenüber den Kugeln 17. Diese können sich dadurch auf den Sperrschieber 61 zu bewegen, so dass sie gegenüber der Sperrhülse 59 nicht mehr nach außen vorstehen. Bei dieser Konstellation ist also die Sperrhülse 59 über die Kugeln 17 formschlüssig mit dem Sperrschieber 61 verbunden. Deshalb kann im weiteren Bewegungsablauf, das heißt bei fortschreitendem Kolbenhub, über den mit dem Kolben fest verbundenen Sperrschieber 61 auch die Sperrhülse 59 verschoben werden. Am Ende der möglichen Verschiebebewegung, beispielsweise, wenn der Boden der Sperrhülse 59 an einem Bauteil des Schraubengehäuses 7 anstößt, ragen keine Bauteile der Sperrvorrichtung gegenüber der mit T gekennzeichneten Trennebene nach außen vor.
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Die Zündeinrichtung und die damit verbundenen Bauteile sind in dem Ausführungsbeispiel, gemäß 1, wie folgt aufgebaut. Auf der Seite des Schraubengehäuses 7, welche dem Schraubenkopf 9 gegenüber liegt, ist ein Zwischenträger 65 aufgenommen, welcher auf einer Seite eine Zylinderlaufbahn 67 für den Kolben 23 aufweist und auf der anderen Seite mit einer Brennkammer 69 für eine Treibladung versehen ist. Die Brennkammer 69 wird nach außen hin durch ein Schließteil 71 begrenzt. Das Schließteil 71 umfasst auch einen Mittenkontakt 73, einen diesen umschließenden Isolator 75, einen zweiten elektrischen Kontakt 77, einen diesen umschließenden Isolator 79 sowie ein unmittelbar mit der Brennkammer 69 in Verbindung stehendes elektrisches Isolierteil 81.
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Wenn die in der Zeichnung nicht dargestellte Treibladung über die Kontakte 73 und 77 gezündet wird, dann gelangt das entstehende Gas durch eine Überströmöffnung 83 und mehrere in der Zeichnung nicht erkennbare axiale Nuten auf die Seite 85 des Kolbens 23. Dieser wird, abgedichtet durch einen O-Ring 87, entlang der Zylinderlaufbahn 67, welche einen Kompensationsraum für die Kolbenbewegung umschließt, in die Endlage bewegt.
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Schließlich zeigen die 2 und 3 abgewandelte Ausführungsformen der Trennelemente in Anlehnung an das Ausführungsbeispiel gemäß 1. Dabei werden für übereinstimmende Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet.
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Abgesehen von einer etwas abweichenden Bauform des Schraubenkopfes 9 sind die in den 2 und 3 dargestellten Trennelemente sehr ähnlich aufgebaut. Während jedoch das Trennelement 5 gemäß 2 in der verriegelten Stellung wiedergegeben ist, zeigt die Darstellung in 3 das Trennelement 5 in Freigabestellung, wobei der Schraubenkopf 9 bereits ein Stück vom Schraubengehäuse 7 entfernt ist.
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Während bei dem Ausführungsbeispiel, gemäß 1, die Trennebene T unmittelbar im Anschluss an den Schraubenkopf 9 gelegt ist, weisen die Ausführungsbeispiele, gemäß den 2 und 3, eine in Richtung auf das Schraubengehäuse 7 zu versetzte Trennebene T auf. Dies ist darin begründet, dass sich zwei durch das Trennelement 5 zu befestigende Bauelemente B und C bei getrenntem Trennelement 5 relativ zueinander und, bezogen auf das Trennelement 5, in radialer Richtung verschieben lassen sollen.
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Der Schraubenkopf 9 ist zur Aufnahme der Sperrhülse 59 mit einer durchgehenden Aussparung versehen, welche durch einen Deckel 31 verschlossen ist. Die durchgehende Aussparung lässt sich kostengünstiger herstellen, gerade wenn wie im vorliegenden Fall ein vom Kreis abweichender Querschnitt gewählt wird.
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Die Darstellung in 3 zeigt deutlich, dass bei getrenntem Trennelement 5 insbesondere die Sperrhülse 59 gegenüber der Trennebene T zurückgesetzt ist. Somit ist auch bei ungünstigen Toleranzen sichergestellt, dass das Schraubengehäuse und der Schraubenkopf 9 und die damit in Verbindung stehenden Bauteile bei gelöstem Trennelement 5 ungehindert radial zueinander verschoben werden können. Um dies sicherzustellen, dass heißt zu verhindern, dass der Kolben 23 und die mit ihm verbundenen Bauteile der Sperrvorrichtung in einer Rückbewegung in eine Position über die Trennebene T gelangen, ist die Zylinderlaufbahn 67 des Zwischenträgers 65 im Bereich der Kolbenendbewegung leicht konisch ausgeführt. Der Konus stellt sicher, dass der Kolben 23 in der Endlage durch Verklemmung gehalten wird.
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Bezugszeichenliste
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- 5
- Trennelement
- 7
- Schraubengehäuse
- 9
- Schraubenkopf
- 17
- Kugel
- 19
- Ausnehmung
- 21
- Bohrung
- 23
- Kolben
- 31
- Deckel
- 57
- O-Ring-Dichtung
- 59
- Sperrhülse
- 61
- Sperrschieber
- 63
- Ausnehmung
- 65
- Zwischenträger
- 67
- Zylinderlaufbahn
- 69
- Brennkammer
- 71
- Schließteil
- 73
- Mittenkontakt
- 75
- Isolator
- 77
- Kontakt
- 79
- Isolator
- 81
- Isolierteil
- 83
- Überströmöffnung
- 85
- Seite
- 87
- O-Ring
- T
- Trennebene
- B
- Bauelement
- C
- Bauelement
