DE102018103467B4

DE102018103467B4 - Schockdämpfungssystem

Info

Publication number: DE102018103467B4
Application number: DE102018103467.9A
Authority: DE
Inventors: Marc-André Beyer; Arne Kusch; Ulrich Mangold; Hendrik Schwab
Original assignee: Raytheon Anschuetz GmbH
Current assignee: Anschuetz De GmbH
Priority date: 2018-02-15
Filing date: 2018-02-15
Publication date: 2020-01-23
Anticipated expiration: 2038-02-16
Also published as: DE102018103467A1

Abstract

Schockdämpfungssystem (10) zur Befestigung eines schockempfindlichen Geräts (100) an einem Wasserfahrzeug, mit- einem ersten Rahmen (20) mit Mitteln (25) zum Fixieren des ersten Rahmens (20) am Wasserfahrzeug,- einem vom ersten Rahmen (20) eingefassten zweiten Rahmen (30) und- einem vom zweiten Rahmen (30) eingefassten Träger (40) zur Befestigung des schockempfindlichen Geräts (100) am Schockdämpfungssystem (10),wobei- der erste Rahmen (20) mit dem zweiten Rahmen (30) mittels wenigstens eines sich in einer ersten Richtung erstreckenden Scherbolzens (50a, 50b) und wenigstens einer sich in einer zweiten Richtung wirkenden Feder (60a, 60b) verbunden ist, und- der zweite Rahmen (30) mit dem Träger (40) mittels wenigstens eines sich in der zweiten Richtung erstreckenden Scherbolzens (50c, 50d) und wenigstens einer sich in der ersten Richtung wirkenden Feder (60c, 60d) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schockdämpfungssystem zur Befestigung eines schockempfindlichen Geräts an einem Wasserfahrzeug.
Insbesondere bei militärisch genutzten Überwasserschiffen wie auch bei U-Booten ist die empfindliche richtungsgebende Sensorik richtungstreu an die Schiffsstruktur zu adaptieren, wobei Schock- und Vibrationseinflüsse abzumildern sind. Zusätzlich ist die Körperschalleinleitung ausgehend von den Sensoren in die Schiffsstruktur bei U-Booten zu dämmen und zu dämpfen.
Üblicherweise werden für die Dämpfung schwere gummigelagerte Aufnahmeplatten verwendet, die allerdings den Nachteil einer Hysterese im Hinblick auf die Richtungstreue aufweisen.
Aus der DE 615 766 A ist eine kardanische Aufhängung für einen Schiffskompass bekannt, die einen ersten ringförmigen Rahmen mit nicht näher dargestellten Mitteln zum Fixieren des ersten Rahmens am Wasserfahrzeug, einem vom ersten Rahmen eingefassten als Kardanring ausgebildeten Rahmen und einem vom zweiten Rahmen eingefassten als Kompasskessel ausgebildeten Träger zur Befestigung des Kompasses am Schockdämpfungssystem aufweist, wobei der erste Rahmen mit dem zweiten Rahmen mittels bolzenförmiger Träger und Federn verbunden ist.
Insbesondere bei Auftreten von Schockereignissen sind die schockempfindlichen Geräte der Gefahr der Beschädigung ausgesetzt, sodass die Anforderungen an eine starre Befestigung und eine Schockdämpfung nur schwer miteinander zu vereinbaren sind und entsprechend komplexe Konstruktionen erfordern. Ein weiteres Problem besteht darin, dass die Richtungsgenauigkeit nach einem Schockereignis vermindert ist.
Aufgabe der Erfindung ist es dennoch, ein einfach aufgebautes und wartungsarmes Schockdämpfungssystem zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Schockdämpfungssystem mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
Grundgedanke der Erfindung ist es, ein schockempfindliches Gerät vor einer Beschädigung dadurch zu schützen, dass dieses unter „normalen“ Betriebsbedingungen starr mit dem Wasserfahrzeug verbunden ist, wobei im Schockfall bei Auftreten einer Beschleunigung, die höher ist als die Bruchbeschleunigung der Scherbolzen, die der Beschleunigungsrichtung entsprechenden Scherbolzen brechen und das Gerät für eine bevorzugt vorgesehene elastische Lagerung freigeben. Dabei werden die Scherbolzenteile bevorzugt aus ihren Lagern ausgestoßen, damit die Schockwege nicht blockiert werden und diese keine Kollisionen erzeugen.
Daraus ergibt sich gleichfalls eine einfache Wiederherstellbarkeit des Systems nach Eintritt eines Schockfalls mit Hilfe von Bordmitteln durch den Einbau von baugleichen Ersatzscherbolzen.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung stellt auch sicher, dass eine schockmildernde Lagerung auch für den Fall erreicht wird, wenn ein auf das zu schützende Gerät einwirkender Schock aus mehr als einer Hauptrichtung erwartet werden kann.
Erfindungsgemäß ist also ein Schockdämpfungssystem, auch Shock-Mount genannt, zur Befestigung eines schockempfindlichen Geräts an einem Wasserfahrzeug vorgesehen, wobei das Schockdämpfungssystem einen ersten Rahmen mit Mitteln zum Fixieren des ersten Rahmens am Wasserfahrzeug, einen vom ersten Rahmen eingefassten zweiten Rahmen und einen vom zweiten Rahmen eingefassten Träger zur Befestigung des schockempfindlichen Geräts am Schockdämpfungssystem aufweist, wobei der erste Rahmen mit dem zweiten Rahmen mittels wenigstens eines sich in einer ersten Richtung erstreckenden Scherbolzens und wenigstens einer sich in einer zweiten Richtung wirkenden Feder verbunden ist, und der zweite Rahmen mit dem Träger mittels wenigstens eines sich in der zweiten Richtung erstreckenden Scherbolzens und wenigstens einer sich in der ersten Richtung wirkenden Feder verbunden ist.
Insbesondere sind die erste Richtung und die zweite Richtung orthogonal zueinander angelegt.
Bevorzugt ist der Abstand zwischen dem ersten Rahmen und dem zweiten Rahmen und zwischen dem zweiten Rahmen und dem Träger in der Ebene der Scherbolzen orthogonal zu deren Längsrichtung größer als die Breite der Scherbolzen, sodass die Scherbolzeneinzelteile nach einer die Scherbolzen überlastenden Schockeinwirkung aus ihren Halteeinrichtungen passiv oder bevorzugt aktiv, z.B. durch Vermittlung eines elastischen oder federnden Elements, austreten können, ohne die Bewegung der Einzelkomponenten zueinander zu beeinträchtigen.
Speziell ist eine Mehrzahl von auf gegenüberliegenden Seiten des zweiten Rahmens angeordneten, sich in der ersten Richtung ersteckenden, den ersten Rahmen mit dem zweiten Rahmen verbindenden Scherbolzen und/oder einer Mehrzahl von auf gegenüberliegenden Seiten des Trägers angeordneten, sich in der zweiten Richtung erstreckenden, den zweiten Rahmen mit dem Träger verbindenden Scherbolzen vorgesehen.
Ebenso ist bevorzugt eine Mehrzahl von auf gegenüberliegenden Seiten des zweiten Trägers angeordneten, sich in der zweiten Richtung ersteckenden, den ersten Rahmen mit dem zweiten Rahmen verbindenden Federn und/oder einer Mehrzahl von auf gegenüberliegenden Seiten des Trägers angeordneten, sich in der ersten Richtung erstreckenden, den zweiten Rahmen mit dem Träger verbindenden Federn vorgesehen.
Ist eine Mehrzahl von auf jeweils gegenüberliegenden Seiten des zweiten Rahmens bzw. des Trägers angeordneten Scherbolzen vorgesehen, so sind diese zwischen dem ersten Rahmen und dem zweiten Rahmen in Bezug auf den zweiten Rahmen und/oder zwischen dem zweiten Rahmen und dem Träger in Bezug auf den Träger diagonal versetzt angeordnet.
Weiter ist bevorzugt vorgesehen, dass die Scherbolzen sämtlich in einer Ebene angeordnet sind. Dabei ist das Schockdämpfungssystem speziell so ausgelegt, dass sich der Schwerpunkt des Schockdämpfungssystems in der Ebene der Bewegung, d.h. in der Ebene, in der auch die Scherbolzen angeordnet sind, befindet.
Wie bereits zuvor genannt, ergibt sich eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung, wenn die Scherbolzen in Richtung ihrer Längsachse federnd, insbesondere in Richtung ihrer Längsachse beidseits federnd gelagert sind. Durch die federnde Lagerung der Scherbolzen können durch Überlast gebrochene Bolzen aus ihren Fassungen herausgedrückt werden, sodass eine Blockade der durch die Federn vermittelten federnden Lagerung durch gebrochene Bolzen unterbunden werden kann. Die Federn in den Lagerungen der Scherbolzen werden also dazu genutzt, die gebrochenen Scherbolzenelemente aus ihren jeweiligen Lagerungen herauszudrücken und einen größeren, notwendigen Bewegungsspielraum für das dem Schockereignis ausgesetzte Gerät bereitzustellen.
Die Sollbruchstellen der Scherbolzen liegen bevorzugt mittig zwischen den beiden Enden eines jeweiligen Scherbolzens, wobei der jeweilige Scherbolzen so ausgerichtet ist, dass eine auf das Schockdämpfungssystem wirkende Schocklast im Wesentlichen quer, insbesondere orthogonal zur Längsachse von wenigstens einem der Scherbolzen wirkt.
Außerdem ist bevorzugt vorgesehen, dass der erste Rahmen Bestandteil eines das schockempfindliche Gerät umfassenden Gehäuses ist.
Schließlich ist das Schockdämpfungssystem besonders für die Befestigung eines Präzisionsmessgeräts, beispielsweise eines inertialen Kurs-/Lagereferenzsystems oder Ortungssystems geeignet. Somit wird auch eine Anordnung bestehend aus dem erfindungsgemäßen Schockdämpfungssystem und einem am Träger befestigten inertialen Kurs-/Lagereferenzsystem oder Ortungssystem als schockempfindliches Gerät beansprucht.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den beigefügten Zeichnungen dargestellten, besonders bevorzugt ausgestalteten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
1A zeigt ein Schockdämpfungssystem 10 zur Befestigung eines schockempfindlichen Geräts 100 an einem Wasserfahrzeug, beispielsweise am Boden oder an der Decke eines in dem Wasserfahrzeug eingerichteten Raums.
Das Schockdämpfungssystem 10 weist einen ersten Rahmen 20 auf, der mit Mitteln 25 zum Fixieren des ersten Rahmens 20 am Wasserfahrzeug ausgestattet ist. Diese Mittel 25 können übliche Befestigungsmittel, z.B. Schrauben o.ä. sein, mit denen der erste Rahmen 20 und damit das gesamte Schockdämpfungssystem 10 am Wasserfahrzeug befestigt wird. Die Befestigung ist insbesondere starr auszulegen, sodass das Schockdämpfungssystem unbeweglich am Wasserfahrzeug fixiert werden kann.
Das Schockdämpfungssystem 10 weist weiter einen vom ersten Rahmen 20 eingefassten zweiten Rahmen 30 und einen von diesem eingefassten Träger 40 auf, der zur Befestigung eines schockempfindlichen Geräts 100, z.B. eines inertialen Kurs-/Lagereferenzsystems oder Ortungssystems, am Schockdämpfungssystem 10 eingerichtet ist.
Gemäß dem gezeigten besonders bevorzugt ausgestalteten Ausführungsbeispiel ist der erste Rahmen 20 mit dem zweiten Rahmen 30 mittels zwei sich im Verhältnis zum zweiten Rahmen 30 gegenüberliegend angeordneten, in einer ersten Richtung erstreckenden Scherbolzen 50a, 50b und zwei sich im Verhältnis zum zweiten Rahmen 30 gegenüberliegend angeordneten, in einer zweiten Richtung wirkenden Federn 60a, 60b verbunden. Dabei sind die erste Richtung und die zweite Richtung bevorzugt orthogonal zueinander.
Der zweite Rahmen 30 ist entsprechend mit dem Träger 40 mittels zwei sich im Verhältnis zum Träger 40 gegenüberliegend angeordneten, nun in der zweiten Richtung erstreckenden Scherbolzen 50c, 50d und zwei sich im Verhältnis zum Träger 40 gegenüberliegend angeordneten, nun in der ersten Richtung wirkenden Federn 60c, 60d verbunden.
Aus dieser Anordnung ergibt sich eine im Wesentlichen starre Anordnung und rigide Befestigung des Geräts am Wasserfahrzeug.
Der Abstand d muss so groß gewählt werden, dass bei einem „maximalen“ Schockereignis, d.h. die Scherbolzen brechen, die Ausweichbewegungen von den Federn weich aufgefangen werden können, also keine Kollision von Rahmen 30 und oder Träger 40 erfolgt.
1B zeigt einen Detailausschnitt aus 1 im Bereich des oberen Scherbolzens 50a. Es ist zu erkennen, dass die Oberseite und die Unterseite des Scherbolzens 50a jeweils in einer als Tasche ausgebildeten Aufnahme 52 gegen die Kraft einer Feder 54 gelagert sind. Die Sollbruchstelle des Scherbolzens 50a liegt bevorzugt mittig zwischen den beiden Enden des Scherbolzens 50a, wobei eine durch den Doppelpfeil angedeutete Schocklast orthogonal zur Längsachse des Scherbolzens 50 wirkt.
Sollte einer der Scherbolzen 50a, 50b, 50c, 50d nach Einwirkung eines Schockereignisses zerbrochen sein, kann ein einfacher Austausch erfolgen und die starre, lagerichtige Befestigung des Geräts 20 wiederhergestellt werden.
Als Federn/Dämpfungselemente 60a, 60b, 60c und 60d sind bevorzugt Drahtseilfedern vorgesehen.

Claims

Schockdämpfungssystem (10) zur Befestigung eines schockempfindlichen Geräts (100) an einem Wasserfahrzeug, mit - einem ersten Rahmen (20) mit Mitteln (25) zum Fixieren des ersten Rahmens (20) am Wasserfahrzeug, - einem vom ersten Rahmen (20) eingefassten zweiten Rahmen (30) und - einem vom zweiten Rahmen (30) eingefassten Träger (40) zur Befestigung des schockempfindlichen Geräts (100) am Schockdämpfungssystem (10), wobei - der erste Rahmen (20) mit dem zweiten Rahmen (30) mittels wenigstens eines sich in einer ersten Richtung erstreckenden Scherbolzens (50a, 50b) und wenigstens einer sich in einer zweiten Richtung wirkenden Feder (60a, 60b) verbunden ist, und - der zweite Rahmen (30) mit dem Träger (40) mittels wenigstens eines sich in der zweiten Richtung erstreckenden Scherbolzens (50c, 50d) und wenigstens einer sich in der ersten Richtung wirkenden Feder (60c, 60d) verbunden ist.
Schockdämpfungssystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (d) zwischen dem ersten Rahmen (20) und dem zweiten Rahmen (30) und zwischen dem zweiten Rahmen (30) und dem Träger (40) in der Ebene der Scherbolzen (50a, 50b, 50c, 50d) quer zu deren Längsrichtung größer als die Breite der Scherbolzen (50a, 50b, 50c, 50d) ist.
Schockdämpfungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von auf gegenüberliegenden Seiten des zweiten Rahmens (30) angeordneten, sich in der ersten Richtung ersteckenden, den ersten Rahmen (20) mit dem zweiten Rahmen (30) verbindenden Scherbolzen (50a, 50b) und/oder einer Mehrzahl von auf gegenüberliegenden Seiten des Trägers (40) angeordneten, sich in der zweiten Richtung erstreckenden, den zweiten Rahmen (30) mit dem Träger (40) verbindenden Scherbolzen (50c, 50d).
Schockdämpfungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von auf gegenüberliegenden Seiten des zweiten Trägers (30) angeordneten, sich in der zweiten Richtung ersteckenden, den ersten Rahmen (20) mit dem zweiten Rahmen (30) verbindenden Federn (60a, 60b) und/oder einer Mehrzahl von auf gegenüberliegenden Seiten des Trägers (40) angeordneten, sich in der ersten Richtung erstreckenden, den zweiten Rahmen (30) mit dem Träger (40) verbindenden Federn (60c, 60d).
Schockdämpfungssystem (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegend angeordneten Scherbolzen (50a, 50b) zwischen dem ersten Rahmen (20) und dem zweiten Rahmen (30) und/oder die gegenüberliegend angeordneten Scherbolzen (50c, 50d) zwischen dem zweiten Rahmen (30) und dem Träger (40) im Verhältnis zum zweiten Rahmen (30) bzw. Träger (40) diagonal versetzt angeordnet sind.
Schockdämpfungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Scherbolzen (50a, 50b, 50c, 50d) in einer Ebene angeordnet sind.
Schockdämpfungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Scherbolzen (50a, 50b, 50c, 50d) in Richtung ihrer Längsachse federnd gelagert sind.
Schockdämpfungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Scherbolzen (50a, 50b, 50c, 50d) in Richtung ihrer Längsachse beidseits federnd gelagert sind.
Schockdämpfungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Rahmen (20) Teil eines Gehäuses zur Einhausung des schockempfindlichen Geräts (100) ist.
Anordnung mit einem Schockdämpfungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einem am Träger (40) befestigten inertialen Kurs-/Lagereferenzsystem oder Ortungssystem als schockempfindliches Gerät (100).