DE10254975B3

DE10254975B3 - Hochlasttragende, dünnwandige, mehrteilige Rohrstruktur

Info

Publication number: DE10254975B3
Application number: DE2002154975
Authority: DE
Inventors: Herbert Engel
Original assignee: Bayern Chemie Gesellschaft fuer Flugchemische Antriebe mbH
Current assignee: Bayern Chemie Gesellschaft fuer Flugchemische Antriebe mbH
Priority date: 2002-11-26
Filing date: 2002-11-26
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2022-11-27

Abstract

Eine hochlasttragende, dünnwandige Rohrstruktur aus wenigstens zwei rohrförmigen Bauteilen (2, 3) weist zur bajonettverschlussartigen Verbindung der beiden Bauteile (2, 3) an jedem Endabschnitt der beiden Bauteile in wenigstens zwei Radialebenen (Ia, IIa; Ib, IIb) durch Lücken (7, 9) getrennte Zähne (6, 8) mit gleichem Teilungswinkel (alpha) auf, wobei die Zähne (6) an dem einen Bauteil (2) radial nach außen und die Zähne (8) an dem anderen Bauteil (3) radial nach innen ragen und die Zähne (6, 8) und Lücken (7, 9) in der dem anderen Bauteil zugewandten Radialebene (Ia, Ib) gegenüber den Zähnen (6, 8) und Lücken (7, 9) in der anschließenden Radialebene (IIa, IIb) um den halben Teilungswinkel (alpha) versetzt sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hochlasttragende, dünnwandige Rohrstruktur aus wenigstens zwei lösbar miteinander verbundenen rohrförmigen Bauteilen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige hochlasttragende Rohrstruktur stellt beispielsweise das Gehäuse eines Flugkörpers dar, der aus einem Staustrahltriebwerk und einem Vorkörper besteht, die beide ein dünnwandiges Gehäuse besitzen.
Ein Flugkörper ist im Tragflug am Flugzeug und im Freiflug hohen Beschleunigungen in allen Richtungen ausgesetzt. Das hochlasttragende Gehäuse des Flugkörpers muss daher entlang des gesamten Gehäusemantels eine hohe Steifigkeit besitzen. Das heißt, auch an der Stelle, an der der Vorkörper mit dem Raketentriebwerk verbunden ist, muss der Kraftfluss in der Mantelstruktur nachgewiesen werden.

Diese Verbindung erfolgt gegenwärtig durch einen Schraubring, der auf ein Rechts- bzw. Linksgewinde am Vorkörper bzw. Raketentriebwerk geschraubt ist. Dabei entsteht an der Verbindungsstelle über den Umfang des Gehäusemantels ein Spalt, der je nach Gewindesteigung nur aufwändig zu beherrschen ist.

Aus US 4,878,695 ist eine Rohrstruktur nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Dabei hintergreifen, wenn die beiden Bauteile verbunden sind, sechs Zähne des einen Bauteils sechs Zähne des anderen Bauteils. Zwischen den beiden Bauteilen sind zwei Ringe vorgesehen, die an ihren einander gegenüberliegenden Stirnseiten sägezahnförmig ausgebildet sind, um durch gegenseitige Drehung die Bauteile zu verspannen. Eine lasttragende Verbindung wird damit nur über einen Teil des Umfangs erzielt. Zudem ist die Montage durch die Ringe kompliziert.

Aufgabe der Erfindung ist es, dünnwandige rohrförmige Bauteile zuverlässig zu einer Rohrstruktur hoher Steifigkeit zu verbinden.

Dies wird erfindungsgemäß mit der im Anspruch 1 gekennzeichneten Rohrstruktur erreicht. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wiedergegeben.

Erfindungsgemäß erfolgt die Verbindung der rohrförmigen dünnwandigen Bauteile zu einer hochlasttragenden Rohrstruktur durch eine bajonettverschlussartige Verbindung.

Jeder Endabschnitt der beiden miteinander verbundenen Bauteile weist dazu in wenigstens zwei Radialebenen durch Lücken getrennte Zähne mit gleichen Teilungswinkel auf. Die Länge der Zähne in Umfangsrichtung entspricht dabei maximal der Länge der Lücken, damit die Zähne durch die Lücken gesteckt werden können, wenn die Teile verbunden werden.

Die bajonettverschlussartig ineinander greifenden Zähne sind an der Innenseite des einen bzw. an der Außenseite des anderen Bauteils angeordnet. Sie ragen also an dem einen Bauteil radial nach innen und an dem anderen Bauteil radial nach außen. Damit die Zähne an dem einen Bauteil hinter die Zähne an dem anderen Bauteil greifen, wenn die Bauteile nach dem Ineinanderstecken gegenüber einander gedreht werden, sind die Zähne in der ersten, also der dem anderen Bauteil zugewandten Radialebene gegenüber den Zähnen der zweiten, anschließenden Radialebene um den halben Teilungswinkel versetzt. Das heißt, wenn mehr als zwei mit Zähnen und Lücken versehene Radialebenen an jedem Bauteil vorliegen, sind die Zähne in jeder Radialebene gegenüber den Zähnen in der nächsten Radialebene des Bauteils um den halben Teilungswinkel versetzt. Die Zähne erstrecken sich dabei vorzugsweise in Umfangsrichtung, weisen also keine Steigung auf.

Das Verbinden der beiden Bauteile erfolgt somit in der Weise, dass das eine Bauteil mit seinen Zähnen in der ersten Radialebene in die Lücken in der ersten Radialebene des anderen Bauteils gesteckt wird und dann die beiden Teile gegeneinander um den halben Teilungswinkel gedreht werden, damit die Zähne der ersten Radialebene des einen Bauteils den Lücken in der zweiten Radialebene des anderen Bauteile gegenüberliegen, und die Zähne in der zweiten Radialebene des einen Bauteils den Lücken in der ersten Radialebene des anderen Bauteils. Nach dem Durchstecken der Zähne durch diese Lücken werden die beiden Bauteile erneut um einen halben Teilungswinkel in der gleichen Drehrichtung wie zuvor gedreht, damit die Zähne des ersten Bauteils die Zähne des anderen Bauteils hintergreifen.

Durch diese Verbindung kann die Last über den gesamten Umfang von einem Bauteil in das andere Bauteil eingeleitet werden. Statt Zähnen und Lücken in zwei Radialebenen kann jedes Bauteil auch Zähne und Lücken in drei und mehr Radialebenen aufweisen.

Der Teilungswinkel, mit dem die Zähne und Lücken in jeder Radialebene gegeneinander versetzt sind, kann beispielsweise 90° betragen. Er kann jedoch beliebig gewählt werden. Wenn der Teilungswinkel 90° beträgt, sind die Zähne und Lücken in den Radialebenen jedes Bauteils zu den Zähnen und Lücken der benachbarten Radialebene um 45° versetzt.

Um eine spielfreie, lasttragende Verbindung zu erhalten, werden die beiden Teile vorzugsweise zusätzlich mit einem Schraubring axial vorgespannt, der auf ein Außengewinde an dem einen Bauteil geschraubt ist und sich an dem anderen Bauteil vorzugsweise an der Stirnfläche abstützt. Zur Verdrehsicherung des Schraubrings kann ein Gewindestift oder dergleichen Element vorgesehen sein.

Die Winkellage der beiden bajonettverschlussartig verbundenen Bauteile kann durch ein radiales Bauelement, beispielsweise einen Bolzen, gesichert werden. So kann ein Gewindestift verwendet werden, der in ein Gewinde in dem einen und/oder anderen Bauteil geschraubt ist und/oder eingreift.

Um den Schraubring zu versenken, kann der Abschnitt mit dem Gewinde, auf den der Schraubring geschraubt ist, einen reduzierten Durchmesser aufweisen, und der Schraubring mit seiner Stirnfläche an der Stirnfläche des anderen Bauteils angreifen. Dabei kann ein formschlüssiger Angriff des Schraubrings mit seiner Stirnfläche an der Stirnfläche des anderen Bauteils vorgesehen sein, damit eine radiale Verformung des Bauteils, an dem der Schraubring angreift, entgegengewirkt wird. Zum Formschluss kann der Schraubring beispielsweise eine konische Stirnfläche aufweisen, die an einer entsprechend konisch ausgebildeten Stirnfläche an dem anderen Bauteil angreift. Statt als konische Flächen können die Stirnflächen des Schraubrings und des Bauteils, an dem der Schraubring angreift, beispielsweise auch stufenförmig ausgebildet sein.

Die Flanken der Zähne können radial verlaufen. Es ist jedoch auch möglich, die Flanken der aneinander angreifenden Zähne so geneigt zur Rohrlängsachse auszubilden, dass die Flanken an den radial nach außen ragenden Zähne an dem einen Bauteil die Flanken an den radial nach innen ragenden Zähne an dem anderen Bauteil übergreifen. Dadurch sind die Bauteile zusätzlich ineinander verkrallt.

Die erfindungsgemäße Rohrstruktur wird insbesondere für Flugkörper aus mehreren Bauteilen verwendet, beispielsweise für Flugkörper, bei dem das eine Bauteil durch das Gehäuse eines Staustrahlraketentriebwerks und das andere Bauteil durch das Gehäuse eines Vorkörpers gebildet wird, der vorne an das Staustrahltriebwerk montiert wird. Da der Vorkörper eines solchen Flugkörpers mit Subsystemen bestückt wird, ist ein großer Öffnungsdurchmesser des Vorkörpers wichtig. Mit der Erfindung kann jedoch ein Vorkörper mit einem großen Öffnungsdurchmesser realisiert werden.

Gegenüber den bekannten Verbindungen ist die erfindungsgemäße Rohrstruktur hinsichtlich Volumenbedarf, Gewicht, Krafteinleitung in die Mantelstruktur sowie die Handhabung deutlich verbessert.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Darin zeigen:
1 einen Längsschnitt durch die Rohrstruktur eines Flugkörpers im Bereich der Verbindung des Gehäuses eines Vorkörpers an dem Gehäuse eines Staustrahlraketentriebwerks;
2 eine vergrößerte Teilansicht der 1;
3 und 4 einen Schnitt durch den Flugkörper nach 1 entlang der Linie A-A und B-B; und
5 eine aufgerollte Darstellung der Zähne und Lücken zur bajonettverschlussartigen Verbindung von Vorkörpergehäuse und Raketentriebwerksgehäuse in teilweiser und vergrößerter Wiedergabe.
Die dünnwandige Rohrstruktur 1 eines nicht näher dargestellten Flugkörpers besteht aus dem rohrförmigen Gehäuse 2 eines Staustrahlraketentriebwerks und dem damit verbundenen rohrförmigen Gehäuse 3 eines Vorkörpers.
Das Gehäuse 2 und das Gehäuse 3 sind bajonettverschlussartig miteinander verbunden. Das Gehäuse 2 weist dazu einen koaxialen dickwandigen Ringabschnitt 4 auf, der an seiner Außenseite, wie ein 5 dargestellt, in zwei Radialebenen Ia und IIa mit durch Lücken 7 getrennten Zähnen 6 versehen ist. Radialebene Ia ist gegenüber der Radialebene IIa axial versetzt.
Der Endabschnitt 5 an dem Gehäuse 3 weist an der Innenseite eine Verdickung auf, die mit nach innen ragenden durch Lücken 9 getrennten Zähnen 8 versehen ist, und zwar ebenfalls in zwei Radialebenen Ib und IIb. Die Zähne 6 und 8 und die Lücken 7 und 9 sind jeweils in einem Teilungswinnkel α von 90° angeordnet. Die Länge Lc der Zähne 6 und 8 in Umfangsrichtung entspricht maximal der L1 der Lücken 7 und 9.
Die Zähne 6 und die Lücken 7 der ersten Radialebene Ia sind gegenüber den Zähnen 6 und den Lücken 7 der zweiten Radialebene IIa des Endabschnitts 4 um den halben Teilungswinkel α, also um 45° versetzt. Ebenso sind an dem Endabschnitt 5 die Zähne 8 und die Lücken 7 der ersten Radialebene Ib gegenüber den Zähnen 8 und Lücken 7 der zweiten Radialebene IIb um 45° versetzt.
Das Verbinden der beiden Endabschnitte 4 und 5 erfolgt, wie insbesondere aus 5 ersichtlich, in der Weise, dass der Endabschnitt 5 mit seinen Zähnen 8 in der ersten Radialebene Ib gemäß dem Pfeil 11 in die Lücken 7 in der ersten Radialebene Ia des Endabschnitts 4 gesteckt wird, wobei die Zähne 8 der zweiten Radialebene IIb des Abschnitts 5 gemäß dem Pfeil 12 vor die Zähne 6 in der ersten Radialebene Ia des Abschnitts 4 geschoben werden. Anschließend wird der Abschnitt 5 um den halben Teilungswinkel, also 45° gedreht, wodurch gemäß dem Pfeil 13 die Zähne 8 in der ersten Radialebene Ib des Abschnitts 5 vor die Lücken 7 in der zweiten Radialebene IIa des Abschnitts 4 liegen und die Zähne 8 in der zweiten Radialebene IIb des Abschnitts 5 gemäß dem Pfeil 14 vor den Lücken 7 in der ersten Radialebene Ia des Abschnitts 4.
Anschließend werden die Zähne 8 des Abschnitts 5 entsprechend den Pfeilen 15 und 16 durch die Lücken 7 des Abschnitts 4 geschoben. Danach wird der Endabschnitt 5 gegenüber dem Endabschnitt 4 erneut um 45° in der gleichen Richtung wie vorher gedreht, sodass gemäß dem Pfeil 16 die Zähne 8 in der ersten Radialebene Ib des Abschnitts 5 die Zähne 6 in der zweiten Radialebene IIa des Abschnitts 4 hintergreifen, und gemäß dem Pfeil 27 die Zähne 8 in der zweiten Radialebene IIb des Abschnitts 5 die Zähne 6 in der ersten Radialebene Ia des Abschnitts 4.
Um eine spielfreie, lasttragende Verbindung zu erhalten, werden die beiden Gehäuse 2 und 3 mit einem Schraubring 17 axial vorgespannt, der auf ein Außengewinde 18 an dem Ringabschnitt 4 an dem Gehäuse 2 geschraubt ist (2). Da der Ringabschnitt 4 einen kleineren Außendurchmesser aufweist, als die Gehäuse 2 und 3, ist der Schraubring 17 versenkt angeordnet. Der Schraubring 17 weist eine konusförmige Stirnfläche 19 auf, die an einer konusförmigen Stirnfläche 20 des Endabschnitts 5 formschlüssig angreift.
Mit einem Gewindestift 22, der in ein Radialgewinde in dem Schraubring 17 geschraubt ist und an dem Gehäuse 2 angreift, wird der Schraubring 17 gegen Verdrehen fixiert.
Die Winkellage der bajonettverschlussartig verbundenen Gehäuse 2 und 3 wird durch einen hochlasttragenden Gewindestift 23 gesichert, der in ein Radialgewinde in dem Endabschnitt 5 des Gehäuses 3 geschraubt ist und mit einem Passkegel 24 in eine Öffnung in dem Ringabschnitt 4 an dem Gehäuse 2 eingreift.
Die aneinanderliegenden Flanken der Zähne 6 und 8 können, wie aus 2 ersichtlich, gegenüber der Rohrlängsachse mit einem Winkel β schräg angestellt sein, sodass die nach innen ragenden Zähne 8 an dem Abschnitt 5 die nach außen ragenden Zähne 6 des Abschnitts 4 übergreifen.

Claims

Hochlasttragende, dünnwandige Rohrstruktur aus wenigstens zwei lösbar miteinander verbundenen rohrförmigen Bauteilen, welche zur bajonettverschlussartigen Verbindung an den Endabschnitten durch Lücken (7, 9) getrennte Zähne (6, 8) mit gleichem Teilungswinkel (α) aufweisen, wobei die Zähne (6) an dem einen Bauteil radial nach außen und die Zähne (8) an dem anderen Bauteil radial nach innen ragen, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Lücken (7, 9) getrennten Zähne (6, 8) an den Endabschnitten der beiden Bauteile in wenigstens zwei Radialebenen (Ia, IIa; Ib, IIb) angeordnet sind und die Zähne (6, 8) und Lücken (7, 9) in der dem anderen Bauteil zugewandten Radialebene (Ia, Ib) gegenüber den Zähnen (6, 8) und Lücken (7, 9) in der anschließenden Radialebene (IIa, IIb) desselben Bauteils um den halben Teilungswinkel (α) versetzt sind.
Rohrstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanken der aneinander angreifenden Zähne (6, 8) zur Rohrachse in einem Winkel (β) schräg verlaufen.
Rohrstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum axialen Vorspannen der aneinander greifenden Zähne (6, 8) an den beiden Bauteilen auf ein Gewinde (18) an dem einen Bauteil ein Schraubring (17) geschraubt ist, der sich an dem anderen Bauteil abstützt.
Rohrstruktur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubring (17) in einem Abschnitt (4) mit reduziertem Außendurchmesser des einen Bauteils angeordnet ist und sich mit seiner Stirnfläche (19) an der Stirnfläche (20) des anderen Bauteils abstützt.
Rohrstruktur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflächen (19, 20) des Schraubrings (17) und des anderen Bauteils formschlüssig aneinander angreifen.
Rohrstruktur nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubring durch ein Element gegen Verdrehen gesichert ist.
Rohrstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein radiales Bauelement zur Fixierung der Winkellage der beiden miteinander verbundenen Bauteile vorgesehen ist.
Rohrstruktur nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eine rohrförmige Bauteil durch das Gehäuse (2) eines Staustrahlraketentriebwerks gebildet wird und das andere rohrförmige Bauteil durch das Gehäuse (3) eines vor dem Raketentriebwerkgehäuse (2) angeordneten Vorkörpers.
Rohrstruktur nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an dem vorderen Ende des Staustrahlraketentriebwerkgehäuses (2) ein Ringabschnitt (4) mit den in mindestens zwei Radialebenen (Ia, IIa) angeordneten Zähnen (6) vorgesehen ist.
Rohrstruktur nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (6) an dem Ringabschnitt (4) an dem Staustrahlraketentriebwerkgehäuse (2) die nach außen ragenden Zähne und die Zähne (8) an dem Vorkörpergehäuse (3) die nach innen ragenden Zähne der bajonettverschlussartigen Verbindung bilden.