DE19532746A1

DE19532746A1 - Trennschraube

Info

Publication number: DE19532746A1
Application number: DE19532746A
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl Phys Schoetzig
Original assignee: Rheinmetall Industrie AG
Current assignee: Rheinmetall Industrie AG
Priority date: 1995-09-05
Filing date: 1995-09-05
Publication date: 1997-03-06
Also published as: FR2738309A1; SE9602852D0; SE9602852L; FR2738309B1; IL119180A0

Description

Die Erfindung betrifft eine Trennschraube zum lösbaren Ver binden zweier Bauteile nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Trennschraube ist beispielsweise aus der DE-U 87 16 561.9 bekannt. Sie enthält in mindestens einer sich in axialer Richtung erstreckenden Ausnehmung eine elektrisch zündbare Trennladung und ist mit Sollbruchstellen versehen, so daß die Trennschraube nach Zündung der Trenn ladung in mindestens zwei axial hintereinander angeordnete Teile trennbar ist. Als Trennladung wird bei dieser bekannten Trennschraube ein durch eine separate Zündpille zündbarer Explosivstoff verwendet, der eine relativ langsame Umset zungsgeschwindigkeit (3-500 m/s) aufweist. Durch die Defla gration und den daraus resultierenden Gasdruck wird die Schraube aufgebaucht und trennt nach Erreichen eines vor bestimmten Druckes.

Die bekannten Trennschrauben weisen eine Reihe von Nachteilen auf. So wird zur sicheren Trennung der Schraube eine relativ große Menge an Explosivstoff benötigt. Dadurch wird eine entsprechend große Menge freiwerdender heißer Gase erzeugt, die in der Nähe befindliche Bauteile versengen oder entzünden können. Außerdem erfahren die getrennten Schraubenteile eine entsprechend hohe Beschleunigung, so daß es zu einer unge wollten Zerstörung der Bauteile, aber auch zur Verletzung von Personen kommen kann.

Werden die bekannten Trennschrauben zur Verbindung von Flug körperteilen verwendet, ist außerdem zu berücksichtigen, daß sie häufig nicht abschußsicher sind, weil zusätzlich zur Trennladung eine mit elektrischen Leitungen verbundene Zünd pille erforderlich ist, die bei Beschleunigungen oberhalb von etwa 16 000 g Probleme bereitet. Denn aufgrund der nicht vollständig gleichen Geometrie der Anzündpille muß diese beim Einbau ein gewisses Spiel aufweisen. Dadurch tritt bei hohen Abschußbeschleunigungen ein Ablösen des Anzündmittels vom Glühdraht bzw. ein Bruch der Anzündpille auf. Außerdem kommt es immer wieder vor, daß der Glühdraht von den elektrischen Leitungen abreißt, die ihn mit dem Zündanschluß verbinden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Trennschraube anzugeben, die trotz hoher Funktionssicherheit eine gegenüber bekannten Trennschrauben relativ geringe Menge an Explosivstoff benötigt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausge staltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.

Im wesentlichen liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, statt eines Explosivstoffes mit geringer Umsetzungsgeschwin digkeit einen solchen mit sehr großer Umsetzungsgeschwindig keit (2000-9000 m/s), d. h., einen Detonator zu verwenden.

Durch die extrem schnelle Umwandlung der chemischen Energie wird dabei in den Schraubenwerkstoff eine Stoßwelle einge koppelt, die aufgrund des veränderten Materialverhaltens des Schraubenwerkstoffes durch die extreme dynamische Belastung die Schraube zerreißt. Denn bei dem hochdynamischen Umfor mungsprozeß durch die Detonation verliert das Trennschrauben material einen Teil seiner Festigkeit, wodurch das Material schon bei geringerer Belastung als im Falle einer statischen Belastung zerreißt.

Da in einem Detonator die Anzünd-, Zünd- und Wirkladung in einer Säule übereinander in eine Stahlhülse gepreßt sind, kann es auch bei hohen Beschleunigungskräften nicht zu einem Abreißen des Glühdrahtes kommen. Derartige Trennschrauben lassen sich daher sehr kompakt herstellen und sind bei Ver wendung in Flugkörpern sehr abschußsicher, wobei sie auch bei extremen Abschußbeschleunigungen (bis zu ca. 30 000 g) funk tionssicher arbeiten.

Im Hinblick auf die relativ geringe Menge an benötigtem Explosivstoff entfallen auch die Probleme herkömmlicher Trennschrauben, bei denen es aufgrund der großen Menge freiwerdender heißer Gase häufig zu einer Entzündung der durch die Trennschraube vor dem Trennvorgang verbundenen Bauteile kommt.

Ein weiterer besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Trenn schrauben ergibt sich dann, wenn gleichzeitig mit dem Trenn vorgang ein Vernieten des kopfseitigen Teiles der Trenn schraube mit dem entsprechenden getrennten Bauteil erfolgen soll, damit der kopfseitige Teil der Trennschraube nicht lose herumfliegt und Bauteile etc. ungewollt beschädigt. In diesem Fall muß das Bauteil mit einer Ausnehmung, Abflachung etc. versehen werden, in die das untere Ende des durch die Deto nation getrennten kopfseitigen Teiles der Trennschraube ein greift. Während ein derartiges Vernieten des kopfseitigen Teiles der Trennschraube bei bekannten Trennschrauben in der Regel nicht sicher erreichbar ist, führte die Verwendung eines Detonators als Trennladung überraschenderweise zu einer sicheren Vernietung, da die in die Schraube eingekoppelte Detonationswelle sowohl in axialer als auch in radialer Rich tung wirkt. Dabei wird bei dem Trennvorgang die Trennschraube praktisch gleichzeitig zerrissen und der kopfseitige Teil mit dem entsprechenden Bauteil vernietet.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden anhand von Figuren erläuterten Ausführungs beispielen. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Trennschraube;

Fig. 2 die in Fig. 1 dargestellte Trennschraube sowie zwei durch diese Schraube verbundenen Geschoßteile und

Fig. 3 und 4 zwei weitere Ausführungsbeispiele erfindungs gemäßer Trennschrauben.

In Fig. 1 ist mit 1 eine Trennschraube bezeichnet, die im we sentlichen aus dem eigentlichen Schraubenkörper 2 mit einer zentralen in axialer Richtung 3 erstreckenden Ausnehmung 4 besteht, in welcher sich ein Detonator 5 befindet. Die Aus nehmung 4 erstreckt sich bis zum fußseitigen Ende 6 des Schraubenkörpers 2 und ist dort mit einem in die Ausnehmung geschraubten Verschlußstopfen 7, z. B. aus Kunststoff, ver schlossen.

Der eine Zünd- und eine Wirkladung enthaltende Detonator 5 ist über zwei Leitungen 8, 9 mit einem auf dem kopfseitigen Ende 10 der Trennschraube angeordneten elektrischen Anschluß 11 verbunden und besitzt als Wirkladung Nitropenta.

In seiner äußeren Mantelfläche 12 besitzt der Schraubenkörper 2 in Höhe des Detonators 5 eine äußere Ausnehmung 13, in der eine rillenförmige Sollbruchstelle 14 angeordnet ist.

Fig. 2 zeigt zwei Geschoß-Bauteile 15, 16, welche durch die in Fig. 1 dargestellte Trennschraube 1 miteinander verbunden sind.

Im Bereich der Ausnehmung 13 der Trennschraube 1 sind die beiden angrenzenden Bauteile 15, 16 leicht angeschrägt und bilden eine zur Geschoßaußenseite hin gerichtete keilförmige Vertiefung mit den Begrenzungsflächen 17, 18.

Wird nun ein entsprechender Spannungsimpuls an den elektri schen Anschluß 11 der Trennschraube 1 gelegt, so detoniert der Detonator 5. In den Schraubenkörper 2 wird eine Stoßwelle eingekoppelt, die zu einem Zerreißen der Schraube 1 im Be reich der rillenförmigen Sollbruchstelle 14 führt. Gleich zeitig wird das durch die Detonation entstehende untere Ende 19 (in Fig. 2 gestrichelt dargestellt) des kopfseitigen Teiles 20 der Trennschraube 1 gegen die Begrenzungsfläche 17 des Bauteiles 15 gepreßt. Dadurch wird der kopfseitige Teil 20 der Trennschraube 1 wie eine Niete in dem Bauteil 15 gehalten und kann nach dem Trennvorgang der beiden Bauteile 15, 16 nicht mehr herumfliegen und ungewollt Sachen bzw. Menschen beschädigen bzw. verletzen. Die Ausnehmung 13 ist derart ausgestaltet, daß die Trennschraube sich für eine sichere Vernietung genügend aufweiten kann.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So zeigt Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Trennschraube 21, bei der sich eine Sollbruchstelle 22 nicht an der äußeren Mantelfläche 23 des Schraubenkörpers 24, sondern an der die Ausnehmung 25 für einen Detonator 26 begrenzenden Seitenwand 27 des Schraubenkörpers 24 befindet.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Trenn schraube 28, bei der sich die entsprechende Sollbruchstelle 29 ebenfalls in der die Ausnehmung 30 begrenzenden Seitenwand 31 für den Detonator 32 befindet und bei dem sich die Ausnehmung 30 zum Einbringen des Detonators 32 bis an das kopfseitige Ende 33 der Trennschraube 28 erstreckt. Die Aus nehmung 30 ist kopfseitig durch einen Kunststoff-Verschluß stopfen 34 verschlossen, durch welchen elektrische Leitungen 35, 36 zum Zünden des Detonators 32 hindurchgeführt sind.

Bezugszeichenliste

1 Trennschraube
2 Schraubenkörper
3 axiale Richtung
4 Ausnehmung
5 Detonator
6 fußseitiges Ende der Trennschraube
7 Verschlußstopfen
8, 9 elektrische Leitungen
10 kopfseitiges Ende der Trennschraube
11 Anschluß
12 äußere Mantelfläche
13 Ausnehmung
14 Sollbruchstelle
15, 16 Bauteile
17, 18 Begrenzungsflächen
19 untere Ende
20 kopfseitiges Teil der Trennschraube
21 Trennschraube
22 Sollbruchstelle
23 äußere Mantelfläche
24 Schraubenkörper
25 Ausnehmung
26 Detonator
27 Seitenwand
28 Trennschraube
29 Sollbruchstelle
30 Ausnehmung
31 Seitenwand
32 Detonator
33 kopfseitiges Ende der Trennschraube
34 Verschlußstopfen
35, 36 elektrische Leitungen

Claims

1. Trennschraube zum lösbaren Verbinden zweier Bauteile (15, 16), wobei die Trennschraube (1; 21; 28) eine in axialer Richtung (3) sich erstreckende Ausnehmung (4; 25; 30) enthält, in der eine elektrisch zündbare Trennladung (5; 26; 32) angeordnet ist, und wobei minde stens eine Sollbruchstelle (14; 22; 29) vorgesehen ist, so daß die Trennschraube (1; 21; 28) nach Zündung der Trenn ladung (5; 26; 32) in zwei axial hintereinander angeord nete Teile trennbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Trennladung (5; 26; 32) um einen Detonator handelt.

2. Trennschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollbruchstellen (14; 22; 29) derart angeordnet sind, daß das untere Ende (19) des durch die Detonation getrennten kopfseitigen Teiles (20) der Trennschraube (1; 21; 28) in eine entsprechende Ausnehmung des ihn um gebenden Bauteiles (15) eingreift oder um eine entspre chende Begrenzungsfläche (17) dieses Bauteiles (15) herumgreift, so daß der kopfseitige Teil (20) der Trenn schraube (1; 21; 28) nach der Detonation nietenförmig mit diesem Bauteil (15) verbunden bleibt.

3. Trennschraube nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Sollbruchstelle (22; 29) an der Seiten wand (27; 31) der Ausnehmung (25; 30) der Trennschraube (21; 28) angeordnet ist, innerhalb welcher sich der Detonator (26; 32) befindet.

4. Trennschraube nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Sollbruchstelle (14) an der äußeren Mantelfläche (12) der Trennschraube (1) in Höhe des Detonators (5) angeordnet ist.

5. Trennschraube nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die äußere Mantelfläche (12) der Trenn schraube (1) in einem vorgebbaren Bereich um die Soll bruchstelle (14) herum einen geringeren Durchmesser aufweist als in ihrem restlichen Wandbereich.

6. Trennschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Detonator (5; 26; 32) ver bundenen elektrischen Leitungen (8, 9; 35, 36) durch die Kopfseite der Trennschraube (1; 21; 28) nach außen geführt sind.

7. Trennschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (30), innerhalb der der Detonator (32) angeordnet ist, sich vom kopfseitigen Ende (33) in die Schraube (28) hinein erstreckt, so daß der Detonator (32) von diesem Ende aus in die Ausnehmung (30) einbringbar ist, und daß der dem kopfseitigen Ende (33) zugewandte Bereich der Ausnehmung (30) mit einem Verschlußstopfen (34) aus elektrischem, nicht leitendem Material verschlossen ist.

8. Trennschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (4; 25), innerhalb der der Detonator (5; 26) angeordnet ist, sich vom fußseiti gen Ende (6) der Schraube (1; 21) in diese hinein er streckt, so daß der Detonator (5; 26) von diesem Ende aus in die Ausnehmung (4; 25) einbringbar ist, und daß der fußseitige Bereich (6) der Ausnehmung (4; 25) mit einem Verschlußstopfen (7) verschlossen ist.

9. Trennschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Detonator (5; 26; 32) aus einer Anzünd-, einer Zünd- und einer Wirkladung besteht, die nebeneinander in einer Metallhülse verpreßt sind.

10. Trennschraube nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkladung aus Nitropenta besteht.