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Schraubverbindung mit Sollbruchstelle Die Erfindung betrifft eine
Schraubverbindung mit Soilbruchstelle, für Flugkörper mit einem oder mehreren in
diesen untergebrachten aus einer Öffnung ausstoßbaren Elementen und einem abtrennbaren
Verschlußteil für die Öffnung.
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Flugkörper-wie Raketen, Geschosse, Bomben od.dgl. enthalten oftmals
ein oder mehrere Elemente, die zu einem vorgegebenen Zeitpuikt aus dem Flugkörper
mittels geeigneter Ausstoßvorrichtung2n, meist pyrotechnische Äusstoßladungen, ausgestoßen
werden. Bei diesen Elementen kann es sich beispielsweise um Flugkörperteile handeln,
die nach ErfUrg ihrer Funktion noch während des Fluges ausgestoßen werden sollen.
Insbesondere handelt es sich dabei jedoch um Nutzlasten wie beispielsweise Flugblätter
oder Streuminen, die über dem Zielgebiet ausgestoßen werden sollen.
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Für diesen Zweck ist beispielsweise bekannt, die Flugkörper mit einem
Innenrohr zu versehen, um dieses herum die Nutzlast anzuorangen, und diese durch
eine Öffnung an der Spitze oder am Heck des -Flugkörpers auszustoßen. Die Öffnung
ist bis zum Ausstoß mit einem Verschlußteil verschlossen, das am Mittelrohr gehalten
ist.
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Diese Verbindung kann ohne Schwierigkeiten so fest ausgebildet werden,
daß sie z.B. den Beanspruchungen während der üblichen Umwelttelastungstests wie
etwa Rüttel-, Stoß- und Falltests der Flugkörper sicher standhält.
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Anders liegen die Verhältnisse, sofern im Hinblick auf die Form der
auszustoßenden Elemente die Flugkörper kein Mittelrohr enthalten. In diesem Falle
wird dann in bekannter Weise die Gefechtskopfspitze über mehrere längs des Umfangs
symmetrisch verteilte
radial angeordnete Schrauben mit der Gefechtskopfhülle
des Flugkörpers verbunden. Die Schrauben sind so ausgelegt, daß sie bei Erreichen
eines vorbestimmten Ausstoßdruckes innerhalb des Flugkörpers, der beispielsweise
über einen Treibspiegel und das auszus toß ende Element bzw. die Elemente auf die
Radialschrauben einwirkt, abgeschert werden, so daß die Spitze von der Hülle abgeworfen
werden und der Ausstoß erfolgen kann. Diese Art einer Schraubverbindung mit Sollbruchstelle
stellt jedoch in der Praxis nicht zufrieden, da aus Raum- und Gewichtsgründen die
Flugkörperhülle im allgemeinen relativ dünnwandig ist, so daß die Radialschrauben
einen nur ungenügenden Halt ergeben, und es beispielsweise während der Umweltbelastungstests
oder auch der Handhabung bzw. dem Transport der Flugkörper zu unzulässigen lockerungen
der Verbindungen zwischen der Flugkörperhülle und dem Verschlußteil kommen kann,
so--daß z.B. die Spitze des Gefech-tskopfes bei Querkrafteinwirkung mehr oder weniger
stark wackelt. Diese Verbindungsart weist aber noch den weiteren Nachteil auf, daß
sie das bzw. die im Flugkörper befindlichen auszustoßenden Elemente in axialer Richtung
nicht in der gewünschten, d.h.
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spielfreien Weise fixiert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend genannten
Nachteile bei einer Schraubverbindung der eingangs genannten Art zu vermeiden, d.h.
diese so auszubilden, daß bei möglichst geringem Fertigungsaufwand und einfacher
Montage einerseits eine allen üblichen Belastungen der Flugkörper einwandfrei standhaltende
Verbindung gewährleistet ist, andererseits beim Ausstoß diese Verbindung aber einwandfrei
lösbar ist, so daß das Hinaus stoßen des bzw. der Elemente aus dem Flugkörperinneren
nicht behindert wird. Außerdem soll die Verbindung mit einfachen Mitteln auch unter
Berücksichtigung der üblichen Fertigungstoleranzen eine einwandfreie axiale Fixierung
des oder der Elemente im Flugkörper ermöglichen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, im Bereich
der Öffnung des Flugkörpers einen Zwischenring anzuordnen, der mittels wenigstens
eines radial nach außen überstehenden
Abscherelementes in wenigstens
eine dazu korrespondierende an der Innenwandung des Flugkörpers ausgebildete Ausnehmung
formschlüssig eingreift und an seiner inneren Mantelfläche ein Schraubgewinde aufweist,
über welches das Verschlußteil mit dem Zwischenring formschlüssig verbunden ist
und sichan dem bzw. den ausstoßbaren Elementen und/oder dem Flugkörper abstützt,
wobei der Zwischenring mit seinem Abscherelement gegen die der Öffnung zugewandte
Anlagefläche der Ausnehmung gedrückt wird.
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Das Abscherelement des Zwischenringes kann beispielsweise als einstückig
mit diesem ausgebildete Nase, Nocken, Leiste od.dgl.
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oder auch als in diesen eingesetzter Stift, Bolzen od.dgl. ausgebildet
sein, wobei im Hinblick auf eine möglichst gleichmäßige Krafteinwirkung zwischen
der Flugkörperwandung und dem Zwischenring vorzugsweise mehrere längs des Umfangs
gleichmäßig verteilt angeordnete Abscherelemente vorgesehen sind. Die Ausnehmung
an der Flugkörperinnenwand kann beispielsweise als vom Rand der Öffnung ausgehende
Nut in L-Form ausgebildet sein, so daß der Zwischenring mit seinem Abscherelement
in den axialen Teil der Nut eingeschoben und dann durch Verschwenken im Umfangs
teil der Nut mit dem Flugkörper nach Art eines Bajonettverschlusses verriegelt werden
kann, Der Zwischenring, das Abscherelement und die Flugkörperwandung im Bereich
der Ausnehmung können in Abhängigkeit von der Materialfestigkeit dabei so bemessen
werden, daß je nach den Erfordernissen im Einzelfall beim Aussioßvorgang entweder
das Abscherelement selbst vom Zwischenring abgeschert wird und/oder die Flugkörperwandung
im Bereich der Ausnehmung mittels des wenigstens einen Abscherelementes abgeschert
wird, und damit die Ausstoßöffnung vom Verschlußteil freigegeben wird.
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Das Verschlußteil kann für die Formschlußverbindung mit dem Zwischenring
beispielsweise mit einem Außengewinde versehen und in den Zwischenring eingeschraubt
sein, bis es mit seiner inneren Stirnfläche an dem bzw. den auszustoßenden Elementen
anliegt und diese in axialer Richtung gegen das andere Ende des Flugkörpers drückt
und damit in axialer Richtung sicher fixiert.
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Die Größe dieser Axialkraft kann je nach den Erfordernisse über das
Anzugsmoment des Verschlußteiles festgelegt werden. Dabei kann es zweckmäßig sein,
z.B.- zwischen dem Verschlußteil und dem benachbarten auszustoBenden Element ein
Dehnungsglied wie etwa eine oder mehrere Tellerfedern vorzusehen, um je nach den
thermischen Beanspruchungen, dem Ausdehnungsverhalten der einzelnen Teile, den Längenabmessungen
usw. eine gewisse definierte Axialverschiebbarkeit zu ermöglichen. Mittels des Verschlußteiles
wird dabei gleichzeitig der Zwischenring zur Öffnung hin gedrückt, so daß er fest
an der dieser zugewandten Anlagefläche des Umfangsteiles der Nut an der Flugkörperinnenwand
anliegt. Je nach den Längenabmessungen kann aber beispielsweise auch vorgesehen
sein, daß sich das Verschlußteil sowohl am auszustoßenden Element als auch an der
Flugkörperhülle abstützt.
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In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, in den
-Zwischenring einen mit einem korrespondierenden Außengewinde versehenen Gewindeeinsatz
bis zur Anlage an dem bzw. den ausstoßbaren Elementen einzuschrauben und auf den
Gewindeeinsatz das ein entsprechendes Innengewinde aufweisende Verschlußteil bis
zur Anlage am Flugkörper aufzuschrauben. Das Verschlußteil stützt sich hier mittelbar
über den Gewindeeinsatz und ein evtl. ergänzendes Dehnungsglied am ausstoßbaren
Element ab.
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In vorteilhafter Weise ist dabei ferner praktisch unabhängig von den
jeweiligen Längenabmessungen eine gleichzeitig Abstützung des Verschlußteiles an
der Flugkörperhülle möglich. Darüber hinaus ist dadurch nach Art zweier gegeneinander
festgezogener Schraubenmuttern eine Konterung des Gewindeeinsatzes und damit eine
einwandfreie Sicherung gagen unbeabsichtigtes Lösen erreicht. Diese einfach zu montierende
sehr feste Verbindung bietet weiterhin die Möglichkeit, den Gewindeeinsatz beispielsweise
als Buchse auszubilden und in dieser zusätzliche Bauelemente wie beispielsweise
Zündgenerator, Kontakteinrichtungen, Verkabelungen usw. einzubauen, bevor abschließend
das Verschlußteil, beispielsweise eine Gefechtskopfspitze, aufgeschraubt wird.
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Zur weiteren Vereinfachung der Fertigung und Erleichterung der Montage
kann gemäß einem anderen Vorschlag der Erfindung der Zwischenring als Sprengring
ausgebildet werden. Der Sprengring weist einen beispielsweise radialen Schlitz auf,
so daß er in Umfangsrichtung zusammengedrückt, d.h. im Durchmesser verkleinert und
damit sehr einfach in eine sich nur in Umfangsrichtung erstreckende Ausnehmung an
der Flugkörperinnenwand eingesetzt werden kann. Als weiterer Vorteil kommt noch
hinzu, daß bei einem Schraubgewinde mit geneigten Gewindeflanken der Sprengring
beim Einschrauben des Verschlußteiles oder des Gewindeeinsatzes aufgeweitet wird
und sich dadurch trotz. der bei einer Serienfertigung unvermeidbaren Durchmessertoleranzen
längs eines Umfangs gleichmäßig an die Flugkörperinnenwandung anlegt.
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Nach einem weiteren Vorsclilag der. Erfindung sind das Abscherelement
des Zwischenringes als Ringbund und die Ausnehmung an der Flugkörperinnenwand als
innere Ringnut ausgebildet, um einerseits die auftretenden Axialkräfte gleichmäßig
auf eine möglichst große Fläche längs des Umfangs zu verteilen und andererseits
Fertigung und Montage erschwerende Unterbrechungen, wie sie beispielsweise bei im
Abstand voneinander angeordneten Abscherelementen am Zwischenring erforderlich sind,
zu vermeiden. Sofern das wenigstens eine Abscherelement des Zwischenringes beim
Ausstoßvorgang selbst abgeschert we'rden soll, erweist es sich als vorteilhaft,
das Abscherelement des Zwischenringes mit einer seiner beiden Stirnflächen bündig
abschließend auszubilden, da es dann mit geringem Aufwand, z.B. durch Beschleifen
der betreffenden Stirnfläche, in definierter Dicke herstellbar ist. Setzt man diesen
Zwischenring sp in den Flugkörper ein, daß seine das Abscherelement aufweisende
Stirnfläche von der Ausstoßöffnung abgewandt ist, so ist der axiale Abstand zwischen
der Ausnehmung an der Flugkörperinnenwand und dem Öffnungsrand am größten, was unter
Umständen aus Festigkeitsgründen vorteilhaft sein kann.
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Um eine verbesserte Abdichtung zwischen dem Flugkörperinneren und
dem Verschlußteil zu erreichen, kann erfindungsgemäß zwischen
dem
Zwischenring und dem Verschlußteil ein ringförmiges Dichtungselement angeordnet*
das beispielsweise als 0-Ring ausgebildet sein kann. Wird als Zwischenring ein Sprengring
verwendet, so sollte zur tjberbrückung des Sprengringschlitzes zweckmäßigerweise
ein dünner Metallring zwischen dem Sprengring und dem Dichtungselement eingelegt
werden. Erfindungsgemäß kann des weiteren das Verschlußteil mit einem ringzylindrischen
Ansatz versehen werden, mit dem es in der Öffnung des Flugkörpers geführt ist und
am gegebenenfalls vorgesehenen Dichtungselement anliegt.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel gezeigt
und wird anhand dieses nachstehend noch näher erläutert.
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Es zeigen Figur 1 einen Gefechtskopf im Ausschnitt und Figur 2 einen
Querschnitt durch die Gefechtskopfhülle gemäß der Linie II - II in Figur 1.
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Der in Fig. 1 im Ausschnitt gezeigte Gefechtskopf eines Flugkörpers
1, beispielsweise eine Rake-te, weist die Hülle 2 und als Verschlußteil 3 die Gefechtskopfspitze
auf. Nachdem in die Hülle 2 durch die Öffnung 4 hindurch die in der Ansicht gezeigten
auszustoßenden Elemente 5, z.B. mehrere axial hintereinander angeordnete Minen eingeschoben
sind, wird der Zwischenring 6, hier ein Sprengring, mit Innengewinde 7 und wenigstens
einem genau dimensionierten Abscherelement 8, hier ein umlaufender Ringbund, in
die Ausnehmung 9 an der Innenwandung 10 des Flugkörpers 1 eingesetzt. Das Abscherelement
8 schließt bündig mit der Stirnfläche 11 des Zwischenringes 6 ab. In den Zwischenring
6 ist der mit dem Außengewinde 12 versehene Gewindeeinsatz 13 eingeschraubt, der
sich entsprechend dem auf ihn ausgeübten Drehmoment beim Einschrauben mit seiner
inneren Stirnfläche am auszustoßenden Element 5 abstützt. Dabei drückt er den Zwischenring
6 mit seinem Abscherelement 8 gegen die der Öffnung 4 des Flugkörpers 1 zugekehrte
Anlagefläche 14 * werden
der Ausnehmung 9 und mit seiner äußeren
Mantelfläche gegen die Imlenwandung 10. Nach Befestigung des nicht gezeigten Zündgenerators,
der Kontaktelemente usw. auf dem als Buchse ausgebildeten Gewindeeinsatz 13, dem
Einlegen des ringförmigen Dichtungselementes 15 mit dünnem Metallring 16 wird das
Verschlußteil 3 mit dem Innengewinde 17 auf den Gewindeeinsatz 13 aufgeschraubt,
bis es am Öffnungsrand 18 des Flugkörpers 1 anliegt. Der ringzylindrische Ansatz
19 des Verschlußteiles 3 dient zu dessen Zentrierung gegenüber der Hülle 2 und stützt
sich auf dem deformierbaren Dichtungselement 15 ab.
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Nach beispielsweise elektrischer Zündung einer nicht gezeigten pyrotechnischen
Ausstoßladung für die Elemente 5 wird über diese und den Gewindeeinsatz 13 das Abscherelement
8 des Zwischenringes 16 an der Schneidkante zwischen der Anlagefläche 14 der Ausnehmung
9 und der Innenwandung 10 der Hülle 2 abgeschert und damit die Ausstoßöffnung freigegeben.
Das Abscherelement ist dabei so ausgebildet, daß einerseits die Schraubverbindung
den auf den Flugkörper bis zutun Ausstoßen einwirkenden Beanspruchungen sicher standhält,
andererseits aber die Abscherung erfolgt, bevor die notwendigerweise dünnwandige
Gefechtskopfhülle2unter dem inneren Uberdruck der gezündeten Ausstoßladung undefiniert
aufreißen könnte, d.h. die Scherfestigkeit ist geringer als die Druckfestigkeit
der Hülle 2.
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In der Fig. 2 sind zwei Alternativen für die Ausbildung der Ausnehmung
9 an der Innenwandung 10 des Flugkörpers 1 gezeigt.
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Gemäß der linken Hälfte ist die Ausnehmung als ohne Unterbrechung
umlaufende Ringnut ausgebildet, in welche der Sprengring mit diskret angeordneten
Abscherelementen 8, vorzugsweise jedoch mit einem umlaufenden Ringbund einrastet.
In der rechten Hälfte ist die nutförmige Ausnehmung 9 mittels der Stege 20 unterbrochen,
so daß auch der Zwischenring 6 entsprechend im Abstand voneinander längs seines
Umfangs verteilt angeordnete Abscilerelemente 8 aufweisen muß. Wie deutlich zu erkennen
ist,
ist die Ausnehmung 9 nicht mit der Außenwandung 21 der Hülle
2 verbunden, so daß hier keine zusätzlichen Abdichtungen erforderlich sind.
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Selbstverständlich könnte die vorstehend erläuterte definiert lösbare
Schraubverbindung auch am hinteren Ende einer Rakete, Bombe, Geschosses, Raketengeschosses
usw. oder auch an einer anderen Stelle eingesetzt werden, sofern sich im Einzelfall
eine derartige Ausstoßrichtung als zweckmäßig erweisen sollte.