DE3913442A1 - Schockimpulsisolierende vorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schockimpuls­ isolierung beispielsweise von Weltraumsatelliten gegenüber möglichen Meteoritentreffern oder Kampfpanzern gegenüber einem Beschuß durch ein feindliches Projektil und wird nachfolgend an letztgenanntem Fall näher beschrieben.

Wird ein Panzer von einem Projektil getroffen, dann wird er besonders stark mit Frequenzen über 1000 Hz zu Schwingungen angeregt. Um die Besatzung und Einbaugeräte des Panzers vor dieser extremen Schwingungsanregung zu schützen, kann seine beschußgefährdete Oberfläche mit einer Zusatzpanzerung aus­ gerüstet werden. In herkömmlicher Bauart besteht diese im wesentlichen aus einer Vielzahl von nebeneinander angeord­ neten Schutzplatten aus Panzerstahl, die über Federn bzw. Gummielemente am Turm und an der Wanne des Panzers befe­ stigt sind. Der so erzielbare Schockschutz ist um so bes­ ser, je niedriger die statische Steifigkeit und die Dämp­ fung bzw. die hieraus resultierende dynamische Steifigkeit dieser Federn ist.

In herkömmlicher Bauweise der Zusatzpanzerung muß jedoch die statische Steifigkeit und Dämpfung der als Federn die­ nenden Gummielemente relativ hoch sein. Die Schutzplatten würden sonst bereits bei einwirkenden fahrdynamischen Be­ schleunigungen zu große Schwingungsamplituden ausführen, wodurch die Gummielemente einer unzulässig hohen Zugspan­ nung ausgesetzt wären.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine schockimpulsisolierende Vorrichtung mit einer erheblich geringeren dynamischen Steifigkeit ihrer Federn und somit höherer Wirksamkeit zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch eine schockimpulsisolierende Vor­ richtung nach Anspruch 1 gelöst.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und den nachfolgenden Ausfüh­ rungsbeispielen.

Der Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ihre gute schockimpulsisolierende Wirkung. Diese beruht unter anderem auf den erst durch die Erfindung einsetzbaren Fe­ dern mit besonders geringer statischer Steifigkeit und Dämpfung sowie einem wesentlich größeren Federweg. Weitere Vorzüge erfindungsgemäßer Ausführungsformen ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen von Ausführungsbeispielen des Erfindungs­ gedankens.

Im folgenden wird auf eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung näher eingegangen. Dabei können die der Beschrei­ bung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale bei ande­ ren Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigt

Fig. 1 eine schockimpulsisolierende Vorrichtung nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße, schockimpulsisolierende Vor­ richtung und

Fig. 3 ein erfindungsgemäß ausgebildetes Dämpfungselement für die Vorrichtung nach Fig. 2.

In Fig. 1 ist eine dem Stand der Technik entsprechende schockimpulsisolierende Vorrichtung dargestellt. Die aus Panzerstahl bestehende quadratische Schutzplatte 1 ist durch in ihren Ecken plazierte Gummielemente 5 von der Platte 6 der Wanne oder des Turms eines Panzers getrennt. Die Gummielemente 5 bestehen aus zwei Stahlscheiben 2, 3, die mit einem Gummiblock 4 durch Vulkanisation verbunden sind. Die Stahlscheiben 2, 3 sind in nicht näher darge­ stellter Weise, z.B. durch Gewindestifte und entsprechende Gewindebohrungen oder durch Bajonettverschlüsse, mit den Platten 1, 6 verschraubt.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße schockimpulsisolierende Vorrichtung, die sich gegenüber derjenigen von Fig. 1 nur durch erfindungswesentliche Merkmale unterscheidet. So sind die Gummielemente 5 durch Federn 7 niedrigerer statischer Steifigkeit und extrem geringer Dämpfung ersetzt. Sie be­ stehen aus Stahl und sind zur Erzielung eines großen mögli­ chen Federweges als Kegelstumpffedern ausgebildet. Die Lage der Federn 7 auf der Schutzplatte 1 wird durch an letztere angeschraubte Federteller 10 gesichert.

Die Federn 7 sind durch sich überkreuzend angeordnete Stahlseile 8, 9 vorgespannt, die über nicht näher darge­ stellte Bügelseilhülsen nach DIN 83 313 mit den Platten 1, 6 verschraubt sind. Die Stahlseile 8, 9 sind jeweils zwischen den Federn 7 an den Rändern der Schutzplatte 1 parallel zu ihren Quadratseiten angeordnet. Hierbei sind in Fig. 2 nur die Seile einer Seite abgebildet. Die Stahlseile 8, 9 kreu­ zen sich gemäß Fig. 3 innerhalb eines Dämpfungselements 11. Sie sind in ihrer Länge genau so bemessen, daß die Federn 7 eine vorgegebene Vorspannkraft erreichen.

Wird die Schutzplatte 1 von einem Projektil getroffen, wer­ den die Federn 7 nur dann zusammengedrückt, wenn der Impuls des Projektils groß genug ist, um ihre Vorspannung zu über­ winden. Ist dies der Fall, dann nehmen die Drahtseile 8, 9 eine zunehmend parallele Lage zueinander ein. Gleichzeitig werden die Hülsenhälften 13, 14 durch die Feder 12 vonein­ ander weggepreßt.

Die Vorspannung der Federn 7 hat also zur Folge, daß sie nur durch Projektilimpulse entsprechend hohen Betrags ver­ formt werden beziehungsweise eine gegenseitige Annäherung der Platten 1, 6 zur Folge haben. Die Federn 7 können des­ halb besser speziell auf große, gefährliche Projektilimpul­ se abgestimmt werden als die dem Stand der Technik entspre­ chend nicht vorgespannten Gummielemente 5 von Fig. 1.

Ist der Impuls eines Projektiltreffers abgebaut, dann wird die Schutzplatte 1 durch die zusammengedrückten Federn 7 wieder von der Platte 6 wegbeschleunigt. Gleichzeitig ver­ ringert sich der gegenseitige Abstand der Hülsenhälften 13, 14, wobei diese große Reibungskräfte auf die Drahtseile 8, 9 ausüben. Es wird so die in den Federn 7 gespeicherte po­ tentielle Energie des Schockimpulses dissipiert und vermie­ den, daß die Schutzplatte 1 von der Platte 6 mit großer Ge­ schwindigkeit weggeschleudert wird, was ein Reißen der Drahtseile 8, 9 bewirken könnte. Bei entsprechenden, vor­ zugsweise experimentell zu ermittelnden Abmessungen der Fe­ der 12, des Kreuzungswinkels der Drahtseile 8, 9 und der Länge der Hülsenhälften 13, 14 sowie Formgebung ihrer Kon­ taktflächen mit den Drahtseilen 8, 9, läßt sich auch errei­ chen, daß die Schutzplatte 1 nach ihrem Beschuß nicht mehr den ursprünglichen sondern einen geringeren bleibenden Ab­ stand zur Platte 6 einnimmt. Die Federn 7 sind dann einer noch stärkeren Vorspannung ausgesetzt als vor dem Beschuß.

Da die Drahtseile 8, 9 aufgrund der Vorspannung der Federn 7 unter Zugbelastung stehen, üben sie auf die Schutzplatte 1 eine Haltefunktion aus, so daß diese bei fahrdynamischen Beschleunigungen keine störenden Bewegungen ausführt. Die Federn 7 müssen deshalb nur einen Bruchteil der statischen Steifigkeit der Gummielenente 5 aufweisen und können auch einen wesentlich größeren Federweg besitzen, so daß sie un­ ter Schockeinwirkung eine vielfach bessere Schockimpulsiso­ lation bewirken.

Die Haltefunktion der Drahtseile 8, 9, ist aufgehoben, wenn die Vorspannkräfte in den Federn 7 durch ein auf die Schutzplatte 1 treffendes Projektil überwunden sind. Der optimale Betrag der Vorspannkräfte ist somit unter anderem abhängig vom maximalen Impuls eines auftreffenden Projek­ tils, der Masse der Schutzplatte 1, den fahrdynamischen Maximalbeschleunigungen, dem zulässigen Federweg der Federn 7, ihrer eventuellen nichtlinearen statischen Steifigkeit und dem Kreuzungswinkel der Drahtseile 8, 9 im unbelasteten Zustand der Schutzplatte 1.

Im Gegensatz zu den Gummielementen 5 weist das Dämpfungs­ element 11 den für eine gute Schockisolation entscheidenden Vorteil auf, nur bei der Entspannung der Federn 7 energie­ dissipierend zu wirken. Da darüber hinaus bei den Gummiele­ menten 5 die auf der Werkstoffdämpfung beruhende Energie­ dissipation nur relativ gering sein kann, besteht bei der schockisolierenden Vorrichtung von Fig. 1 stets die Gefahr, daß die Gummielemente von der zurückschwingenden Schutz­ platte 1 einer zu hohen Zugspannung ausgesetzt und so zer­ stört werden.

Um bei besonders großen Impulsen auftreffender Projektile durch die sich annähernden Platten 1, 6 ein Zusammen­ quetschen der Hülsenhälften 13, 14 zu vermeiden, können diese an ihrer Außenseite auch mit einer dicken Gummibe­ schichtung versehen sein. Eine andere oder ergänzende Maß­ nahme besteht darin, zwischen den Platten 1, 6 zusätzliche, in Fig. 2 nicht dargestellte Gummianschlagpuffer oder funk­ tionsgleiche Stahlfedern anzuordnen.

Grundsätzlich ist es auch möglich, die Federn 7 durch einen oder mehrere Blöcke aus Kunststoff beziehungsweise durch eine dementsprechende Beschichtung der Platte 6 zu erset­ zen. Findet hierzu Polyurethan Verwendung, kann dieser Kunststoff zugleich auch Funktionen des Strahlenschutzes ausüben. Gegenüber Stahlfedern tritt bei der impulsbeding­ ten Kompression des Kunststoffs jedoch eine größere, der Schockisolierung abträgliche Dämpfung auf.

Bei der schockisolierenden Vorrichtung von Fig. 2 sind in dem Dämpfungselement 11 drei Funktionen vereint, die auch von zwei oder drei einzelnen Bauelementen erfüllt werden können:

• 1. gemäß Anspruch 2 fortwährendes Spannen der Drahtseile 8, 9 während des durch den Schockimpuls bedingten Zusammen­ drückens der Federn 7
• 2. gemäß Anspruch 3 zumindest teilweises Klemmen der Draht­ seile 8, 9 zur Vermeidung einer vollständigen Entlastung der durch den Schockimpuls zusammengedrückten Federn 7
• 3. gemäß Anspruch 4 Dissipation der bei der Entlastung der Federn 7 in ihnen gespeicherten freiwerdenden Energie des Schockimpulses.

Die Funktion 1 kann auch durch Zugfedern erfüllt werden, deren Enden einerseits mit den Seilenden an den Platten 1, 6 und andererseits mit den Hülsenhälften 13, 14 verbunden sind.

Die Erfüllung der Funktion 2 kann auch dadurch erleichtert werden, indem auf die Drahtseile 8, 9 eine Vielzahl etwa 15 mm langer kegelstumpfförmiger Formteile 15 aufgeklemmt wer­ den, wie dies in Fig. 3 beispielhaft für die rechte Hälfte des Drahtseils 9 dargestellt ist. Es läßt sich so ein ver­ besserter Reib- und/oder Formschluß der Drahtseile 8, 9, mit den Hülsenhälften 13, 14 erzielen. Dasselbe läßt sich erreichen, wenn statt der Drahtseile 8, 9 Ketten Verwendung finden, deren entsprechend geformte Glieder im Wirkzusam­ menhang mit den Hülsenhälften 13, 14 bei einer Entlastungs­ bewegung der Federn 7 die Funktion von Sperrklinken aus­ üben. Weiterhin sind auch solche nur in einer Bewegungs­ richtung wirkende und bei der Wassersportart Segeln ge­ bräuchliche Seilklemmen geeignet, wie z.B. sogenannte Cur­ ryklemmen.

Insbesondere wenn die Drahtseile 8, 9 gegen Gurte gleicher Tragfähigkeit ersetzt werden, können die Funktionen 1 und 2 auch durch Vorrichtungen erfüllt werden, wie sie in ihrer Art bei Kraftfahrzeugen zum automatischen Aufrollen der Si­ cherheitsgurte Verwendung finden. Stützt sich die Dreh­ sperreinrichtung einer derartigen Aufwickelvorrichtung auf einer reibgebremsten drehbaren Platte ab, deren Bremskraft durch eine in ihrer Vorspannung einstellbare Druckfeder re­ gelbar ist, dann lassen sich so alle drei genannten Funk­ tionen erfüllen.

Claims (4)

1. Schockimpulsisolierende Vorrichtung, gekennzeichnet - durch folgende Merkmale:

• - ein dem Schockimpuls direkt ausgesetzter Gegenstand, wie insbesondere eine Schutzplatte (1), ist mit dem vor einem Schockimpuls zu schützenden Gegenstand, wie beispielsweise einer Platte (6), über mindestens ein elastisches Bauteil, wie insbesondere eine Feder (7), verbunden
• - der dem Schockimpuls direkt ausgesetzte Gegenstand (1) ist mit dem zu schützenden Gegenstand (6) durch mindestens ein Zugkräfte übertragendes Mittel, das vorzugsweise biegeweich ausgebildet und insbesondere ein Stahlseil (8, 9) ist, in Sinne einer Vorspannung des beziehungsweise der elastischen Bauteile (7) verbunden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

• - das oder die Zugkräfte übertragenden Mittel (8, 9) stehen im Wirkzusammenhang mit einer sie spannenden Vorrichtung (11), die während einer schockimpulsbe­ dingten weiteren Vorspannung des oder der elastischen Bauteile (7) die Mittel (8, 9) fortwährend zumindest annähernd spielfrei macht beziehungsweise spannt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

• - das oder die Zugkräfte übertragenden Mittel (8, 9) stehen im Wirkzusammenhang mit einer die Entlastungs­ bewegung der Bauteile (7) zumindest teilweise sperrenden Vorrichtung (11).

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 oder 3, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

• - das oder die Zugkräfte übertragenden Mittel (8, 9) stehen derart im Wirkzusammenhang mit einer energie­ dissipierenden Vorrichtung (11), daß die mit der Rückverformung der durch den Schockimpuls elastisch verformten Bauteile (7) verbundene Relativbewegung der Mittel (8, 9) zur Vorrichtung (11) energiedissi­ pierend durch Reibung behindert wird.