DE4011963C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine schockimpulsisolierende Vorrichtung, die ge­ eignet ist, bei durch Schockimpulse zu Schwingungen angeregten mechani­ schen Strukturen die Funktionen einer sogenannten aktiven oder die einer passiven Schwingungsisolation zu erfüllen. Nachfolgend wird die Erfindung an den Beispielen der aktiven Schwingungsisolation durch die Zusatzpanze­ rung eines Kampfpanzers und der passiven Schwingungsisolation eines be­ schleunigungsempfindlichen Geräts beschrieben.

Wird ein Panzer von einem Geschoß getroffen, dann wird er besonders stark zu hochfrequenten Schwingungen angeregt. Um die Besatzung und Einbaugeräte des Panzers vor dieser extremen Schwingungsanregung zu schützen, kann sei­ ne beschußgefährdete Oberfläche mit einer Zusatzpanzerung ausgerüstet wer­ den, die im Sinne einer aktiven Schwingungsisolation wirkt. In herkömmli­ cher Bauart besteht eine derartige Zusatzpanzerung im wesentlichen aus einer Vielzahl nebeneinander angeordneter Schutzplatten aus Panzerstahl, die über als Federn fungierende Bauteile, wie insbesondere Gummielemente oder elastische, beispielsweise aus Polyurethan bestehende Schichten, und gegebenenfalls eine weitere Stahlplatte am Turm sowie an der Wanne des Panzers befestigt sind. Die so erzielbare Schockimpulsisolation ist um so besser, je niedriger die statische Steifigkeit und die Dämpfung bzw. die hieraus resultierende dynamische Steifigkeit dieser Federn ist.

Vorrichtungen zur Realisierung einer derartigen Zusatzpanzerung sind be­ reits durch die GB-PS 1 22 370 bekannt geworden. Die als Flächendämpfer be­ zeichneten Vorrichtungen nach der DE-PS 37 41 090 unterscheiden sich von erstgenannten im wesentlichen lediglich durch mittels Profilleisten ver­ größerte Kontaktflächen einer als Feder fungierenden elastischen Kunst­ stoffschicht zu den mit ihr beidseits durch Stoffschluß verbundenen Stahl­ platten. Diese Profilleisten bewirken insbesondere bei einem schrägen Be­ schuß des Flächendämpfers eine größere Verbindungssicherheit der elasti­ schen Schicht mit den genannten Stahlplatten.

Bei einer beschußbedingten Kompression der elastischen Schicht und deren anschließender Entspannung unterliegt die dem Beschuß ausgesetzte Schutz­ platte einer hohen negativen Beschleunigung, die in der elastischen Schicht eine große Zugspannung verursacht. Selbst bei einer Geländefahrt des Panzers können dessen fahrdynamische Beschleunigungen hohe Zugspannun­ gen in der elastischen Schicht und deren unzulässig große Verformung ver­ ursachen, weshalb ihre dynamische Steifigkeit bei den auftretenden Schwin­ gungsformen der Schutzplatte einen gewissen Mindestbetrag aufweisen muß.

Um den Verlust einer Schutzplatte im Falle einer Zerstörung der elasti­ schen Schicht zu vermeiden, wird in der DE-OS 36 42 535 vorgeschlagen, die durch sie verbundenen Teile zusätzlich über spielbehaftete, nicht unter Vorspannung stehende Zugmittel, wie beispielsweise Ketten oder Seile, zu verbinden.

Aus den zuvor genannten Gründen müssen bei einer Zusatzpanzerung nach dem Stand der Technik die statische Steifigkeit und Dämpfung beziehungsweise die dynamische Steifigkeit der als Federn fungierenden Bauteile, wie z. B. elastische Schichten oder Gummielemente, relativ hoch sein, wodurch ihre schockimpulsisolierende Wirkung jedoch stark eingeschränkt ist.

Aus der DE-OS 17 75 170 ist eine als passive Schwingungsisolation fungieren­ de Vorrichtung bekannt, die das vor Schockimpulseinwirkung zu schützende Objekt, wie beispielsweise ein optisches Zielgerät eines Panzers, durch mehrere Lenker in einer exakt definierten Lage fixiert. Die Schockimpuls­ isolation dieser Vorrichtung beruht auf einer vorübergehenden Längenverän­ derung ihrer biegesteifen Lenker, wenn auf diese schockimpulsbedingte Min­ destkräfte in Zug- oder Druckrichtung einwirken und dabei die Vorspann­ kraft von in den Lenkern integrierten Vorspannelementen überwinden. Eine derartige Vorrichtung hat jedoch einen größeren Raumbedarf und ist auf­ grund ihres konstruktiven Aufwands nur bei hohen Ansprüchen der Lagefixie­ rung eines vor Schockimpulseinwirkung zu schützenden Objekts wirtschaft­ lich einsetzbar.

Ausgehend vom dargelegten Stand der Technik besteht die Aufgabe, eine schockimpulsisolierende Vorrichtung mit einer geringen dynamischen Steifigkeit ihrer Federn und somit hoher Wirksamkeit zu schaffen, die sich darüberhinaus durch einen kleinen Raumbedarf, d. h. geringe Bauhöhe des oder der elastischen Bauteile im montierten Zustand und eine einfache Bauweise auszeichnet.

Diese Aufgabe wird durch eine schockimpulsisolierende Vorrichtung nach An­ spruch 1 gelöst.

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

Der Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei ihrer Verwendung zur aktiven Schwingungsisolation, insbesondere bei ihrer Ausbildung als Zusatzpanzerung eines Kampfpanzers, ist ihre gute schockimpulsisolierende Wirkung. Diese beruht auf den erst durch die Erfindung einsetzbaren als Druckfedern fungierenden Bauteilen mit besonders geringer dynamischer Steifigkeit.

Findet die erfindungsgemäße Vorrichtung zur passiven Schwingungsisolation Verwendung, so sind als besondere Vorteile ihr geringer Raumbedarf und ihre einfache Bauweise anzuführen.

Weitere Vorzüge erfindungsgemäßer Ausführungsformen ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen von Aus­ führungsbeispielen des Erfindungsgedankens.

Im folgenden wird auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung näher eingegangen. Dabei können die der Beschreibung und den Zeichnungen zu ent­ nehmenden Merkmale bei anderen erfindungsgemäßen Ausführungsformen einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigt

Fig. 1 eine schockimpulsisolierende Vorrichtung mit der Funktion einer ak­ tiven Schwingungsisolation in Gestalt einer dem Stand der Technik entsprechenden Zusatzpanzerung eines Panzers,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße schockimpulsisolierende Vorrichtung in Ge­ stalt einer Zusatzpanzerung,

Fig. 3 eine erfindungsgemäß ausgebildete energiedissipierende Vorrichtung für diejenige nach Fig. 2,

Fig. 4 eine erfindungsgemäße schockimpulsisolierende Vorrichtung mit der Funktion einer passiven Schwingungsisolation und

Fig. 5 eine Überlastsicherung für die Vorrichtung nach Fig. 4.

In Fig. 1 ist eine dem Stand der Technik entsprechende Zusatzpanzerung 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 Vulkanisa­ tion verbunden sind. Die Stahlscheiben 2, 3 sind in nicht näher darge­ stellter Weise, z. B. durch Gewindestifte und entsprechende Gewindebohrun­ gen 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 Druckfedern 7 niedrigerer statischer Steifigkeit und extrem geringer Dämpfung ersetzt. Sie bestehen aus Stahl und sind zur Erzielung eines großen möglichen Fe­ derweges als Kegelstumpffedern ausgebildet. Die Lage der Druckfedern 7 auf der Schutzplatte 1 wird durch an letztere angeschraubte Federteller 10 ge­ sichert.

Die Druckfedern 7 sind durch sich überkreuzend angeordnete Drahtseile 8, 9 vorgespannt, die über nicht näher dargestellte Bügelseilhülsen nach DIN 83313 mit den Platten 1, 6 verschraubt sind. Die Drahtseile 8, 9 sind je­ weils zwischen den Druckfedern 7 an den Rändern der Schutzplatte 1 paral­ lel zu ihren Quadratseiten angeordnet. Hierbei sind in Fig. 2 nur die Drahtseile einer der vier Seiten abgebildet. Die Drahtseile 8, 9 kreuzen sich gemäß Fig. 3 innerhalb einer hülsenförmigen Vorrichtung 11. Sie sind in ihrer Länge genau so bemessen, daß die Druckfedern 7 einer vorgegebenen Vorspannkraft ausgesetzt sind.

Wird die Schutzplatte 1 von einem Geschoß getroffen, werden die Druckfe­ dern 7 nur dann zusammengedrückt, wenn der Impuls des Geschosses groß ge­ nug ist, um ihre Vorspannung zu überwinden. Ist dies der Fall, wird der Kreuzungswinkel α der Drahtseile 8, 9 mit abnehmendem Abstand der Platten 1, 6 kurzzeitig kleiner. Gleichzeitig werden jedoch die Hülsenhälften 13, 14 durch die Druckfeder 12 voneinander weggepreßt und der Kreuzungswinkel α wird wieder größer.

Die Vorspannung der Druckfedern 7 hat also zur Folge, daß nur Geschoßim­ pulse entsprechend hohen Betrags deren Verformung beziehungsweise eine ge­ genseitige Annäherung der Platten 1, 6 bewirken. Die Druckfedern 7 können deshalb besser speziell auf große, gefährliche Geschoßimpulse abgestimmt werden als die dem Stand der Technik entsprechend nicht vorgespannten Gum­ mielemente 5 von Fig. 1.

Ist der Impuls eines Geschoßtreffers abgebaut, dann wird die Schutzplatte 1 durch die zusammengedrückten Druckfedern 7 wieder von der Platte 6 weg­ beschleunigt. Gleichzeitig verringert sich der gegenseitige Abstand der Hülsenhälften 13, 14, wobei diese große Reibungskräfte auf die Drahtseile 8, 9 ausüben. Es wird so die in den Druckfedern 7 gespeicherte potentielle Energie des Schockimpulses dissipiert und vermieden, daß die Schutzplatte 1 von der Platte 6 mit großer Geschwindigkeit weggeschleudert wird, was ein Reißen der Drahtseile 8, 9 bewirken könnte.

Bei entsprechenden, vorzugsweise experimentell zu ermittelnden Abmessungen der Druckfeder 12, des Kreuzungswinkels α der Drahtseile 8, 9, der Länge und dem Durchmesser der Hülsenhälften 13, 14 sowie der Formgebung ihrer Kontaktflächen mit den Drahtseilen 8, 9, läßt sich auch erreichen, daß die Schutzplatte 1 nach ihrem Beschuß nicht mehr den ursprünglichen sondern einen geringeren bleibenden Abstand zur Platte 6 einnimmt. Die Druckfedern 7 sind dann einer noch stärkeren Vorspannung ausgesetzt als vor dem Be­ schuß.

Da die Drahtseile 8, 9 im Ruhezustand der Schutzplatte 1 aufgrund der Vor­ spannung der Druckfedern 7 unter hoher Zugbelastung stehen, verhindern sie zusammen mit den nicht dargestellten, auf der gegenüberliegenden Quadrat­ seite angeordneten Drahtseilen eine Bewegung der Schutzplatte 1 in der Zeichenebene. Da auch ihre Bewegung senkrecht zur Zeichenebene durch nicht dargestellte Drahtseile vermieden wird, bleibt die Schutzplatte 1 bei Ein­ wirkung fahrdynamischer Beschleunigungen beliebiger Richtung relativ zur Platte 6 praktisch in Ruhe. Die Druckfedern 7 müssen deshalb nur einen Bruchteil der statischen Steifigkeit der Gummielemente 5 aufweisen und können auch einen wesentlich größeren Federweg besitzen, so daß sie unter Schockeinwirkung eine vielfach bessere Schockimpulsisolation bewirken.

Die Haltefunktion der Drahtseile 8, 9, ist aufgehoben, wenn die Vorspann­ kräfte in den Druckfedern 7 durch ein auf die Schutzplatte 1 treffendes Geschoß überwunden sind. Wirkt der Geschoßimpuls nicht senkrecht sondern schief auf die Schutzplatte 1 ein, dann wird letztere durch mindestens zwei auf gegenüberliegenden, zueinander parallelen Seiten angeordnete, be­ sonders hohen Zugkräften ausgesetzte Drahtseile in ihrer Annäherungsbewe­ gung zur Platte 6 geführt. Diesen Drahtseilen kommt damit die Funktion von stangenförmigen Lenkern zu, die eine zu große Relativbewegung der Schutz­ platte 1 parallel zur Platte 6 vermeiden.

Der optimale Betrag der Drahtseilvorspannung, der im Ruhezustand befindli­ chen Vorrichtung ist unter anderem abhängig vom maximalen Impuls eines auftreffenden Geschosses, der Masse der Schutzplatte 1, den fahrdynami­ schen Maximalbeschleunigungen, dem zulässigen Federweg der Druckfedern 7, ihrer eventuellen nichtlinearen statischen Steifigkeit sowie dem Kreu­ zungswinkel α der Drahtseile 8, 9 und wird vorzugsweise experimentell er­ mittelt.

Im Gegensatz zu den Gummielementen 5 weist die Vorrichtung 11 den für eine gute Schockimpulsisolation entscheidenden Vorteil auf, nur bei der Ent­ spannung der Druckfedern 7 energiedissipierend zu wirken. Da darüberhinaus bei den Gummielementen 5 die auf der Werkstoffdämpfung beruhende Energie­ dissipation nur relativ gering sein kann, besteht bei der schockimpulsiso­ lierenden Vorrichtung von Fig. 1 stets die Gefahr, daß die Gummielemente von der zurückschwingenden Schutzplatte 1 einer zu hohen Zugspannung aus­ gesetzt und so zerstört werden.

Um bei besonders großen Impulsen auftreffender Geschosse durch die sich annähernden Platten 1, 6 ein Zusammenquetschen der Hülsenhälften 13, 14 zu vermeiden, können diese an ihrer Außenseite auch mit einer dicken Gummibe­ schichtung versehen sein. Eine andere oder ergänzende Maßnahme besteht da­ rin, zwischen den Platten 1, 6 zusätzliche, in Fig. 2 nicht dargestellte Gummianschlagpuffer oder funktionsgleiche Stahlfedern anzuordnen.

Grundsätzlich ist es auch möglich, die Druckfedern 7 durch einen oder meh­ rere Blöcke aus Kunststoff beziehungsweise durch eine dementsprechende Be­ schichtung der Platte 6 zu ersetzen. Findet hierzu Polyurethan Verwendung, dann kann dieser Kunststoff zugleich auch Funktionen des Strahlenschutzes ausüben. Gegenüber Stahlfedern tritt bei der impulsbedingten Kompression des Kunststoffs jedoch eine größere, der Schockimpulsisolation abträgli­ che Dämpfung auf.

Bei der schockimpulsisolierenden Vorrichtung von Fig. 2 sind in der Vor­ richtung 11 drei Funktionen vereint, die auch von zwei oder drei einzelnen Bauelementen erfüllt werden können:
1. gemäß Anspruch 4, fortwährendes Spannen der Drahtseile 8, 9 während des durch den Schockimpuls bedingten Zusammendrückens der Druckfedern 7,
2. gemäß Anspruch 5, zumindest teilweises Klemmen der Drahtseile 8, 9 in der Vorrichtung 11 zur Vermeidung einer vollständigen Entlastung der durch den Schockimpuls zusammengedrückten Druckfedern 7,
3. gemäß Anspruch 6, Dissipation der bei der Entlastung der Druckfedern 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 kegelstumpfförmi­ ger Formteile 15 aufgeklemmt werden, wie dies in Fig. 3 beispielhaft für die rechte Hälfte des Drahtseils 9 dargestellt ist. Es läßt sich so ein verbesserter Reib- und/oder Formschluß der Drahtseile 8, 9 mit den Hül­ senhälften 13, 14 erzielen. Dasselbe läßt sich erreichen, wenn statt der Drahtseile 8, 9 Ketten Verwendung finden, deren entsprechend geformte Glieder im Wirkzusammenhang mit den Hülsenhälften 13, 14 bei einer Ent­ spannungsbewegung der Druckfedern 7 die Funktion von Sperrklinken ausüben. Weiterhin sind auch solche nur in einer Bewegungsrichtung wirkende und bei der Wassersportart Segeln gebräuchliche Seilklemmen geeignet, wie z. B. so­ genannte Curryklemmen.

Insbesondere wenn die Drahtseile 8, 9 gegen Gurte gleicher Tragfähigkeit ersetzt werden, können die Funktionen 1 und 2 auch durch Vorrichtungen er­ füllt werden, wie sie in ihrer Art bei Kraftfahrzeugen zum automatischen Aufrollen der Sicherheitsgurte Verwendung finden. Stützt sich die Dreh­ sperreinrichtung einer derartigen Aufwickelvorrichtung auf einer reibge­ bremsten drehbaren Platte ab, deren Bremskraft durch eine in ihrer Vor­ spannung einstellbare Druckfeder regelbar ist, dann lassen sich so alle drei genannten Funktionen erfüllen.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Fig. 2 sind die Drahtseile 8, 9 mit der Schutzplatte 1 auf der der Platte 6 zugewandten Seite verschraubt. Werden die Drahtseile 8, 9 verlängert und mit den schmalen Stirnseiten der Schutzplatte 1 oder mit ihrer zur Platte 6 abgewandten parallelen Seite verschraubt, dann ist auf diese Weise eine besonders einfach Montage und Demontage der Schutzplatte 1 möglich.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wurde bisher nur in ihrer Anwendung zur sogenannten aktiven Schwingungsisolation bei direkt auf sie einwirkenden Schockimpulsen beschrieben. Sie eignet sich aber auch zur sogenannten pas­ siven Schwingungsisolation von gegenüber Schockimpulsen empfindlichen Ge­ räten. Hierzu zeigt Fig. 4 ein Beispiel, wobei der Deutlichkeit halber nur die Bauteile einer Seite dargestellt sind.

Ein vor hochfrequenten extremen Beschleunigungen der Platte 26 zu schüt­ zendes Gerät 22 befindet sich in der Mitte einer rechteckigen Platte 21 und ist mit ihr beispielsweise durch nicht dargestellte Schrauben fest verbunden. Zwischen den Platten 21 und 26 sind vier Druckfedern 27 ange­ ordnet, die durch Federteller 30 in ihrer Lage gesichert werden. Die Druckfedern 27 werden durch Drahtseile 28, 29 so vorgespannt, daß nur sol­ che Beschleunigungen der Platte 26 in Richtung zur Platte 21 ein Zusammen­ drücken der Druckfedern 27 zur Folge haben, die einen für das Gerät 22 ge­ fährlichen Betrag überschreiten.

Führt die Platte 26 von der Platte 21 weggerichtete Beschleunigungen so hohen Betrags aus, daß sie eine Gefahr für das Gerät 22 bedeuten würden, dann sprechen Überlastsicherungen 41 derart an, daß die Drahtseile 28, 29, um einen gewissen Weg elastisch nachgeben. Diese Überlastsicherungen sind im Schnitt in Fig. 5 dargestellt.

Eine Überlastsicherung 41 besteht aus einem Hohlzylinder 44, der an beiden Enden durch Sicherungsringe 43 abgeschlossen ist. Konzentrisch zum Hohlzy­ linder ist ein Drahtseil 28 angeordnet, das mit dem Kolben 45 unlöslich verbunden ist. In dem so gebildeten Ringraum befindet sich eine vorge­ spannte Druckfeder 42, die sich an der linken Seite an einem Ring 47 ab­ stützt und an der rechten Seite am Kolben 45. Die Überlastsicherungen 41 sind jeweils über eine durchbohrte Lasche 46 mit der Stirnseite der Platte 21 verschraubt.

Soll die schockimpulsisolierende Vorrichtung von Fig. 4 vertikal zu den Platten 21, 26 in beiden Richtungen in gleicher Weise ansprechen, dann muß zwischen der Vorspannkraft FV₄₂ der Druckfedern 42 und der Vorspannkraft FV₂₇ der Druckfedern 27 folgende rechnerische Beziehung erfüllt sein:

FV₄₂=FV₂₇/sin α.

Statt der Druckfeder 42 kann in der Überlastsicherung 41 auch ein unter Vorspannung stehender Hohlzylinder aus Gummi oder einem anderen elasti­ schen Werkstoff angeordnet sein. Alternativ zur dargestellten Überlastsi­ cherung kann auch eine sogenannte Gasdruckfeder Anwendung finden.

Claims (8)

1. Schockimpulsisolierende Vorrichtung, bei der ein erster Gegenstand mit einem zweiten Gegenstand über mindestens ein elastisches Bauteil und mindestens ein biegeweich ausgebil­ detes Zugmittel verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Bauteil durch das unter Zugspan­ nung stehende biegeweiche Zugmittel unter Druckvorspannung steht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das biegeweiche Zugmittel Drahtseile (8, 9; 28, 29) sind, und daß das elastische Bauteil aus Druckfedern (7; 27) besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das biegeweiche Zugmittel Drahtseile (8, 9; 28, 29) sind und das elastische Bauteil aus einem oder mehreren Blöcken aus Kunststoff, insbesondere Polyurethan oder aus einer elastischen Beschichtung des zweiten Gegenstandes besteht.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Gegenstand eine Schutzplatte (1) für eine Zusatzpanzerung eines Panzerfahrzeugs ist, und der zweite Gegenstand eine weitere Platte (6) ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Gegenstand eine Platte (21) ist und ein gegen­ über Schockimpulsen zu isolierendes empfindliches Gerät (22) trägt.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens zwei Zugmittel aufweist, die im Wirkzusammenhang stehen mit einer Vorrichtung (11), wobei letztere während einer schockimpulsbedingten weiteren Vorspannung des oder der elastischen Bauteile die biege­ weichen Zugmittel fortwährend spannt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die biegeweichen Zugmittel im Wirkzusammenhang stehen mit einer Vorrichtung (11), die deren gegenseitige Relativbewegung im Sinne einer Rückverformung des oder der durch den Schock­ impuls zusammengedrückten elastischen Bauteile zumindest teilweise sperrt oder energiedissipierend durch Reibung behindert.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das oder die biegeweichen Zugmittel mit einer Überlastsicherung (41) in Verbindung sind, die bei zu großen in den biegeweichen Zugmitteln wirkenden beschleunigungs­ bedingten Zugkräften diesen über eine begrenzte Wegstrecke elastisch nachgibt.