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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die dazu geeignet ist, eine
provisorische Verbindung zwischen zwei Elementen zu gewährleisten
und die ein pyrotechnisch dehnbares Rohr zum Trennen dieser Elemente
verwendet, ohne dafür
den Bruch irgendeines Teils erforderlich zu machen.
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Eine
solche Vorrichtung kann insbesondere in der Luftfahrt- und Raumfahrtindustrie
Anwendung finden, um in sehr kurzer Zeit die Trennung zweier Bauteile
zu steuern und dabei die eventuelle Übertragung von hohen Kräften zwischen
diesen beiden Elementen zu gewährleisten,
bevor der Bruch erfolgt.
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Stand der
Technik
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Wenn
zwei Elemente, zwischen denen Kräfte
bestehen, in irreversibler Weise in sehr kurzer Zeit mittels Fernsteuerung
getrennt werden sollen, werden gewöhnlich Vorrichtungen zur pyrotechnischen Trennung
verwendet, die in dem Verbindungsbereich der beiden Elemente integriert
sind.
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Vorrichtungen
zur pyrotechnischen Trennung enthalten im allgemeinen ein pyrotechnisch dehnbares
Rohr, d. h. ein dichtes und verformbares Metallrohr, in welchem
eine Detonationszündschnur verläuft. Ein
nachgiebiges Material, wie etwa Gummi, ist zwischen der Detonationszündschnur
und dem diese umhüllenden
Rohr eingefügt.
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Vor
dem Zünden
weist das Rohr einen länglichen
Querschnitt auf, beispielsweise in Form einer Ellipse oder eines
abgeflachten Kreises.
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Wenn
die Detonationszündschnur
gezündet wird,
wird durch die Stoßwelle,
die sich mit sehr großer
Geschwindigkeit entlang des Rohrs ausbreitet, dieses verformt, wobei
diese Welle versucht ist, ihm einen kreisförmigen Querschnitt zu verleihen.
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Bei
bestehenden Vorrichtungen zur pyrotechnischen Trennung wird das
pyrotechnisch dehnbare Rohr dazu verwendet, eines der beiden Elemente
entlang einer gegebenen Schnittlinie abzutrennen, um die beiden
Elemente voneinander zu trennen.
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Im
Falle, dass die zu trennenden Elemente aus Metall bestehen, ist
es bekannt, das pyrotechnisch dehnbare Rohr am Boden einer Ausnehmung mit
U-förmigem
Querschnitt unterzubringen, die in einem dieser Elemente ausgeführt ist.
Das andere Element wird dann an den Eintritt dieser Ausnehmung befestigt,
beispielsweise über
Bolzen oder dergleichen. Das Zünden
der Detonationszündschnur
ruft das Brechen der beiden Seitenschenkel des ausgesparten Elements
entlang Linien hervor, die durch Bereiche mit verminderter Stärke definiert
sind. In der FR-A-2 598 796 und EP-A-0 273 061 sind Vorrichtungen
dieser Art dargestellt.
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Wie
in der US-A-4 137 848 dargestellt ist, ist es auch bekannt, das
pyrotechnisch dehnbare Rohr zwischen zwei gegenüberliegenden Teilen der zu trennenden
Metallelemente unterzubringen, indem dem einen Teil eine verminderte
Materialstärke
verliehen wird. Auf einer Seite des Rohrs und in der Nähe desselben
sind die beiden Elemente über
Bolzen oder dergleichen miteinander verbunden. Mit Zünden der
Detonationszündschnur
wird das Brechen des Teils mit verminderter Materialstärke hervorgerufen.
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Die
US-A-3 362 290 beschreibt eine Anordnung, die derjenigen sehr nahe
liegt, die Gegenstand der Schriften FR-A-2 598 796 und EP-A-0 273
061 ist. Anstatt jedoch den Bruch des ausgesparten Elements hervorzurufen,
bewirkt das Zünden
der Detonationszündschnur
in diesem Fall das Abscheren von Nieten, welche dazu dienen, die
beiden Elemente vor ihrer Trennung zusammenzuhalten. Dazu sind die
Nieten hohl und mit kleinem Durchmesser ausgeführt.
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In
dem Falle, dass die zu trennenden Elemente sandwichartige Strukturen
sind, wurde vorgeschlagen, das pyrotechnisch dehnbare Rohr in einem Teil
ohne zellenartigen Kern dieser Strukturen unterzubringen. Das Zünden der
Detonationszündschnur führt dann
dazu, die dem genannten Rohr entgegengesetzten Teile des Strukturmantels
abzutrennen. Anordnungen dieser Art sind in der FR-A-2 779 223 und FR-A-2
779 224 beschreiben.
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In
der FR-A-2 779 222 ist eine vergleichbare Anordnung beschrieben,
bei welcher die beiden Elemente ursprünglich über zumindest ein Klebeverbindungsteil
miteinander verbunden sind. Beim Zünden werden mit der Dehnung
des Rohrs das Lösen
des Verbindungsteils und die Trennung der beiden Elemente hervorgerufen.
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Zusammenfassend
erfolgt bei sämtlichen bekannten
Vorrichtungen zur pyrotechnischen Trennung, denen Metallteile zugeordnet
sind, die Trennung der Teile dadurch, dass der Bruch eines der beiden
bzw. das Abscheren der deren Zusammenhalt gewährleistenden Organe gesteuert
wird. Dies ist im allgemeinen auch der Fall bei Vorrichtungen, denen Verbundmaterialteile
zugeordnet sind.
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Die
einzige Ausnahme davon betrifft die in der FR-A-2 779 222 beschriebene
Vorrichtung, bei welcher statt dem Abtrennen eines der beiden Elemente
das Ablösen
eines Klebeverbindungsteils erfolgt. Diese Art von Vorrichtung kann
jedoch nur zum Verbinden von Elementen aus Verbundmaterialien verwendet
werden.
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Der
Oberbegriff von Anspruch 1 stützt
sich auf die JP-A-56002300. Diese Patentschrift beschreibt anhand
von 1 bis 4 eine Vorrichtung, welche
die provisorische Verbindung auf Stoß von zwei zylindrischen Elementen
durch Einfügen
eines L-förmigen
Teils des einen Elements zwischen ein Ende des anderen Elements
und einem an diesem über
Nieten befestigten Verbindungsteil gewährleistet. Die Trennung wird
durch Zünden
eines pyrotechnisch dehnbaren, ringförmigen Rohrs, das zwischen dem
L-förmigen
Teil des ersten Elements, dem Ende des anderen Elements und dem
Verbindungsteil untergebracht ist, dadurch gewährleistet, dass letztere auseinandergespreizt
werden.
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Darlegung
der Erfindung
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Die
Erfindung zielt darauf ab, eine Vorrichtung zur pyrotechnischen
Trennung zu schaffen, deren ursprüngliche Auslegung dieser ermöglicht,
Elemente aus beliebigen Materialen, insbesondere aus Metall, zu
trennen, ohne dabei den Bruch eines Teils hervorzurufen.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe mittels einer Vorrichtung zur provisorischen Verbindung
und pyrotechnischen Trennung nach Anspruch 1 erhalten.
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Mit
dieser Anordnung ist es möglich,
die beiden Elemente ohne jeglichen Bruch der Teile zu trennen. Somit
wird jegliche Gefahr umgangen, dass ein beim Brechen freigesetztes
Bruchstück
die in der Nähe
des Verbindungsbereichs liegenden Ausstattungen beschädigt.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung enthält
das Verbindungsteil vorteilhaft eine Mehrzahl von aktiven Abschnitten,
die einstückig
mit dem Basisabschnitt ausgeführt
sind und beim Einsatz des pyrotechnisch dehnbaren Rohres von der Fläche weg
verformbar sind.
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Dabei
können
die beiden Elemente ringförmig
und auf Stoß angeordnet
sein oder aus auf Stoß angeordneten
Platten bestehen. Im ersten Fall umgreift das Verbindungsteil den
Verbindungsbereich. Im zweiten Fall überlappt das Verbindungsteil
den Verbindungsbereich.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Nachfolgend
wird beispielhaft und keineswegs einschränkend eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung anhand der beigefügten
Zeichnungen beschrieben, worin zeigt:
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1 eine
Ansicht im Querschnitt, die eine erfindungsgemäße Vorrichtung vor dem Zusammenfügen der
beiden Elemente darstellt,
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2 eine
mit 1 vergleichbare Ansicht, welche die zusammengefügte Vorrichtung
darstellt, und
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3 eine
mit 1 und 2 vergleichbare Ansicht, welche
die Vorrichtung nach dem Einsatz des pyrotechnisch dehnbaren Rohrs
darstellt.
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Nähere Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung
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In 1 bis 3 ist
eine bevorzugte Ausführungsform
einer Vorrichtung 10 zur provisorischen Verbindung und
pyrotechnischen Trennung dargestellt, die zwischen einem ersten
Element 12 und einem zweiten Element 14 positioniert
ist.
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Das
erste Element 12 und das zweite Element 14 sind
vorteilhaft entweder als zwei ringförmige Elemente mit im wesentlichen
gleichem Durchmesser oder als zwei Platten beliebiger Form vorgesehen.
In beiden Fällen
sind die Elemente 12 und 14 dazu vorgesehen, auf
Stoß zusammengefügt zu werden.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung 10 liegt in
dem Verbindungsbereich zwischen den beiden Elementen 12 und 14.
Sie enthält
im wesentlichen ein pyrotechnisch dehnbares Rohr 16 herkömmlicher Ausführung sowie
ein Verbindungsteil 18.
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Wie
gut in 1 ersichtlich ist, welche die Teile vor ihrer
Zusammenfügung
zeigt, ist das pyrotechnisch dehnbare Rohr 16 in einem
Raum 20 untergebracht ist, der in dem ersten Element 12 ausgebildet
ist und an einer Fläche 22 desselben
ausmündet.
Insbesondere wird der Raum 20 von einer im Querschnitt
rechteckförmigen
Nut gebildet und das pyrotechnisch dehnbare Rohr 16 liegt
bündig
mit der Fläche 22 des
ersten Elements 12, wenn es innerhalb der genannten Nut
positioniert ist.
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An
seinem über
den Raum 20 hinaus liegenden Ende enthält das erste Element 12 eine
Prägung 24,
deren Funktion nachfolgend deutlich wird. Diese Prägung 24 wird
in diesem Fall von einer senkrecht zur Fläche 22 des ersten
Elements 12 verlaufenden Flanke begrenzt und mündet über eine
parallel zur Fläche 22 verlaufende
Flanke an dieser Fläche
aus.
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Bezüglich des
Raums 20 der Prägung 24 entgegengesetzt
enthält
die Fläche 22 des
ersten Elements 12 einen hohl ausgeführten Abschnitt, der über eine
geneigte Fläche 26 mit
dem Abschnitt der Fläche
verbunden ist, in welcher der Raum 20 ausgebildet ist.
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In
der Nähe
dieser geneigten Fläche 26 wird der
hohl ausgeführte
Abschnitt der Fläche 22 des ersten
Elements 12 von Bohrungen 28 durchsetzt, die für den Durchtritt
von Befestigungsorganen, wie etwa Schrauben 30 bestimmt
sind, denen Muttern 44 zugeordnet sind und welche Mittel
zum Befestigen des Verbindungsteils 18 an der Fläche 22 des
ersten Elements 12 bilden.
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Das
zweite Element 14 enthält
an seinem Ende, das zum Zusammenfügen mit dem ersten Element 12 vorgesehen
ist, einen Absatz 32. Dieser Absatz 32 ist dazu
vorgesehen, sich an die Prägung 24 abzustützen, die
an dem Ende des ersten Elements 12 ausgebildet ist. Dazu
weist er Flächen
auf, die komplementär
zu denen sind, welche die Prägung 24 begrenzen.
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Der
Absatz 32 des zweiten Elements 14 enthält ferner
eine Aussparung 36 an seiner Fläche 34, die dazu vorgesehen
ist, sich der gleichen Seite wie die Fläche 22 des ersten
Elements 12 zuzuwenden. In diesem Fall weist die Aussparung 36 die
Form einer Rille mit rechteckförmigem
Querschnitt auf.
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Das
Verbindungsteil 18 enthält
einen Basisabschnitt 38 sowie zumindest einen und vorzugsweise
mehrere aktive Abschnitte 40. Die aktiven Abschnitte 40 sind
einstückig
mit dem Basisabschnitt 38 ausgeführt. Sie sind dazu vorgesehen,
sich dann zu verformen, wenn sie der Kraft unterliegen, die beim Zünden der
Detonationszündschnur
erzeugt wird, die in dem pyrotechnisch dehnbaren Rohr 16 enthalten ist.
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Der
Basisabschnitt 38 ist dazu vorgesehen, mit Hilfe der vorgenannten
Befestigungsmittel an die Fläche 22 des
ersten Elements 12 befestigt zu werden. Dazu wird der Basisabschnitt
von Bohrungen 42 durchsetzt, die im wesentlichen mit den
Bohrungen 28 fluchten, wenn das Verbindungsteil 18 eingesetzt ist.
Es können
dann die Schrauben 30 in die fluchtenden Bohrungen 28 und 42 eingeführt werden.
Die Muttern 44 werden dann auf die Schrauben 30 geschraubt,
um die Befestigungsmittel zu vervollständigen.
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Die
Fläche 46 der
Verbindungsteils 18, die dazu vorgesehen ist, an die Fläche 22 des
ersten Elements 12 angelegt zu werden, hat eine komplementäre Form
zu der der genannten Fläche 22.
Somit enthält
diese Fläche 26 des
Verbindungsteils 18 eine geneigte Fläche 48, die zur geneigten
Fläche 26 der
Seite 22 komplementär
ausgeführt
ist.
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Die
geneigten Fläche 26 und 48 bilden
somit komplementäre
Flächen
mit Keilwirkung, deren Anordnung derart ist, dass das Verbindungsteil 18 beim Anziehen
der aus Schrauben 30 und Muttern 44 gebildeten
Bolzen geringfügig
nach unten gemäß der Figuren
verlagert wird, wobei die genannten Bolzen Mittel zum Befestigen
des Verbindungsteils 18 an das erste Element 12 darstellen.
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Die
aktiven Abschnitte 40 setzten den Basisabschnitt 38 des
Verbindungsteils 18 fort, so dass sie sich über die
Prägung 24 hinaus
erstrecken, die am Ende des ersten Elements 12 ausgebildet
ist, wenn das Verbindungsteil 18 an diesem befestigt ist.
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Jeder
der aktiven Abschnitte 40 enthält ein hakenförmiges Ende 50.
Wenn das Verbindungsteil an das erste Element 12 befestigt
wird und der Absatz 32 des zweiten Elements 14 sich
an die Prägung 24 des
ersten Elements 12 abstützt,
wird das hakenförmige
Ende 50 von der Aussparung 36 aufgenommen, die
in dem Absatz 32 ausgebildet ist, wie in 2 dargestellt
ist.
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Insbesondere
bewirkt das Zusammenwirken der komplementären, keilförmigen Flächen 26, 48 beim
Anziehen der Bolzen 30, 44, die hakenförmig umgebogenen
Enden 50 jeweils geringfügig zu den Bolzen hin zu verlagern.
Die Innenseite der Enden 50 gelangt so in Anlage an den
dem Ende des Absatzes 32 am nächsten liegenden Rand der Aussparung 36. Dies
führt dazu,
dass der Absatz 32 an die Prägung 24 so angedrückt wird,
dass eine Druckverbindung zwischen dem ersten Element 12 und
dem zweiten Element 14 hergestellt wird.
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Diese
durch Zusammenfügen
der Elemente 12 und 14 über die Verbindungsteile 18 und
die Befestigungsmittel 30, 44 erhaltene Anordnung
ist in 2 dargestellt. Sie ermöglicht es, eine provisorische
Verbindung zwischen den verschiedenen Teilen herzustellen und stellt
einen "Normalzustand" der Zusammenfügung dar.
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Wenn
die Trennung der Elemente 12 und 14 gesteuert
wird, wird die in dem pyrotechnisch dehnbaren Rohr 16 enthaltene
Detonationszündschnur entzündet. Dies äußert sich
in herkömmlicher
Weise in einem Anschwellen des Rohrs 16 unter der Wirkung
der durch Entzünden
freigesetzten Gase. Der ursprünglich
flache Querschnitt des pyrotechnisch dehnbaren Rohres 16 wird
also pseudo-kreisförmig, wie
in 3 dargestellt ist.
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Erfindungsgemäß führt das
Anschwellen des pyrotechnisch dehnbaren Rohres 16 zu einem
Umbiegen der aktiven Abschnitte 40 des Verbindungsteils 18 um
ihre Verbindungsbereiche mit dem Basisabschnitt 38 dieses
Teils weg vom ersten Element 12. Dies ist aufgrund der
starren Beschaffenheit des Abschnitts des Elements 12 möglich, in
welchem der Raum 20 ausgebildet ist, sowie aufgrund der
verformbaren Beschaffenheit der aktiven Abschnitte 40.
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Die
aktiven Abschnitte 40 des Verbindungsteils 18 öffnen sich
dann in sehr kurzer Zeit wie die Blütenblätter einer Blüte. Dies
führt dazu,
dass die hakenförmigen
Enden 50 der in dem Absatz 32 ausgebildeten Aussparung 36 vollständig freigegeben werden.
Die mechanische Verbindung zwischen den Elementen 12 und 14 wird
somit aufgehoben. Diese Elemente können sich damit voneinander
trennen, wie in 3 dargestellt ist.
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Selbstverständlich ist
die Erfindung nicht auf die soeben beispielhaft beschriebene Ausführungsform
beschränkt.
Wie bereits angemerkt wurde, können
die Elemente 12 und 14 entweder ringförmig ausgebildet
sein oder aus ebenen Platten oder in jeglicher anderen Form bestehen.
Im ersten Fall umgreift das Verbindungsteil 18 den Verbindungsbereich
zwischen den beiden Elementen und die aktiven Abschnitte 40 sind über seinen
gesamten Umfang verteilt. Im zweiten Fall überlappt das Verbindungsteil 18 den
Verbindungsbereich der beiden Platten. Ferner können die Befestigungsmittel
unterschiedliche Formen annehmen (Niete, Schrauben, usw.). Anstatt
das pyrotechnisch dehnbare Rohr 16 in einem Raum aufzunehmen,
der im ersten Element 12 ausgebildet ist, kann es auch
in einen Raum montiert werden, der im Absatz 32 des zweiten
Teils 14 zwischen dem Ende des Absatzes und der Aussparung 36 ausgebildet
ist.