DE69409584T2 - Pyrotechnischer Ejektor von Gegenständen - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf einen pyrotechnischen Ejektor von Gegenständen.
• Die Gegenstände, die von dieser Vorrichtung aus einer Struktur ausgeworfen werden sollen, sind insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, Mikrosatelliten, die mit technischen Ausrüstungen beispielsweise für wissenschaftliche Zwecke versehen sein können und die von Satelliten nach einer vorbestimmten Flugbahn ausgeworfen werden, so daß sie in einer ballistischen Phase eine gewünschte Umlaufbahn oder ein genaues Ziel erreichen können. Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung außer für diese Anwendungen im Weltraum auch auf anderen Gebieten eingesetzt werden, sobald ein Objekt wissenschaftlicher, militärischer oder anderer Art aus einer Struktur, bei der es sich um ein Luftfahrzeug, ein Schiff, ein Fahrzeug oder eine Bodenstation handeln kann, entsprechend einer bestimmten Flugbahn ausgeworfen werden soll.
• Vorrichtungen dieser Art sind bereits bekannt. Beispielsweise wird im Patent US-A-4 300 737, auf dem die Präambel des unabhängigen Anspruchs 1 beruht, ein pyrotechnischer Ejektor beschrieben, zu dem eine aus zwei Gleitelementen bestehende Baueinheit; pyrotechnische Mittel, die mit der Baueinheit verbunden sind und den Gegenstand auswerfen können und zwecks Redundanz mehrere steuerbare pyrotechnische Quellen haben; Mittel, durch die der Gegenstand während des Gleitens des entsprechenden Elements in Drehung versetzt werden kann; und ein lösbarer Haltemechanismus gehören.
• Außerdem wird in der Patentschrift EP-A-0 454 545 der Anmelderin über eine Vorrichtung zum Abtrennen und Auswerfen eines Gegenstands berichtet, dem eine Längsgeschwindigkeit und eine Drall- oder Rollgeschwindigkeit um die Achse des Gegenstandes aufgegeben werden kann, damit der Gegenstand nach der vorbestimmten Flugbahn in die ballistische Phase gelangt. Dazu hat die Vorrichtung eine Baueinheit mit zwei Gleitelementen, wie Zylinder und Kolben, von denen ein Element, in diesem Fall der Zylinder, mit der Struktur verbunden ist, während das andere Element, folglich der Kolben, den Gegenstand trägt. In dieser Baueinheit sind Mittel in Form einer pyrotechnischen Ladung zum Auswerfen des Gegenstandes durch den Gleitkolben mit Längsgeschwindigkeit angebracht, während Mittel in Form einer Verbindung mit Finger und schräger Rampe dem Gegenstand über den sich dann drehenden Kolben seine Drallgeschwindigkeit aufgeben. Außerdem hält ein lösbarer Haltemechanismus von der Art einer Splitterverbindung den Gegenstand mit dem Gleitkolben verbunden, wenn sich dieser in der eingefahrenen Stellung befindet.
• Wenn die pyrotechnische Ladung bei gleichzeitiger Unterbrechung der Splitterverbindung gezündet wird, bewegt sich der Kolben aus einer eingefahrenen Stellung bis zu einem Hubanschlag in eine ausgefahrene Stellung und wird gleichzeitig zu seinem Bewegungshub durch die Finger-Rampenverbindung, deren Finger mit dem Zylinder verbunden ist und mit der Rampe am Kolben zusammenwirkt, in Drehung versetzt. Der Gegenstand löst sich so mit einer Längsgeschwindigkeit und einer Drehgeschwindigkeit entsprechend einer vorbestimmten Flugbahn von der Vorrichtung und gelangt anschließend in die ballistische Phase.
• Diese pyrotechnischen Ejektoren nach dem früheren Stand der Technik sind zwar hinsichtlich Struktur und Funktionsweise wirksam, haben jedoch vor allem den Nachteil, daß sie die Flugbahn des Gegenstandes nicht beeinflussen können, damit diese, wenn sich dies aus irgendeinem Grund als notwendig erweist, geändert werden kann. Einer gegebenen pyrotechnischen Ladung und einer bestimmten Finger-Rampenverbindung entspricht eine genaue Kolbenbeschleunigung, die im weiteren zur Längs- und Drehgeschwindigkeit des Gegenstands und folglich zu seiner einzigen vorbestimmten Flugbahn führt.
• Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, diesen Nachteil zu beseitigen und bezieht sich deshalb auf eine Vorrichtung zum pyrotechnischen Auswerfen eines Gegenstandes, deren Konzeption insbesondere die Möglichkeit bietet, durch Beeinflussung der Auswurflängsgeschwindigkeit die Flugbahn auszuwählen, die sich während der Fluges als am besten geeignet erweist.
• Dazu ist die Vorrichtung zum pyrotechnischen Auswerfen eines Gegenstandes aus einer Struktur mit:
• - einer Baueinheit mit zwei Gleitelementen von der Art eines Zylinders und eines Kolbens, von denen ein Element mit der Struktur verbunden ist, während sich am anderen Element der Gegenstand befindet;
• - pyrotechnischen Mitteln, die mit der Baueinheit verbunden sind und bei Zündung den Gegenstand durch Gleiten des Elements, an dem sich der Gegenstand befindet, aus einer eingefahrenen in eine ausgefahrene Stellung auswerfen können, wobei die pyrotechnischen Mittel mehrere steuerbare pyrotechnische, Quellen haben;
• - Mitteln, durch die der Gegenstand während des Gleitens des entsprechenden Elements in Drehung versetzt werden kann und die aus einer Verbindung mit Finger und Schrägrampe bestehen, die an dem einen bzw. anderen Element vorgesehen sind; und
• - einem lösbaren Haltemechanismus, der die Verbindung des Gegenstands mit dem entsprechenden Element gewährleistet, wenn sich dieses in eingefahrener Stellung befindet,
• erfindungsgemäß dadurch bemerkenswert, daß die steuerbaren pyrotechnischen Quellen voneinander unabhängig sind, daß die Verbindung für die Aufgabe der Drehbewegung aus mehreren Finger-Rampenkupplungen besteht, wobei die Schrägrampen unterschiedliche physikalische Eigenschaften haben, und daß sie Mittel zur Steuerung der Finger hat, durch die der Finger der ausgewählten Kupplung in seiner Rampe gehalten wird, während die anderen Finger von den Rampen abgestellt werden.
• Entsprechend der Erfindung steht bei Anbringung mehrerer unterschiedlicher pyrotechnischer Quellen und Finger-Rampenkupplungen mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften somit eine große Auswahl an Auswerfgeschwindigkeiten des Gegenstandes und damit an veränderlichen Flugbahnen zur Verfügung, so daß es möglich ist, während des Fluges die pyrotechnische Quelle und die Kupplung auszuwählen, mit denen der Gegenstand das betreffende Ziel auf der dieser Wahl entsprechenden Flugbahn am besten erreichen kann.
• Zum Beispiel befinden sich die steuerbaren pyrotechnischen Quellen in einem Gehäuse, das an dem mit der Struktur verbundenen Element angebracht ist. Sie stehen mit der Baueinheit über entsprechende Kanäle im Gehäuse in Verbindung, die in eine Innenkammer der Baueinheit zwischen den beiden Elementen münden. Bei der Zündung überträgt die gewählte Quelle ihre Energie direkt über den Kanal und die Innenkammer der Baueinheit an das bewegliche Element, so daß dieses aus seiner eingefahrenen Stellung in die ausgefahrene Stellung gelangt, wobei dem Gegenstand die Längs- und Drehgeschwindigkeit aufgegeben werden.
• Vorteilhafterweise haben die Schrägrampen der Kupplungen unterschiedliche Längen. Außerdem können sie unterschiedliche Steigungen haben. Durch Einwirkung auf die physikalischen Eigenschaften der Rampen ergeben sich so unterschiedliche Kupplungen, durch die dem Gleitelement und damit dem Gegenstand veränderliche Auswerfgeschwindigkeiten verliehen werden können, so daß die erfindungsgemäße Vorrichtung neben den verschiedenen pyrotechnischen Quellen über eine große Auswahl an Auswerfgeschwindigkeiten und demzufolge an möglichen Flugbahnen des Gegenstandes verfügt. Entsprechend den Umständen kann so während des Fluges die zur Erreichung des Ziels am besten geeignete Flugbahn gewählt werden, indem dazu die günstigste pyrotechnische Quelle und Finger-Rampenkupplung ausgewählt werden.
• Insbesondere können die Fingersteuermittel je Finger ein Antriebsorgan darstellen, das mit dem Finger und mit dem an der Struktur angebrachten Element verbunden ist, wobei das Antriebsorgan den Finger an die entsprechende Rampe durch dessen axiale Verschiebung rechtwinklig zur Längsachse der Baueinheit anstellen oder von dieser abstellen kann. Die Antriebsorgane und ihre jeweiligen Finger sind vorzugsweise gleichwinklig zueinander am offenen Ende des mit der Struktur verbundenen Elements entgegengesetzt zum Boden, an dem koaxial das Gehäuse mit den pyrotechnischen Quellen angebracht ist, verteilt.
• In einer bevorzugten Ausführungsart besteht der lösbare Haltemechanismus aus:
• - einer koaxial durch die Baueinheit verlaufenden Stange, die an einem ihrer Enden mit dem Boden des an der Struktur angebrachten festen Elements verbunden ist;
• - einer axial gespaltenen Mutter, die aus mindestens zwei Teilen besteht und, wenn das Gleitelement eingefahren ist, mit dem anderen Gewindeende der Stange zusammenwirkt und sich an den Gegenstand auf dem Gleitelement anlegt; und
• - einem Hohlrohr, das unter dem Einfluß der pyrotechnischen Mittel bewegt werden kann und konzentrisch die Stange umgibt, wobei ein Ende desselben, wenn das Gleitelement eingefahren ist, die Teile der Mutter blockiert, während das zweite Ende in der zwischen den beiden Elementen gelegenen Innenkammer der Baueinheit angeordnet ist und mit den pyrotechnischen Mitteln in Verbindung steht.
• Vor allem ist das zweite Ende des Hohlrohrs verbreitert, so daß es dicht in der Kammer gleiten kann. Außerdem hat es eine äußere Umfangsnut, in die die jeweiligen Kanäle der unterschiedlichen pyrotechnischen Quellen münden. Wenn keine Quelle gezündet ist, nimmt das Rohr somit eine Stellung ein, in der sein erstes Ende die Mutter blockiert und den Gegenstand an dem in eingefahrener Stellung befindlichen Gleitelement verriegelt. Bei Zündung einer der Quellen wird das Rohr zum Boden des feststehenden Elements bewegt, so daß sich dessen erstes Ende von den Mutterteilen löst, die sich spontan voneinander abstellen. Der Gegenstand ist damit vom Kolben entriegelt, der unter dem Druck aus der Quelle von seiner eingefahrenen Stellung in die ausgefahrene Stellung übergeht und den Gegenstand in die gewünschte Flugbahn auswirft.
• Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Vorrichtung außerdem steuerbare Mittel zur Einstellung des Hubs des Gleitelements gegenüber dem feststehenden Element der Baueinheit haben, wobei die Einstellmittel mit der Baueinheit verbunden sind und den speziellen Hub jeder Finger-Rampenkupplung verändern können. Damit ermöglicht die Vorrichtung nicht nur die Auswahl der pyrotechnischen Quelle und der Finger-Rampenkupplung, sondern sie läßt zur weiteren Verbesserung der Flugbahn des Gegenstands auch eine Einwirkung auf die ausgewählte Kupplung zu, indem zum Beispiel nur ein Teil der Länge der ausgewählten Schrägrampe genutzt wird. Damit ergibt sich eine Vielzahl möglicher Einstellungen zum Auswerfen des Gegenstandes nach einer nahezu perfekten Flugbahn.
• In einer besonderen Ausführungsform bestehen diese steuerbaren Einstellmittel aus:
• - einer hohlen Gewindemuffe, die die Baueinheit umgibt und deren Längsbewegung am festen Element axial blockiert ist;
• - einem Antriebsorgan, durch das die Muffe in Drehung versetzt werden kann; und
• - einer an der Muffe angebrachten Mutter, die gegenüber derselben drehfest ist, so daß sich die Mutter bei Drehung der Muffe durch das Antriebsorgan axial an der Baueinheit verschiebt und damit den Hub des Gleitelements in Abhängigkeit von der gewählten Kupplung bestimmt und einen Hubanschlag desselben bildet.
• Außerdem wird der Hub des Gleitelements durch einen Anschlag an demselben begrenzt, der sich bei Zündung der pyrotechnischen Mittel an die Mutter der Einstellmittel anlegt.
• Beispielsweise kann der Anschlag mit dem Gleitelement durch mehrere seitliche Ansätze an dem an der Struktur angebrachten Element verbunden sein und die Mutter der Einstellmittel dann Radialflügel aufweisen, die zur Drehblockierung in den Raum zwischen den seitlichen Ansätzen eingreifen.
• Die Figuren der beigefügten Zeichnung erleichtern das Verständnis dafür, wie die Erfindung ausgeführt werden kann. In diesen Figuren werden ähnliche Elemente mit identischen Bezugsnummern bezeichnet.
• Figur 1 ist eine Außenansicht eines Ausführungsbeispiels des pyrotechnischen Ejektors der Erfindung.
• Figur 2 ist ein Axialschnitt der Vorrichtung nach Linie II-II von Figur 1 in deren Ausgangsstellung, in der der auszuwerfende Gegenstand verriegelt ist.
• Die Figuren 3, 4 und 5 sind Querschnitte durch die Vorrichtung nach den Linien III-III, IV-IV bzw. V-V von Figur 2.
• Figur 6 ist eine Ansicht der Vorrichtung von unten entsprechend Pfeil F von Figur 2.
• Figur 7 ist ein Axialschnitt der Vorrichtung in der Endstellung, in der die pyrotechnischen Mittel gezündet sind und die Freigabe und das Auswerfen des Gegenstands aus der Vorrichtung in die gewünschte Flugbahn bewirken.
• Figur 7A stellt eine Vergrößerung der Einzelheit D von Figur 7 dar, die die Entriegelung des Gegenstandes vom Kolben der Vorrichtung zeigt.
• Die Ejektor 1 der Figuren 1 und 2 dient zum pyrotechnischen Start eines Gegenstands A entsprechend der obigen Beschreibung aus einer Struktur S, die symbolisch durch Strichpunktlinien dargestellt ist und aus einem Satelliten, einem Luftfahrzeug usw. bestehen kann. Die Ejektor 1 hat dann eine Baueinheit 2 mit zwei Gleitelementen 3 und 4, von denen eins an der Struktur angebracht ist und das andere als Auflage für den Gegenstand A dient, pyrotechnische Mittel 5 zum Auswerfen des Gegenstands A, indem das Element mit dem Gegenstand von einer eingefahrenen Stellung in eine ausgefahrene Stellung gleitet, Mittel 6 zur Drehung des Gegenstands während des Gleitens des entsprechenden Elements und einen lösbaren Haltemechanismus 7, der den Gegenstand am Gleitelement blockiert, wenn dieses eingefahren ist.
• Die Baueinheit 2 hat einen Arbeitszylinder, so daß diese beiden Elemente den Zylinder und den Kolben des Arbeitszylinders darstellen. In diesem Ausführungsbeispiel entspricht das Element 3 der Baueinheit oder des Arbeitszylinders 2 dem mit der Struktur verbundenen Zylinder und ist also feststehend, während das Element 4 der Baueinheit dem beweglichen Kolben entspricht, auf dem sich der Gegenstand A befindet. Insbesondere hat der Zylinder 3 ein Seitenwand 3A, die auf der einen Seite in einem Boden 3B und auf der anderen Seite in einem verbreiterten offenen Ende 3C endet. Der Kolben 4 kann dicht im Zylinder 3 gleiten, und sein inneres Ende 4A, das sich im Zylinder befindet, endet in einer Querfläche 4B, die zusammen mit dem Boden 3B des Zylinders und der Seitenwand 3A eine Innenkammer 8 bildet. Auf der entgegengesetzten Seite steht das äußere Ende 40 des Kolbens am offenen Ende 30 des Zylinders über und ist verbreitert, so daß es in der Ausgangsstellung von Vorrichtung 1 in den Figuren 1 und 2 an diesem offenen Ende 30 anliegt. Außerdem befindet sich auf der Querfläche 4D am verbreiterten äußeren Ende 4C des Kolbens der Gegenstand A, dessen Symmetrieachse mit der Längsachse X-X der Baueinheit oder des Arbeitszylinders 2 zusammenfällt.
• Nach einem der Merkmale der Erfindung bestehen die pyrotechnischen Mittel 5 aus mehreren steuerbaren pyrotechnischen Quellen 5A, die unabhängig voneinander sind. In den Figuren 2 und 6 ist zum Beispiel zu sehen, daß für diesen Ejektor 1 vier pyrotechnische Quellen 5A vorgesehen sind. Sie sind gleichwinklig zueinander in einem Winkel π/2 in einem zylindrischen Gehäuse 9 angebracht, das koaxial zu Zylinder 3 in der Nähe seines Bodens 3B mit Hilfe einer Mutter 13 angeschraubt ist, die mit einem Gewindeteil 9A des Gehäuses zusammenwirkt. Dieses umgibt den unteren Teil von Zylinder 3. Die pyrotechnischen Quellen 5A im Gehäuse 9 stehen mit der Innenkammer 8 des Arbeitszylinders 2 über Kanäle 98 im Gehäuse und Bohrungen 3D entsprechend den Kanälen 9B in der Seitenwand 3A des Zylinders in Verbindung. Außerdem haben die pyrotechnischen Quellen 5A unterschiedliche Leistungen. Wie bekannt kann eine der Quellen beispielsweise aus einem Überlastzünder bestehen, während die drei anderen Zünder haben können, die mit unterschiedlichen Festtreibstoff-Formlingen verbunden sind. Damit bietet die Vorrichtung 1 in diesem Fall vier pyrotechnische Quellen unterschiedlicher Leistung, durch die der Gegenstand A in Abhängigkeit von der Beschleunigung, die dem Kolben 4 beim Übergang von seiner eingefahrenen Stellung in seine ausgefahrene Stellung aufgegeben wird, in unterschiedliche Flugbahnen ausgeworfen werden kann.
• Außerdem haben die Mittel 6, durch die der Gegenstand A beim Gleiten von Kolben 4 um seine Symmetrieachse in Drehung versetzt wird, eine Verbindung mit einem Finger 10 und einer Schrägrampe 11, die nach einem weiteren Merkmal der Erfindung aus mehreren Finger- Rampenkupplungen 12 besteht, deren Rampen 11 unterschiedliche physikalische Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise sind an der Vorrichtung 1 vier Kupplungen 12 vorgesehen und die Schrägrampe 11 in Längsrichtung in der Seitenwand 4E des Kolbens angebracht, während die Finger 10 mit dem Zylinder 3 verbunden sind und in dessen offenem Ende 3C liegen. Die vier Finger 10 sind zueinander in einen Abstand von 90º angebracht und können sich durch steuerbare Mittel 14 radial zur Längsachse X-X des Arbeitszylinders bewegen und, wie später zu sehen sein wird, mit der Rampe in Eingriff gebracht oder von dieser abgestellt werden. Die physikalischen Eigenschaften der Rampe 11 unterscheiden sich einerseits durch ihre Länge und andererseits durch ihre Steigung. Wie Figur 2 zeigt, haben die beiden in diesem Schnitt im Profil dargestellten Rampen 11 zwei extreme, eine große und eine kleine, in der Seitenwand 4E des Kolbens ausgeführte Längen. Die beiden anderen, senkrecht dazu verlaufenden Rampen, die in Figur 4 veranschaulicht sind, können unterschiedliche Zwischenlängen haben. Wie Figur 1 zeigt, verläuft die lange Rampe 11 in der Seitenwand 4E von Kolben 4 geradlinig mit einem Neigungswinkel B zur Längsachse X-X des Kolbens, der die Steigung der Rampe bestimmt. Die drei anderen Rampen haben andere Steigungen. Die Rampen können natürlich geradlinig und/oder spiralförmig verlaufen.
• Somit wird verständlich, daß mit diesen verschiedenen Kupplungen 12 und diesen unterschiedlichen pyrotechnischen Quellen 5A veränderliche Gleitgeschwindigkeiten des Kolbens 4 erzielt werden können, die die Auswahl der bestmöglichen Flugbahn von Gegenstand A zur Erreichung seines Ziels ermöglicht.
• In der Ausgangsposition von Vorrichtung 1 sind die vier Finger 10 ausgefahren, d.h. sie greifen jeweils in die Schrägrampen 11 ein, so daß eine exakte Positionierung von Kolben 4 gegenüber den Fingern gewährleistet wird. Die steuerbaren Mittel 14 der Finger bestehen jeweils aus einem Antriebsorgan 15, wie einem Getriebemotor, das radial am offenen Ende 30 des Zylinders angebracht ist. Die Bewegung des Fingers wird durch ein Spindel-Muttersystem 16 verwirklicht, dessen Spindel den Finger 10 darstellt und dessen Drehbewegung durch einen Querstift 17 unterbrochen wird. Der Antrieb jedes Getriebemotors 15 bewirkt über die Verbindung 16 die Rückwärts- oder Vorwärtsbewegung von Finger 10 rechtwinklig zur X-X-Achse des Arbeitszylinders.
• Außerdem wird der Gegenstand A auf der Querfläche 4D des Kolbens durch den lösbaren Haltemechanismus 7, der außerdem den Kolben 4 in der in den Zylinder 3 eingefahrenen Stellung hält, verriegelt. In dieser speziellen Ausführungsart besteht der Mechanismus 7 aus einer Stange 18, einer gespaltenen Mutter 19 und einem Hohlrohr 20. Die Stange 18 verläuft koaxial durch den Arbeitszylinder 1 (axiale Durchführungen 4F und 3E sind im Kolben bzw. im Zylinderboden vorgesehen) und hat zwei Gewindeenden 18A, 18B, die am Boden 3B des Zylinders bzw. an der Querfläche 4D des Kolbens überstehen. Eine Spannmutter 21 blockiert das Ende 18A der Stange am Zylinderboden, während die gespaltene Mutter 19 mit dem anderen Gewindeende 18B zusammenwirkt und die teilweise in Figur 2 dargestellte Grundfläche A1 von Gegenstand A über einen äußeren Rand 19A am Ende der gespaltenen Mutter gegen die Querfläche 4D des Kolbens drückt. In der Grundfläche des Gegenstands ist für den Durchgang der Stange und des entsprechenden Teils der Mutter unter ihrem Rand natürlich eine Bohrung A2 vorgesehen. Diese Mutter 19 ist axial gespalten und kann somit aus zwei, drei oder mehr identischen Teilen bestehen, die aneinandergelegt und zusammengedrückt eine ganzheitliche Mutter bilden, die die gewünschte Befestigung gewährleistet. Dabei ermöglicht das Hohlrohr 20 den zeitweiligen Halt der Teile der gespaltenen Randmutter 19, deren Anzahl sich beispielsweise wegen der Klarheit der Figuren auf zwei, d.h. 19B und 19C, beläuft. Dieses Rohr 20 umgibt konzentrisch die Stange 18 und verläuft koaxial durch die Durchführung 4F des Kolbens. Das erste Ende 20A des Rohrs ist so gestaltet, daß es die Teile der Mutter 19 wie ein Schraubwerkzeug, das die aufzuschraubende Mutter umgibt, am Gewindeende 18B der Stange fest angeschraubt hält. Das zweite Ende 20B des Rohres mündet in der Innenkammer 8 des Arbeitszylinders und ist verbreitert, so daß es dicht an der Längswand 3A des Zylinders gleiten kann. Am verbreiterten Ende 20B des Rohres ist eine äußere Umfangsnut 20C angebracht, mit der die Kanäle 9B der pyrotechnischen Quellen über Bohrungen 3D des Zylinders in Verbindung stehen. In Figur 2 ist auch zu sehen, daß an der Seitenwand 3A in der Innenkammer 8 ein innerer Ringabsatz 3F übersteht. Dieser Absatz 3F, mit dem ein Teil 20D mit geringerem Durchmesser des verbreiterten Endes des Rohrs zusammenwirkt, befindet sich unmittelbar über den Durchführungsbohrungen 3D des Zylinders, so daß der Kolben 4 vom verbreiterten Ende 20B des Rohres getrennt wird.
• Außerdem hat der Ejektor 1 der Erfindung steuerbare Mittel 22, mit denen der Hub des gegenüber dem Zylinder gleitenden Kolbens 4 entsprechend der gewählten Kupplung 12 eingestellt werden kann. Damit können die vier Rampenlängen, die die vier möglichen Hubhöhen des Kolbens darstellen, innerhalb ihrer jeweiligen Grenzen mit Hilfe der Mittel 22 verändert werden, so daß genau der Auswerfhub des Kolbens eingestellt werden kann, der die für den Gegenstand am besten geeignete Flugbahn ergibt.
• In dieser speziellen Ausführungsart haben die steuerbaren Mittel 22 eine hohle Gewindemuffe 23, die konzentrisch die Seitenwand 3A des Zylinders umgibt. Das obere Ende 23A der Muffe wird etwa vom verbreiterten Ende 3C des Zylinders begrenzt, und ihr unteres verbreitertes Ende 23B liegt an einem elastischen Ring 24 in der Wand 3A des Zylinders an. Damit ist die Muffe 23 axial blockiert, und ein Antriebsorgan 25, das fest mit dem Gehäuse 9 verbunden ist, wirkt über sein Abtriebsritzel 25A mit einer Verzahnung 23C am Umfang des verbreiterten unteren Endes 23B der Muffe zusammen, wie insbesondere die Figuren 2 und 5 zeigen. An der Muffe 23 ist drehfest, wie später zu sehen sein wird, eine Mutter 26 angebracht. Damit wird verständlich, daß die Umdrehung von Motor 25 durch die Verbindung 25A-23C die Drehung der Muffe 23 zur Folge hat, so daß sich die gegen Drehung blockierte Mutter 26 an der Muffe verschiebt und den Kolbenhub einstellt. Diese Mutter 26 stellt dann einen einstellbaren oberen Endanschlag des Auswerfkolbens 4 dar und ist in Figur 2 in der äußersten oberen Stellung dargestellt.
• Um den Kolben 4 nach dem Auswerfen in seiner Bewegung zu begrenzen, ist mit dem Kolben ein Anschlag 27 verbunden, der sich dann an die Mutter 26 der Einstellmittel anlegt. Dieser Anschlag 27 hat eine flache Ringform und ist um die Muffe 23 herum in der Nähe ihres verbreiterten unteren Endes 23B angebracht. Vier an der Baueinheit gleichwinklig zueinander verteilte seitliche Ansätze 28 umgeben die Muffe 23 und verbinden den Anschlag 27 fest mit einem Teller 29 am äußeren Ende 4C etwa in Höhe der Querfläche 4D des Kolbens. Diese spezielle Anordnung wird durch die Antriebsorgane 15 der Finger erforderlich, die radial nach außen an der Vorrichtung 1 überstehen.
• Wie die Figuren 1 bis 3 zeigen, verlaufen die Antriebsorgane 15 der Mittel 14 jeweils frei im Raum zwischen zwei aufeinanderfolgenden seitlichen Ansätzen 28, während die Längsdurchführung der Ansätze 28 durch das verbreiterte Ende 3C des Zylinders in diesem durch bogenförmige Langlöcher 3G, deren Mittelpunkt die X-X-Achse ist, ermöglicht wird. Vor allem in Figur 3 ist zu sehen, daß die mögliche Drehung von Kolben 4 um die X-X-Achse durch eine der Kupplungen 12 um einen Winkel C zwischen dem Ansatz 28 und dem abgerundeten Ende 3H des Langlochs gegenüber Ende 3I mit dem anliegenden Ansatz erfolgt. Außerdem wird die Drehblockierung der Mutter 26 dann durch radiale Flügel 26A verwirklicht, die die Verlängerung der Mutter darstellen und, wie Figur 1 zu entnehmen ist, in die freien Räume zwischen den seitlichen Ansätzen eingreifen.
• Die Funktionsweise des Ejektors 1 ist folgende:
• Zunächst nimmt er die vor allem in Figur 2 dargestellte Ausgangsstellung ein, in der:
• - der Kolben 4 eingefahren ist;
• - der lösbare Haltemechanismus 7 den Gegenstand A am eingefahrenen Kolben 4 verriegelt; und
• - die vier Finger 10 der Kupplungen 12 sich jeweils in Eingriff mit den vier entsprechenden Rampen 11 befinden.
• Außerdem wird angenommen, daß angesichts der Lage des zu erreichenden Ziels und der Lage der Struktur während des Fluges, bei der es sich um einen Satelliten oder ein Luftfahrzeug handelt, die rechts in Figur 2 gelegene pyrotechnische Quelle und die links in dieser Figur gelegene Kupplung 12 mit großer Schrägrampe eingesetzt werden müssen und daß der Kolbenhub maximal sein muß. Damit befindet sich die Mutter 26 der Einstellmittel, wie Figur 2 zeigt, am äußersten oberen Anschlag, wobei der Abstand zwischen diesem oberen Anschlag und dem unteren Anschlag 27 maximal ist und dem gewünschten Kolbenhub entspricht.
• Natürlich könnten die Wahl der Quelle 5A und/oder der Kupplung 12 sowie die Hubeinstellung durch die Mittel 22 jederzeit verändert werden, wenn sich dies z.B. bei einer Änderung des zu erreichenden Ziels, die eine Änderung der Flugbahn von Gegenstand A zur Folge hat, als notwendig erweist.
• Wenn der Befehl zum Auswerfen gegeben ist, werden die Antriebsorgane 15 der drei Finger 10 für die nicht genutzten Kupplungen angesteuert, damit die Finger von den drei betreffenden Rampen abgestellt werden. Dann bewirkt das Zünden des Zünders der pyrotechnischen Quelle 5A, daß der Festtreibstoff-Formling zur Verbrennung gebracht wird, dessen Gasstrahl dann den Kanal 9B des Gehäuses und die Bohrung 3D des entsprechenden Zylinders passiert, nachdem er eine Verschlußkappe durchbrochen hat, die normalerweise an dieser Art von Quelle vorgesehen ist.
• In diesem Augenblick tritt der Gasstrahl mit hohem Druck und hoher Temperatur in die Nut 20C am zweiten Ende 20B von Rohr 20 ein, so daß sich dieses zum Boden 3B des Zylinders absenkt, da der ringförmige Querschnitt in Höhe der Nut durch den Innenansatz 3F des Zylinders auf der Seite von Ende 20B größer als auf der Seite von Teil 20C ist.
• Zum gleichen Zeitpunkt, in dem das zweite Ende 20B des Rohrs auf den Boden der Kammer 8 von Arbeitszylinder 2 gleitet, löst sich das erste Ende 20A von den Teilen der gespaltenen Mutter 19, so daß diese nicht mehr am Gewindeende 18B der feststehenden Gewindestange 18 verschraubt gehalten werden, wie insbesondere Figur 7A zeigt. Folglich wird der Gegenstand A durch Lösen der Haltemittel 7 gegenüber Kolben 4 entriegelt. Außerdem kann der Gasstrahl in die Kammer 8 gelangen, da das Ende 20B zurückgefahren wurde, und den Kolben 4 beaufschlagen.
• In diesem Augenblick bewegt sich der Kolben 4 durch den auf seine Querfläche 4B ausgeübten Druck des Gasstrahls aus seiner eingefahrenen Stellung in die ausgefahrene Stellung, wobei er eine durch die entsprechende Finger-Rampenkupplung 12 aufgegebene Längs- und Drehbewegung über einen maximalen Axialhub zwischen den Anschlägen 27 und 26 und eine Drehung um den Winkel C ausführt. Der mit dem Kolben durch die Ansätze 28 und den Teller 29 verbundene Anschlag 26 legt sich dabei an die Mutter 26 und beendet den Kolbenhub.
• Mit der Längs- und Drehgeschwindigkeit, die der Kolben unter dem Einfluß des aus der Quelle austretenden Gasstrahls und der gewählten Kupplüng erlangt hat, wird der vom Kolben 4 entriegelte Gegenstand A aus dem Ejektor in die gewünschte Flugbahn ausgeworfen, um entsprechend einer ballistischen Phase sein Ziel zu erreichen. In Figur 7 ist der Ejektor 1 in seiner Endstellung dargestellt.
• Außerdem ist zu bemerken, daß die Drehgeschwindigkeit etwa konstant ist, da der Drehwinkel C des Kolbens gegenüber dem Zylinder unabhängig von der Längsgeschwindigkeit beim Auswerfen, die durch die verschiedenen pyrotechnischen Quellen 5A und Kupplungen 12 sowie durch die Einstellmittel 22 verändert und eingestellt werden kann, identisch ist.
• Beispielsweise ist das Verhältnis zwischen der kleinsten und der größten Auswerfgeschwindigkeit etwa 1:5, d.h. unter energetischem Gesichtspunkt, 1:25.
• Außerdem könnte, ohne daß dadurch der Rahmen der Erfindung verlassen würde, entsprechend Patent EP-A-0 454 545 der Anmelderin die Verbindung des Ejektors mit dem Gegenstand statt durch eine Verriegelung an dessen Grundfläche auch im Bereich des Schwerpunkts von Gegenstand A erfolgen.

Claims (12)

1. Pyrotechnischer Ejektor zum Auswerfen eines Gegenstands aus einer Struktur mit:

- einer Baueinheit (2) mit zwei Gleitelementen in der Art eines Zylinders und eines Kolbens, von denen ein Element (3) mit der Struktur verbunden ist, während sich auf dem anderen Element (4) der Gegenstand befindet;

- pyrotechnischen Mitteln (5), die mit der Baueinheit verbunden sind und nach der Zündung den Gegenstand auswerfen können, indem das Element, auf dem sich der Gegenstand befindet, aus einer eingefahrenen in eine ausgefahrene Stellung gleitet, wobei die pyrotechnischen Mittel aus mehreren steuerbaren pyrotechnischen Quellen bestehen;

- Mitteln (6), durch die der Gegenstand beim Gleiten des entsprechenden Elements in Drehung versetzt werden kann und die eine Verbindung mit Finger (10) und Schrägrampe (11) haben, die jeweils am einen und am anderen Element vorgesehen sind; und

- einem lösbaren Haltemechanismus (7), durch den der Gegenstand am entsprechenden Element blockiert wird, wenn sich dieses in eingefahrener Stellung befindet,

dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren pyrotechnischen Quellen (5A) voneinander unabhängig sind, daß die Verbindung der Mittel zur Erzeugung der Drehbewegung aus mehreren Finger-Rampenkupplungen (12) besteht, deren Schrägrampen (11) unterschiedliche physikalische Eigenschaften aufweisen, und daß er Mittel (14) zur Steuerung der Finger (10) hat, so daß der Finger der gewählten Kupplung in seiner Rampe gehalten wird und die anderen Finger von den Rampen abgestellt werden können.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die steuerbaren pyrotechnischen Quellen (5A) in einem Gehäuse (9) an dem mit der Struktur verbundenen Element (3) befinden und mit der Baueinheit (2) durch entsprechende Kanäle (9B) im Gehäuse verbunden sind, die in einer Innenkammer (8) der Baueinheit zwischen den beiden Elementen münden.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägrampen (11) der Kupplungen unterschiedliche Längen haben.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägrampen (11) der Kupplungen unterschiedliche Steigungen haben.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fingersteuermittel (14) je Finger aus einem Antriebsorgan (15) bestehen, das mit dem Finger (10) und mit dem mit der Struktur verbundenen Element (3) verbunden ist, wobei das Antriebsorgan (15) den Finger (10) an die entsprechende Rampe (11) durch eine axiale Bewegung desselben rechtwinklig zur Längsachse der Baueinheit anstellen oder von dieser abstellen kann.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsorgane (15) und ihre jeweiligen Finger (10) gleichwinklig zueinander im offenen Ende (3C) des mit der Struktur verbundenen Elements gegenüber dessen Boden (3B), an dem koaxial das Gehäuse (9) mit den pyrotechnischen Quellen (5A) angebracht ist, verteilt sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der lösbare Haltemechanismus (7) umfaßt:

- eine Stange (18), die koaxial durch die Baueinheit verläuft und an einem ihrer Enden (18A) mit dem Boden des mit der Struktur verbundenen festen Elements verbunden ist;

- eine axial gespaltene Mutter (19), die mindestens aus zwei Teilen besteht und in eingefahrener Stellung des Gleitelements (4) mit dem anderen Gewindeende (18B) der Stange zusammenwirkt und an dem auf dem Gleitelement liegenden Gegenstand anliegt; und

- ein durch die pyrotechnischen Mittel bewegliches Hohlrohr (20), das konzentrisch die Stange (18) umgibt und dessen erstes Ende (20A) in eingefahrener Stellung des Gleitelements die Teile der Mutter (19) blockiert, während sein zweites Ende (20B) in der Innenkammer (8) der Baueinheit zwischen den beiden Elementen angeordnet ist und mit den pyrotechnischen Mitteln (5) in Verbindung steht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ende (20B) des Hohlrohrs verbreitert ist, damit es dicht in der Kammer (8) gleiten kann, und eine äußere Umfangsnut (20C) aufweist, in die die jeweiligen Kanäle (9B) der unterschiedlichen pyrotechnischen Quellen münden.

9. Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem steuerbare Mittel (22) zur Einstellung des Hubs des Gleitelements gegenüber dem festen Element der Baueinheit hat, wobei die Einstellmittel mit der Baueinheit (2) verbunden sind und auf den für jede Finger-Rampenkupplung (12) spezifischen Hub einwirken können.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren Einstellmittel umfassen:

- eine hohle Gewindemuffe (23), die die Baueinheit umgibt und deren Längsbewegung am festen Element axial blockiert ist;

- ein Antriebsorgan (25), durch das die Muffe in Drehbewegung versetzt werden, kann; und

- eine an der Muffe drehfest zu derselben angebrachte Mutter (26), so daß sich die Mutter, wenn die Muffe durch das Antriebsorgan in Drehung versetzt wird, axial an der Baueinheit verschiebt und den Hub des Gleitelements entsprechend der gewählten Kupplung (12) bestimmt und einen Endanschlag desselben bildet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub des Gleitelements (4) durch einen mit diesem verbundenen Anschlag (27) begrenzt wird, der sich bei Zündung der pyrotechnischen Mittel an die Mutter (26) der Einstellmittel anlegt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (27) mit dem Gleitelement durch mehrere seitliche Ansätze (28) verbunden ist, die um das mit der Struktur verbundene Element (3) herum angeordnet sind und den Anschlag 27 mit dem Gleitelement (4) verbinden, und daß die Mutter (26) der Einstellmittel radiale Flügel (26A) hat, die zur Blockierung der Drehbewegung zwischen den seitlichen Ansätzen (28) angeordnet sind.