DE102005030092A1 - Trennschraube - Google Patents

Abstract

Es wird eine Trennschraube (1) mit einem sich in axialer Richtung erstreckenden Stiftkörper (2), mit einer in den Stiftkörper (2) eingebrachten Axialbohrung (3), in die ein zündbarer Treibsatz (5) eingesetzt ist, und mit einer quer zur Axialrichtung angeordneten Sollbruchstelle (12) angegeben, wobei in die Axialbohrung (3) ein Kolben (9) eingepasst ist, der bei Zündung des Treibsatzes (5) in axialer Richtung beschleunigbar ist. Durch die Einpassung des Kolbens (9) wird erreicht, dass sich nach Zündung des Treibsatzes (5) die getrennten Teilstücke der Trennschraube (1) in axialer Richtung auseinanderbewegen.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Trennschraube mit einem sich in axialer Richtung erstreckenden Stiftkörper, mit einer in den Stiftkörper eingebrachten Axialbohrung, in die ein zündbarer Treibsatz eingesetzt ist, und mit einer quer zur Axialrichtung angeordneten Sollbruchstelle.
• Eine derartige Trennschraube ist beispielsweise aus der DE 87 16 561 U1 , der DE 295 21 679 U1 oder der AT 006 827 U1 bekannt. Eine derart ausgestaltete Trennschraube wird zum lösbaren Verbinden zweier Bauteile eingesetzt. Dabei sind die beiden Bauteile über der Trennschraube beispielsweise über eine Verschraubung fest miteinander verbunden. Wird der Treibsatz in der Trennschraube gezündet, so wird in der Axialbohrung innerhalb kurzer Zeit eine große Menge an Gasen freigesetzt. Durch den dadurch entstehenden hohen Überdruck reißt die Trennschraube letztlich an der Sollbruchstelle auseinander, wodurch die beiden ursprünglich durch die Trennschraube zusammengehaltenen Teile voneinander gelöst werden.
• Bei vielen Anwendungen ist es wünschenswert, die durch die Trennschraube lösbar verbundenen Teile nach Trennung der Verbindung auseinander zu bewegen. Werden beispielsweise über der Trennschraube Teile eines Flugkörpers zusammengehalten, so wird es notwendig, die abgetrennten Teile vom Flugkörper zu entfernen, um eine Kollision zu vermeiden. Nachteiligerweise weisen bei herkömmlichen Trennschrauben die abgetrennten Teile nur eine geringe Geschwindigkeit in axialer Rich tung auf, da die bei Zündung des Treibsatzes entstehenden Gase nach Bruch der Sollbruchstelle sofort expandieren.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine Trennschraube der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem gegenüber einer Trennschraube des Standes der Technik eine höhere Trenngeschwindigkeit der getrennten Teile erzielt werden kann.
• Diese Aufgabe wird für eine Trennschraube gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in die Axialbohrung ein Kolben eingepasst ist, der bei Zündung des Treibsatzes in axialer Richtung beschleunigbar ist.
• Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass für einen in die Axialbohrung eingesetzten Kolben der durch die bei Zündung des Treibsatzes frei werdenden Gase entstehende Druckanstieg in einen Impuls des Kolbens in axiale Richtung umgesetzt werden kann. Dieser Impuls des Kolbens wird auf das in Vorwärtsrichtung betrachtet vorne liegende Teilstück der Trennschraube übertragen. Gleichzeitig entsteht bei Zündung des Treibsatzes aufgrund der Impulserhaltung ein dem Impuls des Kolbens entgegengesetzter Rückstoß-Impuls, der auf das in Vorwärtsrichtung des Kolbens betrachtete hinten liegende Teilstück der Trennschraube wirkt. Über die Sollbruchstelle wird der Maximalgasdruck gesteuert und über die Länge und Durchmesser des Kolbens (Kolbenweg) die Beschleunigung.
• Über die Auswahl der Materialien für den Stiftkörper und den Kolben sowie über die Zusammensetzung des Treibsatzes kann die Relativ- oder Trenngeschwindigkeit der auseinander fliegenden Teile auf den jeweils gewünschten Einsatz der Trennschraube angepasst werden. Als Material für den Stiftkörper und für den Kolben eignet sich insbesondere Stahl. Als Treibsatz eignet sich Treibladungspulver.
• Aufgrund der entgegengesetzt gerichteten Impulse der beiden getrennten Teilstücke der Trennschraube werden auch die daran befestigten, ur sprünglich über der Trennschraube verbundenen Teile auseinander bewegt.
• Die Trennschraube eignet sich insbesondere zur lösbaren Verbindung von Teilen eines Flugkörpers. So kann mittels der Trennschraube von einem Beobachtungsgeschoss mit einem gerichteten Impuls beispielsweise eine Fallschirmkassette abgetrennt werden. Auch erlaubt die Trennschraube das Abwerfen einer Vorsatzhaube von einem Flugkörper. Dabei kann der Vorsatzhaube oder Teilen der Vorsatzhaube ein Impuls vermittelt werden, wodurch die Kollision mit dem Flugkörper vermieden wird. Auch kann die Trennschraube zum Öffnen von Behälterdeckeln beim Abschuss von Flugkörpern oder Geschossen verwendet werden. Die Trennschraube kann weiter immer dann eingesetzt werden, wenn außer der Trennung der verbundenen Teile zusätzlich eine hohe Trenngeschwindigkeit gefordert ist.
• Zur Zündung des Treibsatzes ist eine mechanische Zündung geeignet. Vorteilhafterweise ist jedoch in die Axialbohrung zur Zündung des Treibsatzes eine elektrische Zündpille eingesetzt. Über einen elektrischen Impuls wird mittels der Zündpille der Treibsatz gezündet. Dies erlaubt über eine entsprechende Elektronik in einfacher Art und Weise sowohl eine ferngesteuerte als auch eine zeitgesteuerte Auslösung der Zündung des Treibsatzes.
• Zur Ausbildung der Sollbruchstelle bietet sich insbesondere eine an entsprechender Stelle angeordnete Materialverjüngung des Stiftkörpers an. Dies kann punktuell oder mittels Einkerbung geschehen. Hinsichtlich des zu erreichenden axialen Impulses der beiden auseinanderstrebenden Teile der Trennschraube ist es vorteilhaft, wenn die Sollbruchstelle als eine den Stiftkörper umlaufende Nut ausgebildet ist.
• Von Vorteil ist es weiter, wenn die Sollbruchstelle auf Höhe des Kolbens angeordnet ist. Auf diese Art und Weise wird der Kolben so lange beschleunigt, bis er nach Reißen der Sollbruchstelle die Axialbohrung des zurückbleibenden Teilstücks verlässt. Erst dann können die nach Zündung des Treibsatzes freigesetzten Gase ungehindert expandieren. Die Kolbenlänge, die im Teilstück steckt, gibt den Beschleunigungsweg vor.
• Für eine übliche Anordnung, in welcher beide Teilstücke der Trennschraube nach Reißen der Sollbruchstelle eine entgegengesetzte Geschwindigkeit aufweisen sollen, ist ein 2/3 Abschnitt der Kolbenlänge in dem zurückbleibendem, hinteren Teilstück gelagert.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur schematisch nach Zündung des Treibsatzes den Bewegungsablauf einer Trennschraube mit einem in die Axialbohrung eingesetzten Kolben.
• 1 stellt in drei Bewegungsphasen a), b) und c) den Bewegungsablauf einer Trennschraube 1, die einen Stiftkörper 2 sowie eine in den Stiftkörper 2 eingelassene Axialbohrung 3 aufweist, nach Zündung des in die Axialbohrung eingesetzten Treibsatzes 5 dar.
• In der Bewegungsphase a) befindet sich die Trennschraube 1 vor der Zündung des Treibsatzes 5. In die Axialbohrung 3 ist an den Treibsatz 5 angeschlossen eine elektrische Zündpille 6 eingelassen, die über elektrische Anschlussdrähte 7 die Zündung des Treibsatzes 5 auslösen kann. Vor dem Treibsatz 5 ist in die Axialbohrung 3 ein Kolben 9 bewegbar eingepasst. Am anschlussseitigen Ende der Trennschraube 1 ist – nicht eingezeichnet – die Zündpille mittels eines entsprechenden Anschlussstückes in den Stiftkörper 2 eingeschraubt. Hierdurch wird gleichzeitig die Axialbohrung 3 nach außen abgedichtet. Auf Höhe des Kolbens 9 ist weiter eine Sollbruchstelle 12 in Gestalt einer umlaufenden Nut eingebracht. Die Kolbenlänge 20, die in einem hinteren Teilstück 15 der Trennschraube 1 steckt, gibt den Beschleunigungsweg vor.
• In der Bewegungsphase b) wird die Trennschraube 1 unmittelbar nach Zündung des Treibsatzes 5 erfasst. Der Treibsatz 5 hat zu diesem Zeitpunkt in der Axialbohrung 3 bereits explosionsartige Gase 13 freigesetzt. Infolge des hohen Druckes der Gase 13 ist der Kolben 9 in der Axialboh rung 3 bereits in Richtung des Pfeiles 18 beschleunigt. Der Impuls des Kolbens 9 ist dabei, da der Kolben 9 am Ende der Axialbohrung 3 angeordnet ist, auf ein vorderes Teilstück 14 der Trennschraube 1 übertragen. Durch Impulserhaltung ist ferner ein entgegengesetzt gerichteter Impuls entstanden, der auf das hintere Teilstück 15 der Trennschraube 1 wirkt und dieses in Richtung des Pfeiles 20 beschleunigt. Aufgrund dieser beiden entgegengerichteten Impulse ist bereits die Sollbruchstelle 12 auseinander gerissen.
• In der Bewegungsphase c) hat sich das vordere Teilstück 14 der Trennschraube 1 bereits so weit von dem hinteren Teilstück 15 entfernt, dass der Kolben 9 die Axialbohrung 3 verlassen hat. Die Gase 13 können die Axialbohrung 3 ungehindert verlassen.

a), b), c)

Bewegungsphasen

1

Trennschraube

2

Stiftkörper

3

Axialbohrung

5

Treibsatz

6

elektrische Zündpille

7

Anschlussdrähte

9

Kolben

12

Sollbruchstelle

13

Gase

14

Teilstück, vorne

15

Teilstück, hinten

18, 19

Pfeile

20

Kolbenlänge

Claims (5)

1. Trennschraube (1) mit einem sich in axialer Richtung erstreckenden Stiftkörper (2), mit einer in den Stiftkörper (2) eingebrachten Axialbohrung (3), in die ein zündbarer Treibsatz (5) eingesetzt ist, und mit einer quer zur Axialrichtung angeordneten Sollbruchstelle (12) dadurch gekennzeichnet, dass in die Axialbohrung (3) ein Kolben (9) eingepasst ist, der bei Zündung des Treibsatzes (5) in axialer Richtung beschleunigbar ist.
2. Trennschraube (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Axialbohrung (3) zur Zündung des Treibsatzes (5) eine elektrische Zündpille (6) eingesetzt ist.
3. Trennschraube (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbruchstelle (12) als eine den Stiftkörper (2) umlaufende Nut ausgebildet ist.
4. Trennschraube (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbruchstelle (12) auf Höhe des Kolbens (9) angeordnet ist.
5. Trennschraube (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein 2/3 Abschnitt der Kolbenlänge (20) im Teilstück (15) gelagert ist.