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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 eine pyrotechnische Zusammensetzung verwendet, welche die
Verlagerung eines beweglichen Glieds steuert, um diese Elemente
zu trennen, 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 ineversibler 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 Abbrechen 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 Abbrechen 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 Strukturteil
ohne zellenartigen Kern 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 beschrieben.
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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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In
der EP-A-0 297 992 ist eine Vorrichtung beschrieben, die dem Oberbegriff
von Anspruch 1 entspricht und bei welcher die pyrotechnische Zusammensetzung
aus einer aufblasbaren Membran besteht, die mit einem pyrotechnischen
Gasgenerator verbunden ist.
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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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Bei
dieser Anordnung wird die provisorische Verbindung zwischen den
beiden Elementen gemeinsam über
Verbindungsglieder, die mit den Elementen in Eingriff sind, wenn
sie ihre Fügestellung einnehmen,
und über
das bewegliche Glied gewährleistet,
das die Verbindungsglieder in ihrer Fügestellung hält, solange
nicht die pyrotechnische Zusammensetzung eingesetzt wird.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung sind die beiden Elemente zylinderförmig oder oval und das bewegliche
Glied enthält
vorteilhaft einen verformbaren Abschnitt, der das Verbindungsglied
umgibt, wenn das bewegliche Glied seine erste Stellung einnimmt.
Dieser verformbare Abschnitt ist somit mit Spannmitteln ausgestattet.
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Vorzugsweise
enthält
der verformbare Abschnitt des beweglichen Glieds verschiedene Ringsegmente,
von denen jedes in seiner Mitte mit einem Hauptabschnitt des beweglichen
Glieds verbunden ist, wobei die Spannmittel zwischen den aneinandergrenzenden
Enden der Segmente eingefügt
sind.
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Die
Spannmittel können
insbesondere Zugglieder enthalten, die sich an fest mit den aneinandergrenzenden
Enden der Segmente verbundenen Flanschen abstützen.
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Weiterhin
enthält
gemäß der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung jedes Verbindungsglied eine Klammer mit einer Innenseite,
die mit einem ersten vorspringenden Abschnitt und einem zweiten
vorspringenden Abschnitt versehen ist, die in einer im ersten Element
ausgebildeten ersten Vertiefung bzw. in einer im zweiten Element
ausgebildeten zweiten Vertiefung aufgenommen sind, wenn das Verbindungsglied
sich in seiner Fügestellung
befindet.
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Vorteilhaft
enthält
die Vorrichtung ebenso viele Klammern wie Ringsegmente, wobei jedes Ringsegment
eine der Klammern umgibt, wenn das Verbindungsglied in seiner Fügestellung
ist.
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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
perspektivische Ansicht, die einen Abschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
provisorischen Verbindung und pyrotechnischen Trennung darstellt,
die zwischen zwei übereinander liegend
auf Stoß angeordneten
zylindrischen Elementen eingefügt
ist,
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2 eine
Schnittansicht der Vorrichtung aus 1, vor dem
Einsatz der pyrotechnischen Zusammensetzung, und
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3 eine
mit 2 vergleichbare Schnittansicht, welche die Vorrichtung
nach dem Einsatz der pyrotechnischen Zusammensetzung zeigt.
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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, wie in den Figuren dargestellt ist, oder als zwei
Platten ovaler Form vorgesehen. In beiden Fällen sind die Elemente 12 und 14 dazu
vorgesehen, auf Stoß zusammengefügt zu werden.
Bei der dargestellten Ausführungsform
sind sie übereinander
liegend angeordnet.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung 10 liegt in
dem Verbindungsbereich zwischen den beiden Elementen 12 und 14.
Sie enthält
im wesentlichen zumindest ein Verbindungsglied 16, ein
bewegliches Glied 18 und eine pyrotechnische Zusammensetzung 20 herkömmlicher
Auslegung.
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Bei
der in den Figuren dargestellten Ausführungsform enthält die Vorrichtung 10 mehrere
Verbindungsorgane 16, die auf Stoß über den gesamten Umfang des
Verbindungsbereichs zwischen den Elementen 12 und 14 angeordnet
sind. Insbesondere ist jedes der Verbindungsglieder 16 aus
einer Klammer gebildet, welche die aneinandergrenzenden Endabschnitte
der Elemente 12 und 14 überdeckt und sich über einen
Teil des Umfangs des Verbindungsbereichs erstreckt. In der normalen
Fügestellung,
die in 1 und 2 dargestellt ist, steht eine
jede Klammer zugleich mit dem Element 12 und mit dem Element 14 in
Eingriff, so dass die Elemente in starrer Weise miteinander verbunden
sind.
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Insbesondere
enthält
jede der aus den Verbindungsgliedern 16 gebildete Klammer
eine den Elementen 12 und 14 zugewandete Innenseite,
an welcher ein erster vorspringender Abschnitt 22 und ein
zweiter vorspringender Abschnitt 24 ausgebildet sind. Wenn
die Klammern sich in ihrer Fügestellung befinden,
werden der erste vorspringende Abschnitt 22 und der zweite
vorspringende Abschnitt 24 normalerweise in einer ersten
Vertiefung 26 bzw. in einer zweiten Vertiefung 28 aufgenommen,
die jeweils an den Außenflächen des
ersten Elements 12 bzw. des zweiten Elements 14 ausgebildet
sind. Bei der dargestellten Ausführungsform
sind die Vertiefungen 26 und 28 Ringnuten, die
in der Nähe
der aneinandergrenzenden Enden der Elemente 12 und 14 ausgebildet
sind.
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Mit
dieser Anordnung wird die starre Verbindung zwischen den Elementen 12 und 14 gewährleistet,
wenn die die Verbindungsglieder 16 bildenden Klammern über das
bewegliche Glied 18 in ihrer Fügestellung gehalten werden,
wie nachfolgend beschrieben wird.
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Die
die Verbindungsglieder 16 bildenden Klammern weisen eine
glatte Außenfläche auf,
so dass die Außenflächen der
gesamten Klammern einen Zylinder mit konstantem Durchmesser bilden, wenn
die Klammern ihre Fügestellung
einnehmen.
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Das
bewegliche Glied 18 ist an dem ersten Element 12 so
montiert, dass es an diesem parallel zu seiner Achse gleitbeweglich
ist.
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Insbesondere
enthält
das bewegliche Organ 18 einen zylinderhülsenförmigen Hauptabschnitt 30, der
das erste Element 12 in der Nähe seines Endes umgibt, das
zum Verbinden mit dem zweiten Element 14 vorgesehen ist.
Der Hauptabschnitt 30 des beweglichen Organs 18 ist
dazu geeignet, in dichter Weise an der Außenfläche einer Schulter 32 zu
gleiten, die an der Außenfläche des
ersten Elements 12 vorsteht. Dazu ist eine Dichtung 34 an
der Außenfläche der
Schulter 32 angebracht und steht mit der Innenfläche des
Hauptabschnitts 30 in dichtem Kontakt.
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An
seinem von dem zweiten Element 14 am weitesten entfernt
liegenden Ende ist der Hauptabschnitt 30 des beweglichen
Organs 18 an seiner Innenfläche mit einer Schulter 36 ausgestattet.
Die Innenfläche
dieser Schulter 36 ist dazu geeignet, in dichter Weise
an der Außenfläche des
ersten Elements 12 zu gleiten. Dazu ist eine Dichtung 38 an
der Innenfläche
der Schulter 36 angebracht und steht mit der Außenfläche des
ersten Elements 12 in dichtem Kontakt.
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Die
entgegengesetzten Seiten der Schultern 32 und 36 weisen
Ausnehmungen mit im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitten auf, so
dass sie zwischen sich eine Aufnahme definieren, in welcher die
pyrotechnische Zusammensetzung 20 aufgenommen ist. Wenn
die Elemente 12 und 14 über die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 miteinander verbunden
sind, nimmt das bewegliche Organ 18 eine erste Stellung
ein, die in 1 und 2 dargestellt
ist. In dieser ersten Stellung liegt die Schulter 36 des
beweglichen Organs 18 praktisch an der Schulter 32 des
ersten Elements 12 an.
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An
seinem der Schulter 36 entgegengesetzten Ende enthält das bewegliche
Glied 18 einen verformbaren Abschnitt 40. In der
in 1 und 2 dargestellten ersten Stellung
des beweglichen Glieds 18 umgibt der verformbare Abschnitt 40 die
Klammern, welche die Verbindungsglieder 16 bilden.
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Wie
insbesondere in 1 dargestellt ist, enthält der verformbare
Abschnitt 40 des beweglichen Glieds 18 eine Mehrzahl
von Ringsegmenten 42. Die Ringsegmente 42 sind
auf Stoß an
dem gesamten Umfang des Verbindungsbereichs angeordnet und sind
dabei voneinander beabstandet bzw. getrennt. Sie sind einstückig mit
dem Hauptabschnitt 30 ausgebildet, mit dem sie in ihrem
Mittelbereich verbunden sind.
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Wenn
das bewegliche Glied 18 seine erste Stellung einnimmt,
umgibt der verformbare Abschnitt 40 eng die Klammern, welche
die Verbindungsglieder 16 bilden. Insbesondere ist dann,
wenn das bewegliche Glied sich in seiner ersten Stellung befindet,
die Anzahl der Ringsegmente 42 vorzugsweise gleich der
Anzahl der die Verbindungsglieder 16 bildenden Klammern
und jedes der Segmente 42 umgibt eng eine der Klammern.
Damit ist die starre Verbindung zwischen den Elementen 12 und 14 gewährleistet.
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Wie
auch in 1 dargestellt ist, ist der verformbare
Abschnitt 40 des beweglichen Glieds 18 mit Spannmitteln 44 ausgestattet.
Diese Spannmittel 18 ermöglichen es, für den Halt
des beweglichen Glieds 18 in seiner ersten Stellung zu
sorgen, solange die pyrotechnische Zusammensetzung 20 nicht
zum Einsatz gelangt. Sie ermöglichen
auch, die Steifigkeit der so zwischen den Elementen 12 und 14 gewährleitsteten
Verbindung zu garantieren.
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Bei
der dargestellten Ausführungsform
sind die Spannmittel 44 zwischen die aneinandergrenzenden
Enden der Ringsegmente 42 eingefügt.
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Insbesondere
ist jedes der Umfangsenden der Segmente 42 an seiner der
bezüglich
der Elemente 12 und 14 außen liegenden Seite mit einem Flansch 46 ausgestattet.
Die Spannmittel 44 werden somit von Zuggliedern, wie etwa
Bolzen 48, gebildet. Jeder Bolzen 48 ist in Richtung
des Umfangs der Elemente 12 und 14 ausgerichtet
und stützt
sich an den beiden Flanschen 46 ab, die von den aneinandergrenzenden
Enden der beiden Segmente 42 getragen werden, indem sie
in den Flanschen 46 gebildete Löcher durchsetzen.
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Mit
der soeben beschriebenen Anordnung ist es möglich, den verformbaren Abschnitt 40 des
beweglichen Glieds 18 zu sichern, indem jeder der Bolzen 48 angezogen
wird. Das Anziehen eines jeden Bolzens 48 hat nämlich zur
Folge, dass die aneinandergrenzenden Enden der Ringsegmente 42 einander
angenähert
werden. Da die Segmente 42 mit dem Hauptabschnitt 30 des
beweglichen Glieds 18 nur in ihren Mittelbereichen verbunden
sind, bewirkt dies eine Verformung der Enden der Segmente 42 zu den
Verbindungsgliedern 16 hin, um die herum sich die Segmente
befinden. Somit erfolgt die Sicherung der Segmente 42 an
den Verbindungsgliedern 16, was zur Folge hat, einerseits
das bewegliche Glied 18 in seiner ersten Stellung festzulegen,
die in 1 und 2 dargestellt ist, und andererseits
die Elemente 12 und 14 über die Verbindungsglieder 16 starr
miteinander zu verbinden.
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Wenn
die Detonationszündschnur
der pyrotechnischen Zusammensetzung 20 gezündet wird, bewirken
die freigesetzten Gase, wie in 3 schematisch
dargestellt ist, das bewegliche Glied 18 vom zweiten Element 14 wegzubewegen,
d. h. in 3 nach unten. Die Verlagerung
des beweglichen Glieds 18 führt dazu, den verformbaren
Abschnitt 40 desselben bezüglich der Verbindungsglieder 16 vollständig zu
versetzen. Die von den Spannmitteln 44 bisher ausgeübte Haltekraft
wird augenblicklich abgebaut und die Verbindungsglieder können sich
somit von den Elementen 12 und 14 trennen, wie
in 3 dargestellt ist.
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Das
Zünden
der pyrotechnischen Zusammensetzung 20 bewirkt damit, die
Verbindung zwischen den Elementen 12 und 14 zu
lösen.
Die Elemente 12 und 14 werden somit voneinander
getrennt, ohne dabei den Bruch eines Teils hervorzurufen. Folglich
sind die mit einem solchen Bruch verbundenen Nachteile ausgeräumt.
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Selbstverständlich ist
die Erfindung nicht auf die soeben beispielhaft beschriebene Ausführungsform
beschränkt.
Wie bereits angemerkt wurde, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
auch dazu benutzt werden, Elemente mit unterschiedlichen Geometrien
und insbesondere ovalen Formen zu verbinden und dann zu trennen.