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Dokumentenidentifikation DE4218586C2 01.09.1994
Titel Vorrichtung zum Abfangen von Stößen
Anmelder Erno Raumfahrttechnik GmbH, 28199 Bremen, DE
Erfinder Hornung, Ernst, 2805 Stuhr, DE;
Öry, Huba, Prof. Dr., 5100 Aachen, DE;
Maager, Hans, 2862 Worpswede, DE
DE-Anmeldedatum 05.06.1992
DE-Aktenzeichen 4218586
Offenlegungstag 16.12.1993
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 01.09.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.09.1994
IPC-Hauptklasse F16F 3/02
IPC-Nebenklasse F16F 1/18   F16F 15/02   B64G 1/22   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abfangen dynamischer Beanspruchungen, insbesondere pyrotechnischer Stöße, zwischen einer Struktur (Strukturelemente) und einem an dieser gehalterten Trägerkörper (Plattform) mittels zwischen der Struktur und dem Trägerkörper angeordneter Federelemente mit niedriger Dämpfungskonstante, wobei die Halterungen des Trägerkörpers an den Federelementen derart ausgebildet sind, daß die Auflageflächen auf ein Minimum beschränkt sind, und wobei die Federelemente blattfederartig ausgebildet sind.

Hohe kurzzeitige Belastungen treten unter anderem im Bereich der Raumfahrttechnik beim Absprengen kompletter Raketenstufen auf. Solche, auch als pyrotechnische Schocks bezeichnete Belastung führen insbesondere bei den zu transportierenden Nutzlasten, wie Instrumententräger, aber auch bei anderen Ausrüstungsteilen zu hohen dynamischen Beanspruchungen und damit teilweise zur Beschädigung dieser Komponenten. Um derartige Belastungen zu eliminieren oder wenigstens auf ein Minimum herabzusetzen, stellt es eine bekannte Maßnahme dar, schockempfindliche Bauteile in oder auf Trägerkörpern zu haltern, die mit der Struktur der Rakete über Dämpfungselemente verbunden sind, wobei diese Dämpfungselemente in der Regel aus viskoelastischem Material bestehen. Da jedoch insbesondere bei pyrotechnischen Schocks sehr hohe Stoßgeschwindigkeiten auftreten, wird bei diesem Dämpfungselementen zusätzlich zur Federkraft auch eine Dämpfungskraft übertragen, die zu einer erheblichen Krafteinwirkung auf die stoßempfindlichen Bauteile führen kann.

Die Verwendung von elastisch wirkenden Dämpfungselementen zum Abfangen dynamischer Beanspruchungen stellt daneben auch auf anderen Anwendungsgebieten eine bekannte Maßnahme dar. So sind aus den Druckschriften US 34 08 061 und US 37 61 068 eine Reihe von Anordnungen unter anderem aus dem Bereich der Schiffahrt, des Fahrzeugbaus und des Luftverkehrs bekannt, bei denen federelastische Dämpfungselemente zum Einsatz kommen. Schließlich ist aus der GB 20 27 843 A ein durch Vibration angetriebenes Fördersystem bekanntgeworden, bei dem zur Übertragung der Antriebskräfte Federelemente Verwendung finden, die entsprechend den Federelementen der Vorrichtung der eingangs genannten Art angeordnet sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine derartige Vorrichtung so auszubilden, daß sie in der Lage ist, pyrotechnische Stöße möglichst vollständig abzufangen.

Diese Erfindung löst diese Aufgabe mit einer Vorrichtung gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1.

Dadurch, daß die erfindungsgemäß vorgesehenen Federelemente so gestaltet sind, daß sie neben einer geringen Dämpfungskonstante auch eine möglichst niedrige Eigenfrequenz aufweisen, ist es möglich, pyrotechnische Stöße insbesondere auch im Bereich niedriger Frequenzen nahezu vollständig zu absorbieren. Auf diese Weise werden, anders als bei den bekannten Dämpfungselementen, stoßempfindliche Bauteile auch im niederfrequenten Bereich zuverlässig gegen Schockeinwirkungen geschützt. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung, die insbesondere die Ausbildung der Federelemente betreffen, sind in den weiteren Patentansprüchen angegeben.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine Plattform, die über Federelemente an einer Struktur gehaltert ist,

Fig. 2 eine seitliche Ansicht der in Fig. 1 dargestellten Anordnung,

Fig. 3 die Anordnung gemäß Fig. 1 in perspektivischer Darstellung und

Fig. 4 ein Federelement, ebenfalls in perspektivischer Darstellung.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Bei der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Anordnung handelt es sich um eine Plattform 1 zur Aufnahme von schockempfindlichen Komponenten für eine Raumflugmission. Die Plattform 1 ist über insgesamt vier Federelemente 2 bis 5 an zwei Strukturelementen 6 und 7 eines Raumflugkörpers gehaltert. Die Federelemente 2 bis 5 sind dabei so ausgebildet, daß sie eine mögliche Bewegung der Plattform 1 bezüglich sechs möglicher Freiheitsgrade, drei der Translation und drei der Rotation, abfedern.

Ferner ist für die Funktionsweise der Anordnung von Bedeutung, daß die Federelemente 2 bis 5 bezüglich möglicher Oszillation entsprechend dieser sechs Freiheitsgrade sehr niedrige Eigenfrequenzen und eine geringe Dämpfung aufweisen. Schließlich ist wichtig, daß die Befestigung der Plattform 1 an den Federelementen 2 bis 5so ausgebildet ist, daß der Kontakt zwischen den Federelementen 2 bis 5 und der Plattform 1 nur über eine extrem kleine Auflagefläche erfolgt, um auf diese Weise die Reibungskräfte auf ein Minimum zu reduzieren. Zu diesem Zweck sind anstelle der sonst üblichen Unterlegscheiben an den Verschraubungspunkten dünnwandige, von einem Rohr abgeschnittene Ringe getreten, die eher als Abstandshalter zu bezeichnen sind.

Der Aufbau der bei dem hier dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung eingesetzten Federelemente 2 bis 5 wird aus Fig. 4 am Beispiel des Federelementes 5 ersichtlich. Dieses besteht zunächst aus einem etwa U-förmig ausgebildeten Teilbereich, an den, im Bereich des zwischen zwei Schenkeln 8 und 9 befindlichen Stegs 10, ein etwa rechtwinkliger Ansatz 11, 12 einstückig angeformt ist. Der abgewinkelte Teilbereich 12 dieses Ansatzes weist in etwa die gleiche Länge wie die beiden Schenkel 8 und 9 auf. Die Endbereiche sowohl der Schenkel 8 und 9 als auch des Ansatzes 11, 12 sind verstärkt ausgebildet und weisen Durchgangsbohrungen zur Aufnahme der Verschraubungen mit der Plattform 1 einerseits, die zwischen den beiden Schenkeln 8 und 9 gehaltert ist, sowie mit der Struktur 6, 7 andererseits auf, die über den Ansatz 11, 12 erfolgt.

Die hier beschriebenen Federelemente 2 bis 5 sind jeweils in einem Stück aus einem federelastischen metallischen Werkstoff gefräst. Es ist aber im Rahmen der Erfindung auch möglich, die Federelemente mittels eines dafür geeigneten Fertigungsverfahrens aus einem Faserverbundwerkstoff herzustellen. Ferner besteht die Möglichkeit, derartige Federelemente aus zwei Teilelementen, einem U-förmigen sowie einem rechtwinkligen, anzufertigen, wobei diese Teilelemente miteinander verschraubt, verlötet, verschweißt oder verklebt werden.

Während die vorstehend beschriebenen Federelemente 2 bis 5 jeweils, jedes für sich genommen, in der Lage sind, Bewegungen in drei verschiedenen Richtungen abzufedern, ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, anstelle nur eines solchen Federelementes an den Eckpunkten der Plattform 1 jeweils drei einzelne Schraubenfedern in drei zueinander senkrechten Richtungen vorzusehen.

Wichtig ist in all diesen Fällen, daß die Eigenfrequenzen der Federelemente möglichst niedrig sind, daß sie eine nur geringe Dämpfung aufweisen und daß, wie bereits erwähnt, die Reibung an den Verbindungsstellen zwischen den Federelementen und der Plattform minimal wird. Auf diese Weise wird erreicht, daß auf die Strukturelemente 6, 7 einwirkende pyrotechnische Stöße auch im niederfrequenten Bereich nicht auf die Plattform übertragen werden und daß somit Ausrüstungsteile, die sich auf der Plattform befinden, zuverlässig gegen die Einwirkungen derartiger pyrotechnischer Stöße geschützt sind.


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zum Abfangen dynamischer Beanspruchungen, insbesondere pyrotechnischer Stöße, zwischen einer Struktur (Strukturelemente 6,7) und einem an dieser gehalterten Trägerkörper (Plattform 1) mittels zwischen der Struktur und dem Trägerkörper angeordneter Federelemente mit niedriger Dämpfungskonstante, wobei die Halterungen des Trägerkörpers an den Federelementen derart ausgebildet sind, daß die Auflageflächen auf ein Minimum beschränkt sind, und wobei die Federelemente blattfederartig ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (2-5) niedrige Eigenfrequenzen aufweisen, und aus einem U-förmigen Teilbereich (8-10) bestehen, an dem seitlich im Bereich des zwischen zwei Schenkeln (8, 9) befindlichen Stegs (10) ein annähernd rechtwinkliger Ansatz (11, 12) angeordnet ist, wobei der abgewinkelte Teilbereich (12) dieses Ansatzes in etwa die gleiche Länge wie die beiden Schenkel (8, 9) aufweist, und der Endbereich des abgewinkelten Teilbereiches (12) mit der Struktur (6, 7) und die Endbereiche der beiden Schenkel (8, 9) mit dem Trägerkörper (1) gehalten sind.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (11, 12) einstückig angeformt ist.
  3. 3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (2-5) aus einem Faserverbundwerkstoff bestehen.






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