DE102017113857A1

DE102017113857A1 - Schneideinrichtung

Info

Publication number: DE102017113857A1
Application number: DE102017113857.9A
Authority: DE
Inventors: Tobias Moderegger; Rainer Gaisbauer; Benjamin Huber; Thomas Leopold
Original assignee: Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Current assignee: Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Priority date: 2017-06-22
Filing date: 2017-06-22
Publication date: 2018-12-27
Also published as: RU2749254C1; AU2018286744A1; IL271183A; IL271183B2; CA3063808A1; KR20200023610A; SG11201912826SA; JP6978522B2; CA3063808C; US20200130073A1; EP3642556A1; JP2020524776A; WO2018234071A1; AU2018286744B2

Abstract

Vorgeschlagen wird eine Schneideinrichtung (20) mit zumindest einem Schlagbolzenhalter (1), wenigstens einem Sperrelement (2), einer Feder (6), einem Schlagbolzen (7), einem Schlagzündhütchen (9), einer Ladung (13), einem Schneidelement (14), einem Anschlag (15) und einem Scherstift (17), wobei das wenigstens eine Sperrelement (2) für eine Verbindung zwischen dem Schlagbolzenhalter (1) und dem Schlagbolzen (7) sorgt. Die Feder (6) wird gespannt. Nachdem der Schlagbolzenhalter (1) einen vorbestimmten Weg zurückgelegt hat, wird das Sperrelement (2) freigegeben. Die Freigabe führt zu einem Entspannen der Feder (6), wodurch der Schlagbolzen (7) beschleunigt wird und am Ende auf das Schlagzündhütchen (9) aufschlägt. Durch den Einschlag des Schlagbolzens (7) auf das Schlagzündhütchen (9) wird der pyrotechnische Satz darin gezündet. Durch Initiierung des pyrotechnischen Satzes im Schlagzündhütchen wird, wenn vorhanden, das Verzögerungselement (11) angezündet. Dieses regelt dabei die Verzögerungszeit. Danach wird eine weitere Ladung (13) entzündet. Das dadurch erzeugte Gasvolumen übt einen Druck auf das Schneidelement (14) aus. Ab einem gewissen Druck wird der Scherstift (17) geschert, wodurch das Schneidelement (14) axial beschleunigt wird. Das Schneidelement (14) schlägt mit hoher Geschwindigkeit, resultierend aus der Beschleunigung, gegen den Anschlag (15) und dringt dabei in diesen ein. Eine zu schneidende Verbindung, welche durch eine Öffnung vor dem Anschlag (15) geführt ist, wird dabei durchtrennt.

Description

Die Erfindung beschäftigt sich mit einer Schneideinrichtung zum Trennen wenigstens zweier Baugruppen, die über eine mechanische Verbindung miteinander verbunden sind. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Schneidsystem für das Trennen eines Bremssystems von einer Munition. Bei der Munition kann es sich insbesondere um eine Submunition zur Erzeugung eines Scheinziels handeln.
Submunitionen müssen nach einer in der Regel beim Abschuss programmierten Verzögerungszeit vom eigentlichen Träger, wie beispielsweise einer Rakete, separiert werden. Bei dieser Separation wird die Submunition beschleunigt. Die daraus resultierende Geschwindigkeit ist für die Wirkung und die Stabilität des Scheinziels selbst jedoch zu hoch. Daher muss die Submunition auf eine definierte Geschwindigkeit abgebremst werden. Um dieses Abbremsen zu gewährleisten, wird die Submunition vor der vollständigen Entfaltung mittels eines Bremsfallschirms abgebremst. Dieser Bremsfallschirm muss nach einer vorbestimmten Zeit vom Gesamtsystem Submunition abgetrennt werden, damit das Scheinziel nicht zu stark abgebremst wird. Das Abtrennen übernimmt in der Praxis eine Schneideinrichtung. Diese als Seil- und Drahtschneideinrichtung ausgeführte Schneideinrichtung trennt eine Schnur, beispielsweise aus Aramidfaser nach ca. 0,6 Sekunden nach Auslösung der Schneideinrichtung. Die Zeit ist mittels eines bevorzugt pyrotechnischen Verzögerungselements variabel einstellbar. Die Art des zu durchtrennenden Mediums ist gegeben. Die Leistungsfähigkeit der Schneideinreichtung ist einstellbar, beispielsweise durch unterschiedliche pyrotechnische Sätze, unterschiedliches Klingenmaterial und unterschiedliche Klingengeometrie. Durch das Trennen wird der Bremsfallschirm abgeworfen und der Hauptfallschirm das Scheinziel aktiviert.
Eine derartige Munition zeigt die DE 87 11 922 U1 . Am Ende einer Bremsphase wird ein Kassettenteil zusammen mit einem Bremsfallschirm abgetrennt. Eine weitere Munition mit einem Bremsfallschirm beschreibt die DE 196 44 380 A1 .
Aus der DE 10 2005 010 125 A1 ist eine Munition bekannt, die zur Programmierung eine galvanische Leitung, beispielsweise ein Kabel, aufweist. Dieses ist zu einem möglichst frühen Zeitpunkt der Schussentwicklung zu trennen. Dazu ist eine Trennvorrichtung eingebunden, die hauptsächlich aus einem in einem fest eingespannten Zylinder geführten Kolben mit bevorzugt scharfer Kante besteht. Das Kabel wird fest in einem mit einem Treibladungsanzünder verbundenen Schutzrohr zur Spitze des Treibladungsanzünders geführt und weiter zum Geschossheck verlegt. Dabei wir das Kabel im oberen Bereich des Zylinders durch eine quer zur Beschleunigungsrichtung liegende Bohrung geführt. Beim Bewegen des Kolbens nach vorne wird dann das Kabel durch die scharfe Kante getrennt.
In der Praxis gibt es neben derartigen mechanischen Schneideinrichtungen unterschiedliche elektrische Seilschneider, die alle auf dem Prinzip gespeicherter Energie wirken. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass die Einsatzdauer auf das Speichermedium beschränkt ist. Bei mechanischen Schneideinrichtungen wäre das Speichermedium, beispielsweise vorgespannte Federn, bei elektrischen Schneideinrichtungen, beispielsweise Batterien. Insbesondere bei elektrischen Schneideinrichtungen sind diese gegenüber elektromagnetischer Störeinstrahlung und elektrostatischer Entladung sehr empfindlich. Diese genannten Einflussfaktoren stellen für Schneideinrichtungen basieren auf einer elektrischen Zündpille / elektrischen Brückenzünder ein Risiko in der Funktionskette dar. Durch Störeinstrahlung sowie elektrostatischer Entladungen können diese unbeabsichtigt zur Umsetzung gebracht werden.
Hier stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Schneidvorrichtung aufzuzeigen, die auch unter harten Umweltbedingungen zuverlässig ein Trennen wenigstens zweier miteinander über eine mechanische Verbindung verbundenen Baugruppen gewährleistet.
Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen wieder.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, auf das Prinzip der gespeicherten Energie zu verzichten und mittels der Bremsenergie eines Bremsfallschirms einen Schlagbolzen über eine Druckfeder zu spannen. Ab einer definierten Zugkraft des Bremsfallschirms wird der Schlagbolzen freigegeben. Dieser Schlagbolzen schlägt dabei auf ein Anzündhütchen, das einen pyrotechnischen Verzögerungssatz initiiert. Nachdem der Verzögerungssatz durchgebrannt ist, wird die Schneideinrichtung aktiviert. Das erfolgt beispielsweise durch Zünden der eigentlichen Ladung der Schneideinrichtung. Dabei sollte es sich bei der Ladung um hochenergetisches Material handeln. Die Schneidvorrichtung umfasst dazu wenigstens eine pyrotechnische Ladung zum Erzeugen eines Gasdrucks, der dann dafür sorgt, dass ein mechanisches Schneidelement der Schneideinrichtung die Trennung bewirkt.
Der Vorteil einer derartig aufgebauten Schneideinrichtung besteht darin, dass die Schneideinrichtung ohne eine zuvor gespeicherte Energie auskommen kann. Die Funktionskette der Schneideinrichtung basiert auf einem rein mechanischen Prinzip. Energie zur Zündung der pyrotechnischen Sätze wird dem System Munition durch die Verzögerungswirkung des Bremsfallschirms hinzugefügt. Des Weiteren ist die Schneideinrichtung unempfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung sowie elektromagnetischer Störstrahlen, da nur pyrotechnische Sätze zum Einsatz kommen.
Durch Abbrand der Ladung wird schlagartig ein hohes Gasvolumen erzeugt. Dieses Gasvolumen beschleunigt ein Schneidelement, z.B. einen Meißel, einer Schneideinrichtung entsprechend. Der Meißel wird bis zu seiner Beschleunigung über einen Scherstift so lange in Position gehalten, bis eine bestimmte Menge an Gas erzeugt wurde und der damit einhergehende Druck entsprechend hoch ist, um auch den Scherstift abscheren zu können. Nachdem der Scherstift geschert wurde, bewegt sich der Meißel mit hoher Geschwindigkeit entlang einer Führung, an dessen Ende eine zu trennende Verbindung geführt ist. Der Meißel trifft auf diese Verbindung und schlägt mit dieser auf eine dahinterliegende Scheibe, wie beispielswese eine Messingscheibe. Bei diesem Aufschlag wird die Verbindung getrennt.
Vorgeschlagen wird eine Schneideinrichtung mit zumindest einem Schlagbolzenhalter, wenigstens einem Sperrelement, einer Feder, einem Schlagbolzen, einem Schlagzündhütchen, einer Ladung, einem Schneidelement, einem Anschlag und einem Scherstift, wobei das wenigstens eine Sperrelement für eine Verbindung zwischen dem Schlagbolzenhalter und dem Schlagbolzen sorgt. Die Feder wird zu einem vorbestimmten Zeitpunkt gespannt, beispielsweise mittels der Bremsenergie eines Bremsfallschirms. Nachdem der Schlagbolzenhalter einen vorbestimmten Weg zurückgelegt hat, wird das wenigstens eine Sperrelement freigegeben. Die Freigabe führt zu einem Entspannen der Feder, wodurch der Schlagbolzen beschleunigt wird und am Ende auf das Schlagzündhütchen aufschlägt. Durch den Einschlag des Schlagbolzens auf das Schlagzündhütchen wird der pyrotechnische Satz darin gezündet. Durch Initiierung des pyrotechnischen Satzes im Schlagzündhütchen wird, wenn vorhanden, das Verzögerungselement angezündet. Dieses regelt dabei die Verzögerungszeit. Schlagzündhütchen oder Verzögerungselement entzünden eine weitere Ladung. Das dadurch erzeugte Gasvolumen übt einen Druck auf das Schneidelement aus. Ab einem gewissen Druck wird der Scherstift geschert, wodurch das Schneidelement axial beschleunigt wird. Das Schneidelement schlägt bei hoher Geschwindigkeit, resultierend aus der Beschleunigung, gegen den Anschlag und dringt dabei in diesen ein. Eine zu schneidende Verbindung, welche durch eine Öffnung vor dem Anschlag geführt ist, wird dabei durchtrennt.
Der Einsatz der vorgenannten Schneideinrichtung ist nicht auf die in der Munition begrenzt. Die Schneideinrichtung kann in allen Bereichen eingesetzt werden, wo es erforderlich ist, auf elektrische oder sonstige gespeicherter Energie zum Trennen von Schnüren, Bändern oder ähnlichem zu verzichten. So kann die Schneideinrichtung auch als Notsystem, also als Notseilschneider in Fallschirmsystemen generell, zum üblichen Schneidmechanismus installiert werden. Das Notsystem kann dann zur Wirkung kommen, wenn die eigentliche, z.B. elektrische Schneideinrichtung versagt. Von den Fallschirmsystemen umfasst sind auch die für Personen.
Auch ein Einsatz an beispielsweise geschützten Fahrzeugkabinen ist denkbar, bei denen diverse Aufbauten, Baugruppen etc. mittels Stahlseilen oder ähnlichem an die Fahrzeugstruktur gebunden sind. Hier wäre der Schlagbolzen separat zu spannen, wobei das Spannen des Schlagbolzens auch manuell möglich sein sollte.
Anhand eines Ausführungsbeispiels mit Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt:

1 in einer Explosivdarstellung eine Schneideinrichtung gemäß der Erfindung;
2-4 die Schneideinrichtung zusammengebaut in einer Schnittdarstellung;
5 eine alternative Anbindungsmöglichkeit.

In 1 dargestellt ist eine Schneideinrichtung 20 mit einem Schlagbolzenhalter 1, wenigstens einer Kugel 2, zwei O-Ringen 3, 4 als Dichtringe, einem Deckel 5 sowie einer Feder 6 und einem Schlagbolzen 7. Des Weiteren umfasst die Schneideinrichtung 20 eine Kappe 8, ein Schlagzündhütchen 9 sowie ein Mittelstück 10 und ein pyrotechnisches Verzögerungselement 11. Eine Gewindedichtscheibe ist mit 12, eine Treibladung mit 13, ein Meißel mit 14 und ein Anschlag mit 15 gekennzeichnet. Vervollständigt wird die Schneideinrichtung 20 durch einen Scherstift 17, der in einer Vorderhülse 16 aufgenommen ist. Durch eine Übermutter 18 wird der Scherstift 17 in der Vorderhülse 16 gehalten.
Die Funktionsweise ist wie folgt:
Mittels einer Zugkraft wird der Schlagbolzenhalter 1 aus dem Deckel 5 herausgezogen. Die dazu notwendige Kraft wird über die Feder 6, hier als Druckfeder, eingestellt. Nachdem der Schlagbolzenhalter 1 einen vorbestimmten Weg zurückgelegt hat, wird die wenigstens eine Kugel 2 (Sperrelement) freigegeben. Diese wenigstens eine Kugel 2 stellt die Verbindung zwischen dem Schlagbolzenhalter 1 und dem Schlagbolzen 7 dar. Mit Freigabe der Kugel(n) 2 wird die Verbindung zwischen dem Schlagbolzenhalter 1 und dem Schlagbolzen 7 aufgehoben. Das führt zu einem Entspannen der Feder 6. Über die Entspannung der Feder 6 wird der Schlagbolzen 7 beschleunigt und schlägt am Ende auf das Schlagzündhütchen 9. Durch den Einschlag des Schlagbolzens 7 auf das Schlagzündhütchen 9 wird der pyrotechnische Satz darin gezündet. Durch Initiierung des pyrotechnischen Satzes im Schlagzündhütchen wird das Verzögerungselement 11 angezündet. Dieses regelt dabei die Verzögerungszeit. Die Verzögerungszeit kann beliebig eingestellt werden. Sie kann sogar 0 Sekunden betragen. Nachdem das Verzögerungselement 11 durchgebrannt ist, wird an dessen Ende ein weiterer pyrotechnischer Satz, Treibladung 13, entzündet. Das dadurch erzeugte Gasvolumen übt einen Druck auf das Schneidelement 14, hier den Meißel, aus. Ab einem gewissen Druck wird der Scherstift 17 geschert, wodurch das Schneidelement 14 axial beschleunigt wird. Das Schneidelement 14 schlägt bei hoher Geschwindigkeit, resultierend aus der Beschleunigung, gegen den Anschlag 15 und dringt dabei in diesen ein. Eine zu schneidende Verbindung, welche durch eine Öffnung vor dem Anschlag 15 geführt ist, wird dabei durchtrennt.
Die 2 zeigt die Schneideinrichtung 20 zum Zeitpunkt, in dem die Feder 6 gespannt ist und die Kugel(n) 2 freigegeben werden. In 3 ist der Zeitpunkt dargestellt, zu dem die Feder 6 entspannt ist und das Verzögerungselement 11 gezündet wird. 4 wiederum stellt den Zeitpunkt nach, bei welchem die zu schneidende Verbindung durchtrennt wird.
In 5 findet sich eine Variante zum Einhängen der Schneideinrichtung 20 in ein System wieder.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 8711922 U1 [0003]
DE 19644380 A1 [0003]
DE 102005010125 A1 [0004]

Claims

Schneideinrichtung (20), gekennzeichnet durch zumindest einen Schlagbolzenhalter (1), wenigstens ein Sperrelement (2), eine Feder (6), einen Schlagbolzen (7), ein Schlagzündhütchen (9), eine Ladung (13), ein Schneidelement (14), einen Anschlag (15) und einen Scherstift (17), wobei das wenigstens eine Sperrelement (2) für eine Verbindung zwischen dem Schlagbolzenhalter (1) und dem Schlagbolzen (7) sorgt.
Schneideinrichtung (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein pyrotechnisches Verzögerungselement (11) zwischen dem Schlagzündhütchen (9) und der Treibladung (13) angeordnet ist.
Schneideinrichtung (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Scherstift (17) in einer Vorderhülse (16) aufgenommen ist.
Schneideinrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidelement (14) ein Meißel ist.
Munition mit Submunitionen mit einem Bremsfallschirm sowie mit einer Schneideinrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Trennen einer mechanischen Verbindung zwischen dem Bremsfallschirm und der Submunition, wobei die mechanische Verbindung in einer Öffnung vor dem Anschlag (15) liegt.
Munition nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um Wirkmunition zur Erzeugung eines Scheinziels handelt.
Fallschirmsystem mit einer Schneideinrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine zu trennende mechanische Verbindung in einer Öffnung vor dem Anschlag (15) liegt.
Fahrzeug mit an einer Fahrzeugstruktur über mechanische Verbindungen angebundenen Aufbauten, Baugruppen etc. mit einer Schneideinrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine zu trennende mechanische Verbindung in einer Öffnung vor dem Anschlag (15) liegt.