DE69011004T2

DE69011004T2 - Abspulvorrichtung für fadenförmiges Material.

Info

Publication number: DE69011004T2
Application number: DE69011004T
Authority: DE
Inventors: George W Lecompte
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1989-06-23
Filing date: 1990-06-18
Publication date: 1994-11-17
Anticipated expiration: 2010-06-19
Also published as: EP0404485B1; NO902727D0; IL94470A0; EP0404485A1; CA2017158C; IL94470A; JPH03102200A; DE69011004D1; US5044573A; NO176537C; NO902727L; CA2017158A1; NO176537B

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gegenstand der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Abspulvorrichtung für ein fadenförmiges Material zur Verwendung in einem Flugkörper oder einem anderen sich in der Luft befindlichen Fahrzeug, um eine Datenverbindung herzustellen und insbesondere eine derartige Abspulvorrichtung für fadenförmiges Material, welche sich während des Gebrauchs um eine Achse dreht, welche im wesentlichen quer zur Richtung der Ausgabe des fadenförmigen Materials ist.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Heutzutage gibt es viele Waffensysteme, welche einen abgeschossenen Flugkörper beinhalten, der eine Datenverbindung aus einem Draht oder einer optischen Faser hat, von der ein Ende mit einer bordeigenen Steuervorrichtung verbunden ist und das andere Ende hiervon während des Gebrauchs mit einer hohen Geschwindigkeit abgespult wird, um eine Verbindung mit einer weiteren Steuervorrichtung an der Abschußstelle aufrecht zu erhalten.
Es gibt eine Anzahl von Kriterien, welche von einer derartigen Vorrichtung erfüllt werden müssen, um erfolgreich als Flugkörper-Datenverbindung zu wirken. Zunächst muß das Abspulen des fadenförmigen Materials init einem Minimum an Spannung in dem fadenförmigen Material bewerkstelligt werden, um einen Bruch zu vermeiden oder um im Falle einer optischen Faser sogenanntes Mikro-Bending zu verhindern, von dem sich herausgestellt hat, daß es Qualität und Wirksamkeit der Signalübertragung verringert. Zweitens muß die Packung der Wicklung des fadenförmigen Materials stabil sein, um eine Lagerung zu ermöglichen, ohne daß die Wicklung aus ihrer Wicklungs-Formgebung gerät. Drittens sollte die Wicklung dicht und kompakt sein und so wenig Raum wie absolut notwendig einnehmen.
Ein allgemeiner Typ einer heutigen Abspulvorrichtung für fadenförmiges Material, wie er beispielsweise in dem US-Patent Nr. 5 052 636 dargestellt ist, besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen Kanister, der fest an dem hinteren Bereich des Flugkörpers angeordnet ist, und auf welchem das fadenförmige Material gewickelt ist, um eine schräg verlaufende außenliegende Abspulanordnung zu erhalten. Eine zweite Form, welche ebenfalls in dem US-Patent beschrieben ist, besteht aus einem zylindrischen Kanister, in welchem das fadenförmige Material so gewickelt ist, daß ein Abspulen des fadenförmigen Materials von der Innenseite der Packung her möglich ist, wobei diese letztere Anwendungsmöglichkeit speziell für Torpedos und Sonobojen Anwendung findet.
Die Verwendung eines Kanisters mit einer Abspulung von außen her hat den Nachteil einer schlechten Raumausnutzung aufgrund der schräg verlaufenden Wicklungspackung und den Schicht-Zu-Schicht-Rückschritten, die typischerweise verwendet werden. Andererseits umgeht die Abspulung von innen her die schlechte Raumausnutzung der von außen abspulenden Vorrichtung, erreicht jedoch nicht die relativ hohen Abspulgeschwindigkeiten, welche für Anwendungsfälle mit Flugkörpern notwendig sind. Auch bewirkt der Klebstoff, der zur Stabilisierung der Wicklungen des fadenförmigen Materials dient sowohl bei der innen als auch der außen abspulenden Version eine starke Biegung des Kabels an dem Abschälpunkt, welche hohe Belastungen und damit einhergehende optische Signalverluste bewirkt. Weiterhin trägt das Einbringen von Klebstoff in den Wicklungsprozeß erheblich zu den Herstellungskosten bei und bewirkt optische Verluste der aufgewickelten Faser.
Ein noch größeres Problem bei den beiden erwähnten Abspulvorrichtungen nach dem Stand der Technik ist, daß das fadenförmige Material beim Abziehen von einem axial angeordneten festen Spender eine Drillbewegung erfährt, was es notwendig macht, daß der Spender an dem hinteren Ende des Fahrzeuges angeordnet ist und hierbei frei von Hindernissen ist, oder daß Vorrichtungen vorgesehen werden müssen, um die von dem abgespulten fadenförmigen Material gebildete Helix zu dämpfen.
Das US-Patent Nr. 3 264 417 offenbart eine Abspulvorrichtung für fadenförmiges Material nach dem Oberbegriff es Anspruches 1. Das fadenförmige Material ist in einem Sinusmuster gewickelt mit Überkreuzungspunkten zwischen lateralen Haltestreifen und ist dann auf eine Spule gewickelt. Eine Bremswirkung wird durch Luftströmungen bewirkt, welche auf das fadenförmige Material einwirken.
Die DE-A-30 46 575 beschreibt eine optische Kabelverbindung für sich in der Luft befindliche Fahrzeuge, wobei das Kabel mit einem Schutzüberzug versehen ist.
Gemäß der Erfindung ist eine Abspulvorrichtung für fadenförmiges Material für ein sich in der Luft befindliches Fahrzeug (10) vorgesehen, das bei Startbeginn Zugkräfte und Ausstoßgase während des Abschusses erzeugt, mit:
einer hohlen zylindrischen Spule (20) zur Aufnahme einer Länge von fadenförmigem Material (18);
einer Vorrichtung (26) zum Anordnen der Spule (20) innerhalb des Fahrzeugs (10) für eine Drehung um eine Achse, die quer zur Richtung verläuft, in der das fadenförmige Naterial (18) von der Spule (20) abgespult wird; und
einer Bremsvorrichtung (52, 54, 66, 68), um das abgespulte fadenförmige Material (18) mit einer vorherbestimmten Zugbelastung zu beaufschlagen;
die dadurch gekennzeichnet, ist
daß die Spule einen Flansch (22; 24) an jedem Ende hiervon aufweist und die Länge des fadenförmigen Materials (18), die hierauf aufgewickelt ist, zwischen den Flanschen (22, 24) aufnimmt;
wobei die Bremsvorrichtung mit der Spule (20) in Eingriff ist, um die Drehung der Spule während des Abspulens des fadenförmigen Materials zu verlangsamen; und
wobei die Vorrichtung weiterhin eine Schutzvorrichtung (38) beinhaltet, welche mit dem fadenförmigen Material (18) für eine gemeinsame Bewegung hiermit in Verbindung ist, wobei die Schutzvorrichtung (38) verhindert, daß vom Start des Fahrzeuges an wirkende Zugkräfte und Ausstoßgase das fadenförmige Material (18) zerstören oder beschädigen, wenn das fadenförmige Material (18) von der Spule (20) abgespult wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

In der beigefügten Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische teilweise geschnittene Darstellung der beschriebenen Abspulvorrichtung für fadenförmiges Material, die innerhalb eines Flugkörpers angeordnet ist;
Fig. 2 eine geschnittene und abgebrochene Draufsicht durch die Abspulvorrichtung;
Fig. 3 und 4 graphische Darstellungen von verschiedenen Betriebsparametern der beschriebenen Vorrichtung;
Fig. 5 eine Schnittdarstellung durch einen Leiter;
Fig. 6 eine seitliche Schnittdarstellung durch die Spule für das fadenförmige Material zur Erläuterung von Details der Bremse.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Gemäß Fig. 1 der Zeichnung enthält ein Flugkörper 10 typischerweise ein hohles, im wesentlichen rohrförmiges heckseitiges Gehäuse 12, das ein offenes Ende 14 hat, durch welches heiße Gase von einem innen liegenden Antriebsmotor 16 Antriebsschub erzeugen. Bei vielen derartigen Flugkörpern verbindet ein fadenförmiges Material 18, entweder ein Draht oder eine optische Faser, eine bordseitige elektrische Steueranordnung (nicht dargestellt) mit einer anderen Steueranordnung an der Abschußstelle. Da die Länge des benötigten fadenförmigen Materials beachtlich sein kann und die Abspulgeschwindigkeit ebenfalls hoch ist, ist die Art des Wickelns des fadenförmigen Materials in eine Packung und die Technik des Abspulens eines optischen Fasermaterials derart, daß keine Knicke oder zu hohe Zugkräfte in dem fadenförmigen Material auftreten, da dies eine optische Signalqualität erheblich verringern kann, wenn nicht gar das fadenförmige Material beschädigt wird.
Für die Beschreibung der Erfindung wird nun gleichzeitig Bezug genommen auf die Figuren 1 und 2. Das fadenförmige Material 18 ist in Helixform auf eine zylindrische Spule oder Trommel 20 mit zwei kreisförmigen Endflanschen 22 und 24 gewickelt. Die Spule ist mit der Seitenwand des Flugkörpers an einem Punkt 26 drehbar gelagert (die gegenüberliegende Seitenwandlagerung ist nicht dargestellt), so daß die Spulendrehachse quer zur Längsachse des Flugkörpers ist und bevorzugt in einem Winkel von 90º hierzu steht.
Ein erstes Ende 30 des fadenförmigen Materials ist mit einem Drehverbinder 32 nach dem Stand der Technik verbunden, über den optische Signale zu einer bordseitigen Steuervorrichtung (nicht dargestellt) übertragen werden. Das fadenförmige Material wird dann helixförmig auf die Spule gewickelt, um eine zylindrische Spule 34 zu bilden. Ein bestimmter äußerer Endbereich 36 ist in einer Schutzabdeckung eingeschlossen, welche eine Führung 38 (Fig. 5) bildet. Diese Führung verläuft, wenn die Spule nicht heckseitig angeordnet ist, durch ein Paar von rohrförmigen Durchlässen oder Führungen 40 und 42 mit großem Durchmesser, die an der inneren Oberfläche der Flugkörperwandung befestigt sind und tritt aus dem Flugkörper aus zu einer Verbindung mit einem abschußseitigen Steuergerät (nicht dargestellt). Die Durchlässe müssen nicht notwendig sein, wenn die Spule heckseitig angeordnet ist.
In Fig. 5 ist zu erkennen, daß die Führung 38 bevorzugt aus einer bandartigen Länge eines hitzebeständigen und flexiblen Kunststoffes 44, beispielsweise KEVLAR besteht mit einem mittigen, sich axial erstreckenden Hohlraum 46, in welchem das fadenförmige Material 18 lose aufgenommen ist. Genauer, die Führung ist im wesentlichen von rechteckförmigem Querschnitt und ist auf die Spule 20 gewickelt, wobei die größere flache Oberfläche der Führung der Spule gegenüberliegt. Wenn die Führung auf die darunterliegenden Wicklungen des fadenförmigen Materials gewickelt wird, belastet dies das fadenförmige Material und unterdrückt auf diese Weise Spannungen in dem fadenförmigen Material, was sehr wichtig ist, um Beeinträchtigungen in der optischen Signalübertragung zu verhindern. Genauer gesagt, der Führungskunststoff 44 wird vorgedehnt, wenn er auf die Spule aufgewickelt wird, um eine Belastung zu bewirken und aufgrund der übergroßen Abmessungen der Öffnung 46 erfährt die eingeschlossene Faser keine Spannung.
Die Führung dient zunächst dazu, die notwendige Stärke auf das fadenförmige Material aufzubringen, um die Trägheit der Spule oder Trommel während der Startphase zu überwinden. Ohne dies würde beispielsweise eine typische optische Faser geschädigt werden, wenn das Abspulen beginnt. Zweitens hat die Kunststoffabdeckung eine hohe Hitzebeständigkeit, was das fadenförmige Material in denjenigen Fällen schützt, in denen das fadenförmige Material durch die heißen Ausstoßgase einer Startrakete abgespult wird.
Fig. 6 ist eine seitliche Schnittdarstellung durch die Spule und zeigt eine bevorzugte Form einer Bremse 48 zum Hemmen der Drehung der Spule während des Abspulens des fadenförmigen Materials. Wie hier gezeigt, ist der Mittelbereich der Spule ein hohler Zylinder. Eine sich abnutzende zylindrische Beschichtung 50 weist einen derartigen Außendurchmesser auf, daß sie einen engen Sitz innerhalb des Spulenhohlraums erlaubt, wo sie dann festgelegt wird. Innerhalb der mittigen Öffnung der Beschichtung 50 ist ein Drehkreuz 52 angeordnet, das an den Seitenwänden des Flugkörpers befestigt ist und mit einer Mehrzahl von Druckkörpern 54 versehen ist, die federnd die innere Oberfläche der sich abnutzenden Beschichtung kontaktieren.
Genauer gesagt, das Drehkreuz 52 ist in Form eines dreistrahligen Sterns ausgebildet, dessen Mittelpunkt auf einem Stab 56 festgelegt ist, dessen Enden durch die Spulenlagerungen verlaufen und an den Wänden des Flugkörpers festgelegt sind. Auslegerarme 58, 60 und 62 sind mit einem Ende drehbeweglich jeweils an einem Ende eines Strahls des Drehkreuzes befestigt und das andere Ende hiervon ist mit einem zylindrischen Druckkörper 54, 66 oder 68 in Verbindung. Die Auslegerarme enthalten jeweils eine Federvorrichtung 70 (nur eine hiervon ist bezeichnet) zum federnden Drücken des jeweiligen Druckkörpers an die innere Oberfläche der sich abnutzenden Beschichtung.
Beim Abschuß eines Flugkörpers beginnt die Führung mit einem Abspulvorgang durch die Führungen 40 und 42 und bewirkt, daß sich die Spule mit einer Geschwindigkeit dreht, welche 90.000 Umdrehungen pro Minute überschreiten kann. Die Länge der Führung ist ausreichend, das eingeschlossene fadenförmige Material gegenüber Zugkräften beim Start und Ausstoßgasen während des Abhebens zu schützen, wonach das fadenförmige Material ohne die Schutzabdeckung von der Spule abgenommen wird und auf gleich Art und Weise wie die Führung abgespult wird. Während die Führung und das fadenförmige Material abgespult werden, wirkt die Bremse 48 automatisch auf die Spule mit einer bestimmten Bremskraft, die sich als nötig herausgestellt hat, ein Abheben des fadenförmigen Materials zu verhindern wie bereits erwähnt. Wie sich aus der graphischen Darstellung von Fig. 3 ergibt, muß die Zugkraft, die von der Bremskraft aufgebracht wird, sich verringern, wenn das Abspulen fortläuft und dies wird durch die beschriebene Bremse dadurch bewerkstelligt, daß die sich abnutzende Beschichtung dünner wird (sich abnutzt), so daß die durch die Bremse erzeugte Bremskraft ebenfalls verringert wird.
In einer praktischen Ausgestaltungsform der Erfindung wird die Führung vorgespannt, was die Faserspannung in den darunterliegenden Lagen verringert. Eine hohe Wicklungs spannung (zum Beispiel 1,58 kg (3,5 lbs)) wird verwendet, um zu verhindern, daß die Faserpackung durch die hohe Zentrifugalkraft aufgrund der Spulendrehung gestört wird. Wenn sich Spule dreht, ist jede Wicklung des fadenförmigen Materiales einer nach außen gerichteten Zentrifugalkraft unterworfen, was die Spannung und infolgedessen den Druck zwischen den Lagen verringert. Mit einer vorgewählten Wicklungsdehnung wird ein positiver, zwischen den Schichten wirkender Druck aufrechterhalten, was sicherstellt, daß die Geometrie der Packung der fadenförmigen Materials nicht gestört wird.
Unter Bezug insbesondere auf Fig. 5 sei festzuhalten, daß das fadenförmige Material 18 ohne die Führung in einer Art und Weise gewickelt ist, welche manchmal "deep-nested" genannt wird, wobei einander benachbartete Wicklungen der gleichen Schicht voneinander beabstandet sind und eine äußere Schicht in die dazwischenliegenden Räume der unteren Schicht gewickelt wird. Eine derartige Wicklungstechnik bietet die Vorteile einer ausgezeichneten Raumausnutzung und die Möglichkeit, einen Wicklungsstapel mit geraden Enden zu schaffen. Für eine detaillierte Beschreibung der genannten Wicklungstechnik sei in Bezug genommen auf die US- Patentanmeldung mit der Nr. 263,804 "HIGH DENSITY FILAMENT WINDING AND METHOD FOR PRODUCING CROSSOVERS AND INSIDE PAYOUT" von G. W. LeCompte - jetzt US-Patent Nr. 5 154 366, von der gleichen Anmelderin wie in der vorliegenden Anmeldung.

Claims

1. Abspulvorrichtung für fadenförmiges Material für ein sich in der Luft befindliches Fahrzeug (10), das bei Startbeginn Zugkräfte und Ausstoßgase während des Abschusses erzeugt, mit:

einer hohlen zylindrischen Spule (20) zur Aufnahme einer Länge von fadenförmigem Material (18);

einer Vorrichtung (26) zum Anordnen der Spule (20) innerhalb das Fahrzeugs (10) für eine Drehung um eine Achse, die quer zur Richtung verläuft, in der das fadenförmige Material (18) von der Spule (20) abgespult wird; und

einer Bremsvorrichtung (52, 54, 66, 68), um das abgespulte fadenförmige Material (18) mit einer vorherbestimmten Zugbelastung zu beaufschlagen;

dadurch gekennzeichnet, daß

die Spule einen Flansch (22; 24) an jedem Ende hiervon aufweist und die Länge des fadenförmigen Materials (18), die hierauf aufgewickelt ist, zwischen den Flanschen (22, 24) aufnimmt;

wobei die Bremsvorrichtung mit der Spule (20) in Eingriff ist, um die Drehung der Spule während des Abspulens des fadenförmigen Materials zu verlangsamen; und

wobei die Vorrichtung weiterhin eine Schutzvorrichtung (38) beinhaltet, welche mit dem fadenförmigen Material (18) für eine gemeinsame Bewegung hiermit in Verbindung ist, wobei die Schutzvorrichtung (38) verhindert, daß vom Start des Fahrzeuges an wirkende Zugkräfte und Ausstoßgase das fadenförmige Material (18) zerstören oder beschädigen, wenn das fadenförmige Material (18) von der Spule (20) abgespult wird.

2. Abspulvorrichtung für fadenförmiges Material nach Anspruch 1, wobei die Schutzeinrichtung eine Schutzabdeckung (38) aufweist, welche einen bestimmten äußeren Endabschnitt des fadenförmigen Materials (18) umschließt.

3. Abspulvorrichtung für fadenförmiges Material nach Anspruch 2, wobei die Schutzabdeckung (38) unter Zug aufgebracht wird, wenn sie auf die Spule (20) gewickelt wird.

4. Abspulvorrichtung für fadenförmiges Material nach An-Spruch 2 oder 3, wobei die Schutzabdeckung (38) von ausreichender Länge ist, um all die Spannung auf die Schutzabdeckung (38) aufbringen zu können, bis die Spule (20) ihre maximale Abspuldrehgeschwindigkeit hat.

5. Abspulvorrichtung für fadenförmiges Material nach einein der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Schutzabdeckung (38) aus einem flexiblen synthetischen Kunststoffkörper (44) mit einer übergroßen Öffnung (46) hierin zur Aufnahme des fadenförmigen Materials (18) besteht.

6. Abspulvorrichtung für fadenförmiges Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bremsvorrichtung einen sich abnutzenden Hohlzylinder (50), der fest an der Innenwand der Spule (20) befestigt ist und wenigstens einen Druckkörper (54; 66; 68) aufweist, der die innere Oberfläche des sich abnutzenden Zylinders (50) kontaktiert.

7. Abspulvorrichtung für fadenförmiges Material nach Anspruch 6, wobei der Druckkörper (54, 66, 68) an dem Ende eines Armes (58; 60; 62) angeordnet ist, der fest gegenüber der Spulenachse angeordnet ist, wobei eine Feder den Druckkörper federnd an den sich abnutzenden Zylinder (50) drückt.

8. Abspulvorrichtung für fadenförmiges Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei weiterhin eine Führungsröhre (40; 42) vorgesehen ist, die an dem Fahrzeug (10) festgelegt ist und im wesentlichen parallel zu der Bewegungsrichtung des Fahrzeuges fluchtet zur Aufnahme des abgespulten fadenförmigen Materials (18) von der Spule (20) und zum Führen desselben zur Außenseite des Fahrzeuges.