DE60304301T2

DE60304301T2 - Gehäuse eines elektromechanischen Aktuators zum Trennen von Strukturbauteilen

Info

Publication number: DE60304301T2
Application number: DE60304301T
Authority: DE
Inventors: Andrew John Camarillo Holt; Matthew Brian Moorpark Dalton; Jui-Yu Thomas Irvine Wu; Patrick John Thousand Oaks Laughlin
Original assignee: G&H Technology Inc
Current assignee: G&H Technology Inc
Priority date: 2002-12-06
Filing date: 2003-12-05
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2023-12-06
Also published as: EP1426291A1; EP1426291B1; DE60304301D1; ATE321699T1; US6747541B1

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet mechanischer Strukturtrennvorrichtungen, die in der Luftfahrt-, Fertigungs- und Bauindustrie verwendet werden, und betrifft insbesondere den inneren Aufbau und die Entwürfe nicht-explosiver Auslöser, die in elektromechanischen Strukturtrennvorrichtungen zur Auslösung von Struktur- bzw. Konstruktions(elementen)trennvorgängen verwendet werden.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Elektromechanische Strukturtrennvorrichtungen werden umfassend in der Luftfahrt-, Fertigungs- und Bauindustrie verwendet. Der Verwendungszweck der Trennvorrichtungen ist es, eine schnelle und zuverlässige Abtrennung einer extern angebrachten, strukturellen Last ohne Beschädigung der externen Struktur des Lastträgers bereitzustellen. Bevorzugt ist der Abtrennmechanismus so ausgelegt, dass er auf wiederholbare Weise zu verwenden ist.
Die folgenden zehn (10) Patente des Standes der Technik sind auf dem Gebiet der vorliegenden Erfindung als einschlägig erachtet worden:

1. das US-Patent mit der Nr. 3,695,116, erteilt an Baur am 3. Oktober 1972 mit dem Titel "Non-Explosive Electrically Initiated Heat-Ignitable Actuator" (hierin nachfolgend als das "Baur Patent" bezeichnet);
2. das US-Patent mit der Nr. 3,924,688, erteilt an Cooper am 9. Dezember 1975 mit dem Titel "Fire Fighting System" (hierin nachfolgend als das "Cooper Patent" bezeichnet);
3. das US-Patent mit der Nr. 4,906,962, erteilt an Duimstra am 6. März 1990 mit dem Titel "Fuse Wire Switch" (hierin nachfolgend als das "Duimstra Patent" bezeichnet);
4. das US-Patent mit der Nr. 5,438,173, erteilt an Rudoy am 1. August 1995 mit dem Titel "Cell Bypass Switch" (hierin nachfolgend als das "erste Rudoy Patent" bezeichnet);
5. das US-Patent mit der Nr. 5,471,888, erteilt an McCormick am 5. Dezember 1995 mit dem Titel "Motion Initiator" (hierin nachfolgend als das "erste McCormick Patent" bezeichnet);
6. das US-Patent mit der Nr. 5,621,373, erteilt an McCormick am 15. April 1997 mit dem Titel "Non-Explosive Initiator with Link Wire Assembly" (hierin nachfolgend als das "zweite McCormick Patent");
7. das US-Patent mit der Nr. 5,748,066, erteilt an Holt am 5. Mai 1998 mit dem Titel "Cartridge Motion Initiator with Replaceable Link Wire Controller" (hierin nachfolgend als das "Holt Patent" bezeichnet);
8. das US-Patent mit der Nr. 6,133,818, erteilt an Hsieh am 7. Oktober 2000 mit dem Titel "Redundant Fuse Wire Release Device" (hierin nachfolgend als das "Hsieh Patent" bezeichnet);
9. die US-Patentveröffentlichung mit der Nr. US 2002/0080547 A1 einer Anmeldung von Rudoy am 27. Juni 2002 mit dem Titel "Elektrically und Mechanically Redundant Release Mechanism" (hierin nachfolgend als die "Rudoy Anmeldung" bezeichnet); und
10. das US-Patent mit der Nr. US 6,433,990 B1 erteilt an Rudoy am 13. August 2002 mit dem Titel "Frangible Actuator with Redundant Power Supply" (hierin nachfolgend als das "zweite Rudoy-Patent" bezeichnet).

Das Baur-Patent offenbart einen nicht-explosiven, elektrisch ausgelösten, wärmezündbaren Auslöser, der in der Form einer vorgespannten, verkürzbaren Doppelkolbenanordnung aufgebaut und angeordnet ist. Wenn der Auslöser sich in der unausgelösten Stellung befindet, wird die Doppelkolbenanordnung durch einen durch Wärme auslösbaren Doppelscherstift und eine zugehöre Wärme-zündbare Drahtanordnung gehindert, sich zu verkürzen. Die Scherstifte und deren zugehörigen Drähte sind aus einer bimetallischen Zusammensetzung, die hauptsächlich aus Aluminium und Palladium besteht, zusammengesetzt, die bei Zündung eine heftige, aber nicht-explosive Reaktion hervorruft, die sich in sämtliche Teile des Materials ausbreitet. Der Aufbau der Doppelkolbenanordnung ist derart, dass bei Zündung einzelner oder beider Scherstifte eine Verkürzung der Doppelkolbenanordnung bewirkt wird und dadurch das Auslösen des Auslösers bewirkt wird.
Das Cooper Patent offenbart ein Brandschutzsystem mit mehreren elektromechanischen Heizdrahtauslösern für die nicht-explosive Auslösung einer entsprechenden Vielzahl von Brandlöschern. Die Auslöser sind entweder parallel zur Steigerung der Zuverlässigkeit oder in Reihe für einen leichteren Durchgangstest verbunden. Jeder Auslöser weist eine geteilte, aus zwei Spulenhälften gebildete Hülse mit einem darum gewickelten Einspanndraht auf, mit einem Haken, der mit einem Ende an einem Heizdraht befestigt ist, welcher mit elektrischen Leitungen verbunden ist, die an einem der Spulenhälften montiert sind. Ein Schaft berührt die geteilte Hülse derart, dass eine Trennung der Spulenhälften verursacht wird, wenn sie nicht durch den Einspanndraht eingespannt werden. Eine Verschiebung des Schafts wird durch Anlegen eines Auslösestroms an die Leitungen ausgelöst, was die durch den Einspanndraht aufgebrachte Zugbeanspruchung reduziert. Wenn die Spannung des Heizdrahts nachlässt, löst sich der Einspanndraht und gestattet somit die Trennung der Spulenhälften, um dem Schaft die Verschiebung durch einer innere Feder oder externe Kraft zu gestatten. Der Schaft ist entweder direkt an einer Nutzvorrichtung, wie etwa einem Brandlöscher, für dessen Verschiebung in eine Richtung parallel zur Mittellinie des Schaftes oder über einen Zylinder mit Fingern für eine zur Mittellinie des Schaftes geneigte Verschiebung angebracht.
Das Duimstra Patent offenbart einen Feder betriebenen Schaltmechanismus, bei dem die Energie, die erforderlich ist, den Schaltvorgang abzuschließen, in einer Feder (oder in Federn) gespeichert wird, die in einer "gespannten" oder beanspruchten Stellung durch einen Schmelzdraht zurückgehalten wird. Der Schmelzdraht hat die Eigenschaft, einen vergleichsweise flachen Widerstandskoeffizienten über einen großen Temperaturbereich aufzuweisen. Der Mechanismus arbeitet so, dass er elektrische Schaltkreise auf Empfang eines geeigneten elektrischen Signals durch den "Schmelz-" oder "Überbrückungs-"Draht schließt (öffnet), dessen Durchtrennung als Resultat des Empfangs des elektrischen Signals bewirkt wird.
Das erste Rudoy Patent offenbart einen Zellen-Überbrückungsschalter, der insbesondere für Luftfahrtanwendungen entwickelt wurde. Der Zellen-Überbrückungschalter kann einen Batteriezellenausfall erkennen, und öffnet automatisch einen Ausweichleitung um die ausgefallene Zelle, indem der Ausfall überbrückt wird und wobei dem verbliebenen Batteriesystem die Fortsetzung seiner Funktion gestattet wird. Der Zellen-Überbrückungsschalter ist so ausgelegt, dass er parallel zur Batteriezelle, die er schützt, zu platzieren ist. Die vorliegende Erfindung beinhaltet zwei elektromechanische Auslöseranordnungen, die auf dem oberen Ende des Gehäuses für den jeweiligen Betrieb zweier Kolben angebracht sind. Jede der elektromechanischen Auslöseranordnungen beinhaltet zwei Spulenhälften, die durch eine enge Wicklung eines Einspanndrahtes zusammengehalten werden, der in einem Überbrückungdraht endet, der zwei elektrische Anschlüsse des elektromechanischen verbindet. Jede Spule kann aufgrund der Einspanndrahtwicklung einen Feder vorgespannten Kolben zurückhalten. Wenn jedoch ein ausreichender elektrischer Strom durch die Anschlüsse und den Überbrückungsdraht geschickt wird, wird sich der Überbrückungsdraht aufheizen und unter der angelegten Zugbelastung reißen. Dies verursacht ein Abwickeln des Einspanndrahtes, Trennen der Spulenhälften und Freigeben des Kolbens.
Das erste McCormick Patent offenbart einen elektrischen Initiator, der Spulenhälften beinhaltet, die lösbar durch einen gewundenen Rückhaltedraht zusammengehalten werden. Eine Drahtbrücke hält eine Spule, an der eine Spulenhälfte befestigt ist, gegen einen Verbinderkörper und die andere Spulenhälfte. Ein Hohlraum im Innern der zwei Spulen hält physikalisch einen zugbeanspruchten Schaft zurück. Ein elektrischer Strom, der die Drahtbrücke passiert, verursacht, dass dieser brüchig wird und bricht, so dass die Spulenhälften und der enthaltene Schaft freigegeben wird.
Das zweite McCormick Patent offenbart eine Drahtbrückenanordnung zur Verwendung in einem nicht-explosiven Initiator, die eine Drahtbrücke innerhalb eines Röhrenpaares beinhaltet, wobei das Außenende jeder Röhre in einer Schleife ausgebildet ist und deren gegenüberliegendes Ende zusammengequetscht ist, um die Röhren physikalisch und elektrisch mit der beinhalteten Drahtbrücke zu verbinden. Die Röhren sind in einem Isolierkörper verkapselt.
Das Holt Patent offenbart eine Steuerung, die vorgesehen ist, einen Initiator mit ersten und zweiten Elementen selektiv freizugeben, die klemmend in Eingriff mit einem Objekt stehen, die dessen Bewegung in eine aufgezwungene Richtung verhindern. Eine Federdrahtwindung halt die Elemente dicht um das Objekt, ein Windungsende ist an einem der Elemente befestigt und das andere Windungsende wird durch ein Paar Drahtbrückenschleifen der Steuerung gehalten, das ebenso lösbar an einem der Steuerungen befestigt ist, die auch lösbar an einem der Elemente durch eine Schraube bzw. Bolzen befestigt ist. Wenn die Freigabe des Objekts beabsichtigt ist, wird ein elektrischer Strom ausreichender Stärke durch die Drahtbrückenschleifen geschickt, wodurch die Schleifen zerstört werden, wobei die Windung zum Abwickeln freigegeben wird und im Gegenzug das Objekt für die aufgezwungene Bewegung freigegeben wird.
Das Hsieh Patent offenbart eine sehr zuverlässige Freigabeapparatur, die dazu verwendet wird, gewünschte Vorrichtungen, wie etwa zum Beispiel Solarzellenausleger, Antenennausrichtmechanismen, Reflektoren, die an Satelliten, Weltraumstationen oder Raumfahrzeugen zu finden sind, zu verstauen oder freizugeben. Das Aufstellen der gewünschten Vorrichtung wird durch Einspannen oder Freigeben eines ersten Elements verhindert oder gestattet. Die Apparatur umfasst ein Haltelement mit einer Öffnung und einer ersten Vorderseite, die um die Öffnung angeordnet ist. Ein zweites Element ist in der Öffnung angeordnet, wenn das erste Element unter Spannung steht und ist so ausgelegt, dass es an einem Ende des ersten Elements zu befestigen ist. Wenigstens drei Verriegelungselemente, wie etwa Schmelzdrähte, sind auf der ersten Vorderfläche des Halteelements angeordnet, um das zweite Element innerhalb der Öffnung einzuspannen um die Spannung auf das erste Element aufrechtzuerhalten. Das zweite Element ist am ersten Element derart angebracht, dass wenigstens zwei der Schmelzdrähte durchtrennt werden müssen, bevor die Einspannung des zweiten Elements aufgehoben wird. Ein System zum Auslösen der Freigabeapparatur durch selektive Durchtrennung von wenigstens zwei der Verriegelungselemente, wenn die Aufstellung der Vorrichtung erwünscht ist, wird bereitgestellt.
Die Rudoy Anmeldung offenbart ein elektrisch und mechanisch redundanten Freigabemechanismus, der zwei Schmelzdrähte verwendet, eine Isolierachse an Ort und Stelle zu halten, die im Gegenzug ein hakenförmiges Freigabeende eines Einspanndrahtes zurückhält. Die Isolierachse ist mit zwei Nuten, eine für jeden Schmelzdraht, und mit einem zentrischen Loch auf halbem Wege zwischen den Nuten versehen. Eine Schnur ist am Ende mit einem Paar von Schleifen abgeschlossen. Die Schleife ist durch ein zentrales Loch in der Isolierachse befestigt. Die Schmelzdrähte sind mit zwei Stromversorgungen verbunden, die als redundante Stromversorgung oder Schmelzverbindungsentkopplungsvorrichtung verwendet werden. Ein Einspanndraht ist um ein Paar Spulenhälften eines zerbrechlichen Auslösers gewickelt und hält diese zusammen. Ein Freigabestift hat einen Kopfabschnitt, der zwischen den Spulenhälften gefangen ist, und einen Schaftabschnitt. Weil eine Last eine Kraft auf den Freigabestift ausübt, besteht die Tendenz, dass er aus einem zerbrechlichen Auslöser wegbewegt wird. Strom aus irgendeiner der Stromversorgungen kann ein Ausfall des damit verbundenen Schmelzdrahtes bewirken, welcher aufgrund des Ausfalls die Isolierachse aus der am Ort fixierten Stellung freigibt, und die Freigabe der Achse gibt das Einspanndrahtende frei und gestattet es den Spulenhälften unter Einwirkung der Last auseinander zu fallen. Sollte eine der Stromversorgungen aus irgendeinem Grund ausfallen, wird Strom auch von der anderen Stromversorgung durch deren Drahtbrücke fließen, um einen Ausfall von deren Schmelzdraht zu bewirken. Zusätzliche Schmelzdrähte können parallel zu den Schmelzdrähten ergänzt werden, um eine vorzeitige Trennung des Einspanndrahtes von der Achse auszuschließen.
Das zweite Rudoy Patent offenbart eine Vorrichtung zur Einspannung von Objekten und dann ihrer schnellen Freigabe, die zwei Spulenhälften umfasst, die durch eine Spiralfeder an Ort und Stelle gehalten werden. Die Feder ist an einem Ende mit einer der Spulen befestigt und wird am anderen Ende durch einen zerbrechlichen Draht an Ort und Stelle gehalten, der wiederum mit redundanten Stromversorgungen verbunden ist. Eine Isolierung ist durch Beschichtung eines Basisabschnitts mit Aluminiumoxid und Anbringung einer Isolierachse an das Ende der Feder, das von dem zerbrechlichen Draht gehalten wird, geschaffen. Ausnehmungen innerhalb der Spulen sind vorgesehen, um die Trennkraft zu maximieren.
Obwohl viele der zuvor zitierten Bezugnahmen diverse Trennmechanismen beschrieben haben, die erweiterbare Spulen nutzen, die durch Rückhaltedrähte festgehalten werden und bei Bruch einer Drahtbrücke freigegeben werden, erscheint es, dass keine der zitierten Bezugnahmen ihren Fokus auf den Entwurf und die Konstruktion der Drahtbrücke und deren Verbindung mit den zwei elektrischen Anschlüssen oder den Weg und die Art und Weise gerichtet hat, gemäß denen solche elektrischen Anschlüsse und solch eine Drahtbrücke mechanisch an Ort und Stelle zwischen den zwei Spulenhälften gehalten werden.
Im Folgenden wird auf 1 der beigefügten Zeichnungen Bezug genommen. Darin ist mit 10 ein Beispiel eines typischen nicht-explosiven Auslösers (NEA) des Standes der Technik gezeigt, wie er im Cooper Patent zu sehen ist. Dieser beinhaltet zwei Spulenhälften 11 und 12, die durch einen Wickeldraht 17 für den Rückhalt eines externen Strukturelements 19 zwischen den zwei Spulenhälften 11 und 12 zusammengeschnürt sind. Der Wickeldraht 17 bewirkt eine Beanspruchung der Spulenhälften 11 und 12 in Umfangsrichtung und weist einen gebogenen Endabschnitt 18 auf, der in eine Schleife einer Drahtbrücke 13 eingehängt ist. Die Drahtbrücke ist mit zwei elektrischen Anschlüssen 14 und 16 verbunden.
Wenn ein Auslösestrom ausreichender Stärke an die Anschlüsse 14 und 16 angelegt wird, wird die Drahtbrücke 13 erhitzt, was die Zugfestigkeit der Drahtbrücke 13 auf ein Maß unter die Zugbelastung reduziert, die durch den Wickeldraht 17 an seinem gebogenen Endabschnitt 18 auf die Drahtbrücke 13 ausgeübt wird, um dadurch einen Bruch der Drahtbrücke 13 zu bewirken. Dies verursacht im Gegenzug eine Lockerung des Wickeldrahts 17 und eine Reduktion der Beanspruchung in Umfangsrichtung, die durch den Wickeldraht 17 auf die Spulenhälften 11 und 12 ausgeübt wird, was das Trennen der zwei Spulenhälften gestattet, wodurch die Verlagerung des externen Strukturelements 19 zugelassen wird.
Es besteht Bedarf, einen neuen und verbesserten Entwurf und Aufbau der internen Strukturbestandteile der Spulenanordnung des NEA, der in elektromechanischen Strukturtrennvorrichtungen verwendet wird, bereitzustellen, die die Beständigkeit und Zuverlässigkeit des wiederholten Betriebs der NEA erhöhen, die den Zusammenbau- und Herstellungsprozess der Spulenanordnungen verkürzen und die die Material- und Herstellungskosten der NEA verringern.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist insbesondere wünschenswert, eine verbesserte Spulenanordnung für NEA bereitzustellen, die in elektromechanischen Strukturtrennvorrichtungen verwendet werden, wo die Spulenanordnung einen einfachen Aufbau aber immer noch alle Funktionen, die für den Betrieb als NEA erforderlich sind, aufweist.
Es ist auch wünschenswert, eine verbesserte Spulenanordnung für NEA bereitzustellen, wobei die Spulenanordnung ein internes Strukturelement beinhaltet, bei dem die Drahtbrücke und elektrische Anschlüsse in ein einstückiges Teil integriert sind.
Es ist ferner wünschenswert, eine verbesserte Spulenanordnung für NEA bereitzustellen, wobei die Spulenanordnung zwei Spulenhälften beinhaltet, die das Teil, in das die Drahtbrücke und der elektrische Anschluss integriert ist, an Ort und Stelle halten, wenn die zwei Spulenhälften durch den Wickeldraht zusammengeschnürt sind.
Des Weiteren ist es wünschenswert, eine verbesserte Spulenanordnung für NEA bereitzustellen, wobei die elektrischen Anschlüsse die mit der Drahtbrücke einstückig ausgebildet sind, elektrisch leitende Oberflächen aufweisen, die auf der Außenseite der zwei Spulenhälften, die durch den Wickeldraht zusammengeschnürt sind, für Kontaktverbindungen mit externen elektrischen Verbindern freiliegen.
Ferner ist es wünschenswert, eine verbesserte Spulenanordnung für NEA bereitzustellen, wobei die elektrischen Anschlüsse, die mit der Drahtbrücke einstückig ausgebildet sind, elektrische leitende Buchsen aufweisen, die von der Außenseite der zwei Spulenhälften, die durch den Wickeldraht zusammengeschnürt sind, für eine Steckverbindung mit externen elektrischen Verbindern zugänglich sind.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine verbesserte Spulenanordnung mit darin integrierter Drahtbrücke und elektrischen Anschlüssen für nicht-explosive Auslöser (NEA) bereitstellen, die in elektromechanischen Strukturtrennvorrichtungen verwendet werden.
Um es allgemein zu beschreiben, eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine verbesserte Spulenanordnung für NEA, die in elektromechanischen Strukturtrennvorrichtungen verwendet wird, wobei die Anordnung zwei Spulenhälften, die jeweils Außenflächen und eine allgemein flache Innenfläche aufweisen, ein einstückiges und integriertes Innenelement, das aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt ist und einen Drahtbrückeabschnitt und zwei elektrische Anschlussabschnitte aufweist, und einen äußeren Wickeldraht beinhaltet, der um die zwei Spulenhälften gewickelt ist und der ein Verbindungsende aufweist, das mit dem Drahtbrückenabschnitt des einstückigen und integrierten Innenelements verbunden ist, so dass der Wickeldraht die zwei Spulenhälften eng zusammenschnürt, um eine Spule für den Halt eines externen Strukturelements zu bilden.
Die Innenflächen wenigstens einer der genannten zwei Spulenhälften weisen Ausnehmungen auf, die allgemein zu einer Ausgestaltung des einstückigen und integrierten Innenelements passen, um das einstückige und integrierte Innenelement derart aufzunehmen, dass, wenn die zwei Spulenhälften durch den genannten Wickeldraht zusammengeschnürt sind, das einstückige und integrierte Innenelement sicher an Ort und Stelle dazwischen fixiert ist, ohne einen Spalt zwischen den Innenflächen der zwei Spulenhälften zu bewirken.
Des Weiteren weisen die zwei elektrischen Anschlussabschnitte des einstückigen und integrierten Innenelements jeweils ein Kontaktende auf, das freiliegt und von der Außenseite der zwei Spulenhälften zugänglich ist, wenn diese durch den Wickeldraht zusammengeschnürt sind, um elektrische Anschlusskontakte bereitzustellen.
Wenn ein elektrischer Strom ausreichender Stärke über die elektrischen Anschlusskontakte zugeführt wird, wird der Drahtbrückenabschnitt des einstückigen und integrierten Innenelements erhitzt, wodurch dessen Zugfestigkeit auf ein Maß unter eine Zugbelastung reduziert wird, die von dem Verbindungsende des Wickeldrahtes darauf ausgeübt wird, was dazu führt, dass der Drahtbrückenabschnitt des einstückigen und integrierten Innenelements bricht, was wiederum dazu führt, dass sich der Wickeldraht lockert, was das Trennen der zwei Spulenhälften voneinander gestattet, wodurch die Verlagerung des externen Strukturelements zugelassen wird.
Eine Spulenanordnung für NEA, die in elektromechanischen Strukturtrennvorrichtungen verwendet wird und die die vorliegende Erfindung verkörpert, kann viele einzigartige Merkmale und Vorteile bereitstellen. Insbesondere kann sie die Beständigkeit und Zuverlässigkeit des wiederholten Betriebs der NEA erhöhen. Sie kann auch den Zusammenbau- und Herstellungsprozess der Spulenanordnungen verkürzen. Sie kann ferner die Material- und Herstellungskosten der NEA verringern.
Um es im Detail anzugeben: eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine verbesserte Spulenanordnung für nicht-explosive Auslöser, die in elektromechanischen Strukturtrennvorrichtungen verwendet werden, die Folgendes umfasst: (a) eine erste Spulenhälfte mit einer allgemein halbzylinderförmigen Körperausgestaltung mit einem oberen Ende, einem unteren Ende, einer allgemein halbzylinderförmigen Außenfläche und einer allgemein flachen Innenfläche; (b) eine zweite Spulenhälfte mit einer allgemein halbzylinderförmigen Körperausgestaltung mit einem oberen Ende, einem unteren Ende, einer allgemein halbzylinderförmigen Außenfläche und einer allgemein flachen Innenfläche; (c) ein einstückiges und integriertes Innenelement, das aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt ist und einen schleifenförmigen Drahtbrückenabschnitt und zwei elektrische Anschlussabschnitte aufweist; (d) einen äußeren Wickeldraht, der um die erste und zweite Spulenhälfe gewunden ist und der ein Verbindungsende aufweist, das mit dem schleifenförmigen Drahtbrückenabschnitt des einstückigen und integrierten Innenelements verbunden ist, so dass der Wickeldraht die erste und zweite Spulenhälfte eng zusammenschnürt, um eine Spule für den Halt eines externen Strukturelements zu bilden; (e) wobei die Innenfläche wenigstens einer der ersten und zweiten Spulenhälfte Ausnehmungen aufweist, die allgemein zu einer Ausgestaltung des einstückigen und integrierten Innenelements passen, um das einstückige und integrierte Innenelement derart aufzunehmen, dass, wenn die erste und zweite Spulenhälfte durch den Wickeldraht zusammengeschnürt sind, das einstückige und integrierte Innenelement sicher an Ort und Stelle dazwischen fixiert ist, ohne einen Spalt zwischen den Innenflächen der ersten und zweiten Spulenhälfte zu bewirken; und (f) wobei die zwei elektrischen Anschlussabschnitte des einstückigen und integrierten Innenelements jeweils eine allgemein flache Kontaktfläche aufweisen, die auf der Außenseite der oberen Enden der ersten und zweiten Spulenhälften freiliegt, wenn diese durch den Wickeldraht zusammengeschnürt sind, um elektrische Anschlusskontaktflächen bereitzustellen; (g) wobei dann, wenn ein elektrischer Strom ausreichender Stärke über die Kontaktflächen der elektrischen Anschlussabschnitte des einstückigen und integrierten Innenelements zugeführt wird, der Drahtbrückenabschnitt des einstückigen und integrierten Innenelements erhitzt wird, wodurch dessen Zugfestigkeit auf ein Maß unter eine Zugbelastung reduziert wird, die von dem Verbindungsende des Wickeldrahtes darauf ausgeübt wird, was dazu führt, dass der Drahtbrückenabschnitt des einstückigen und integrierten Innenelements bricht, was wiederum dazu führt, dass sich der Wickeldraht lockert, was das Trennen der ersten und zweiten Spulenhälfte voneinander gestattet, wodurch die Verlagerung des externen Strukturelements zugelassen wird.
Um es im Detail alternativ anzugeben: eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine verbesserte Spulenanordnung für nicht-explosive Auslöser, die in elektromechanischen Strukturtrennvorrichtungen verwendet werden, die Folgendes umfasst: (a) eine erste Spulenhälfte mit einer allgemein halbzylinderförmigen Körperausgestaltung mit einem oberen Ende, einem unteren Ende, einer allgemein halbzylinderförmigen Außenfläche und einer allgemein flachen Innenfläche; (b) eine zweite Spulenhälfte mit einer allgemein halbzylinderförmigen Körperausgestaltung mit einem oberen Ende, einem unteren Ende, einer allgemein halbzylinderförmigen Außenfläche und einer allgemein flachen Innenfläche; (c) ein einstückiges und integriertes Innenelement, das aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt ist und einen schleifenförmigen Drahtbrückenabschnitt und zwei elektrische Anschlussabschnitte aufweist; (d) einen äußeren Wickeldraht, der um die erste und zweite Spulenhälfte gewunden ist und der ein Verbindungsende aufweist, das mit dem schleifenförmigen Drahtbrückenabschnitt des einstückigen und integrierten Innenelements verbunden ist, so dass der Wickeldraht die erste und zweite Spulenhälfte eng zusammenschnürt, um eine Spule für den Halt eines externen Strukturelements zu bilden; (e) wobei die Innenfläche wenigstens einer der ersten und zweiten Spulenhälfte Ausnehmungen aufweist, die allgemein zu einer Ausgestaltung des einstückigen und integrierten Innenelements passen, um das einstückige und integrierte Innenelement derart aufzunehmen, dass, wenn die erste und zweite Spulenhälfte durch den Wickeldraht zusammengeschnürt sind, das einstückige und integrierte Innenelement sicher an Ort und Stelle dazwischen fixiert ist, ohne einen Spalt zwischen den Innenflächen der ersten und zweiten Spulenhälfte zu bewirken; und (f) wobei die zwei elektrischen Anschlussabschnitte des einstückigen und integrierten Innenelements jeweils eine Steckbuchsenaufnahme, die in einer entsprechend komplementären Ausnehmung am oberen Ende von einer der ersten und zweiten Spulenhälfte angeordnet ist, so dass die Steckbuchsenaufnahme von der Außenseite der oberen Enden der ersten und zweiten Spulenhälften zugänglich ist, wenn diese durch den Wickeldraht zusammengeschnürt sind, zur Bereitstellung von elektrischen Anschlusssteckbuchsen; (g) wobei dann, wenn ein elektrischer Strom ausreichender Stärke über die Steckbuchsen der elektrischen Anschlussabschnitte des einstückigen und integrierten Innenelements zugeführt wird, der Drahtbrückenabschnitt des einstückigen und integrierten Innenelements erhitzt wird, wodurch dessen Zugfestigkeit auf ein Maß unter eine Zugbelastung reduziert wird, die von dem Verbindungsende des Wickeldrahtes darauf ausgeübt wird, was dazu führt, dass der Drahtbrückenabschnitt des einstückigen und integrierten Innenelements bricht, was wiederum dazu führt, dass sich der Wickeldraht lockert, was das Trennen der ersten und zweiten Spulenhälfte voneinander gestattet, wodurch die Verlagerung des externen Strukturelements zugelassen wird.
Um es allgemeiner anzugeben: eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine verbesserte Spulenanordnung für nicht-explosive Auslöser, die in elektromechanischen Strukturtrennvorrichtungen verwendet werden, die Folgendes umfasst: (a) zwei Spulenhälften, die jeweils eine Außenfläche und eine allgemein flache Innenfläche aufweisen; (b) ein einstückiges und integriertes Innenelement, das aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt ist und einen Drahtbrückenabschnitt und zwei elektrische Anschlussabschnitte aufweist; (c) einen äußeren Wickeldraht, der um die zwei Spulenhälften gewunden ist und der ein Verbindungsende aufweist, das mit dem Drahtbrückenabschnitt des einstückigen und integrierten Innenelements verbunden ist, so dass der Wickeldraht die zwei Spulenhälften eng zusammenschnürt, um eine Spule für den Halt eines externen Strukturelements zu bilden; (d) wobei die Innenfläche wenigstens einer der zwei Spulenhälften Ausnehmungen aufweist, die allgemein zu einer Ausgestaltung des einstückigen und integrierten Innenelements passen, um das einstückige und integrierte Innenelement derart aufzunehmen, dass, wenn die zwei Spulenhälften durch den Wickeldraht zusammengeschnürt sind, das einstückige und integrierte Innenelement sicher an Ort und Stelle dazwischen fixiert ist, ohne einen Spalt zwischen den Innenflächen der zwei Spulenhälfte zu bewirken; und (e) wobei die zwei elektrischen Anschlussabschnitte des einstückigen und integrierten Innenelements jeweils ein Kontaktende aufweisen, das freiliegt und von der Außenseite der zwei Spulenhälften zugänglich ist, wenn diese durch den Wickeldraht zusammengeschnürt sind, um elektrische Anschlusskontakte bereitzustellen; (f) wobei dann, wenn ein elektrischer Strom ausreichender Stärke über die elektrischen Anschlusskontakte zugeführt wird, der Drahtbrückenabschnitt des einstückigen und integrierten Innenelements erhitzt wird, wodurch dessen Zugfestigkeit auf ein Maß unter eine Zugbelastung reduziert wird, die von dem Verbindungsende des Wickeldrahtes darauf ausgeübt wird, was dazu führt, dass der Drahtbrückenabschnitt des einstückigen und integrierten Innenelements bricht, was wiederum dazu führt, dass sich der Wickeldraht lockert, was das Trennen der zwei Spulenhälften voneinander gestattet, wodurch die Verlagerung des externen Strukturelements zugelassen wird.
Um es noch allgemeiner anzugeben: eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine verbesserte Spulenanordnung für nicht-explosive Auslöser, die in elektromechanischen Strukturtrennvorrichtungen verwendet werden, die Folgendes umfasst: (a) zwei Spulenhälften, die jeweils eine Außenfläche und eine allgemein flache Innenfläche aufweisen; (b) ein einstückiges und integriertes Innenelement, das aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt ist und einen Drahtbrückenabschnitt und zwei elektrische Anschlussabschnitte aufweist; und (c) einen äußeren Wickeldraht, der um die zwei Spulenhälften gewunden ist und der ein Verbindungsende aufweist, das mit dem Drahtbrückenabschnitt des einstückigen und integrierten Innenelements verbunden ist, so dass der Wickeldraht die zwei Spulenhälften eng zusammenschnürt, um eine Spule für den Halt eines externen Strukturelements zu bilden; (d) wobei dann, wenn ein elektrischer Strom ausreichender Stärke über die elektrischen Anschlusskontakte zugeführt wird, der Drahtbrückenabschnitt des einstückigen und integrierten Innenelements erhitzt wird, wodurch dessen Zugfestigkeit auf ein Maß unter eine Zugbelastung reduziert wird, die von dem Verbindungsende des Wickeldrahtes darauf ausgeübt wird, was dazu führt, dass der Drahtbrückenabschnitt des einstückigen und integrierten Innenelements bricht, was wiederum dazu führt, dass sich der Wickeldraht lockert, was das Trennen der zwei Spulenhälften voneinander gestattet, wodurch die Verlagerung des externen Strukturelements zugelassen wird.
Kurzbeschreibung der Figuren
Im Folgenden wird zum Zweck der Veranschaulichung und nicht der Beschränkung insbesondere Bezug genommen auf die Figuren. Darin ist Folgendes dargestellt:
1 ist eine perspektivische Ansicht eines nicht-explosiven Auslösers (NEA) gemäß dem Stand der Technik, der in elektromechanischen Strukturtrennvorrichtungen verwendet wird;
2 ist eine perspektivische Ansicht einer der bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäß verbesserten Spulenanordnung für einen NEA, der in elektromechanischen Strukturtrennvorrichtungen verwendet wird;
3 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäß verbesserten Spulenanordnung, die in 2 gezeigt ist;
4 ist eine perspektivische Explosions-Teildarstellung der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäß verbesserten Spulenanordnung, die in 3 gezeigt ist; und
5 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung einer anderen der bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäß verbesserten Spulenanordnung für einen NEA, der in elektromechanischen Strukturtrennvorrichtungen verwendet wird.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen Obwohl nachfolgend spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der Figuren beschrieben werden, sollte deutlich werden, dass solche Ausführungsformen nur beispielhaft sind und lediglich der Veranschaulichung einer kleiner Anzahl von vielen möglichen spezifischen Ausführungsformen dienen, die Verwirklichungen der erfindungsgemäßen Prinzipien darstellen können. Diverse Abwandlungen und Modifikationen, die für den Fachmann, der von der Erfindung betroffen ist, offensichtlich sind, scheinen in den Umfang der vorliegenden Erfindung zu fallen.
Im Folgenden wird auf die 2 bis 4 Bezug genommen. Darin ist mit 100 eine der bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäß verbesserten Spulenanordnung für nicht-explosive Auslöser (NEA) gezeigt, die in elektromechanischen Strukturtrennvorrichtungen verwendet werden. Die Grundbestandteile der Spulenanordnung 100 beinhaltet zwei Spulenhälften 110 und 120, einen Wickeldraht 130 zum Zusammenschnüren der zwei Spulenhälften 110 und 120, und ein einstückiges und integriertes Innenelement 140.
Die zwei Spulenhälften 110 und 120 weisen jeweils eine allgemein halbzylinderförmige Ausgestaltung mit einem oberen Ende 111 (121), einem unteren Ende 112 (122), eine allgemein halbzylinderförmige Außenfläche 113 (123), und eine allgemein flache Innenfläche 114 (124) auf. Die oberen und unteren Enden 111, 112 (121, 122) der Spulenhälften 110, 120 können äußere Flansche 115, 116 (126) aufweisen, um ein Abrutschen des Wickeldrahts 130 von den Spulenhälften 110, 120 zu verhindern. Eine der Flansche (z.B. der untere Flansch 116 der Spulenhälfte 110) kann Abbindekerben 117 für die Befestigung des unteren Endes 132 des Wickeldrahts 130 aufweisen. Die Spulenhälften 110 und 120 können aus einem Epoxykunststoffmaterial hergestellt sein.
Der Wickeldraht 130 übt auf die Spulenhälften 110 und 120 eine Beanspruchung in Umfangsrichtung aus, um diese für den Halt eines externen Strukturelements 102 zwischen den zwei Spulenhälften 110 und 120 zusammenzuschnüren. Der Wickeldraht 130 weist ein oberes Ende 134, das in eine Schleife der Drahtbrücke 142 eingehakt ist, auf. Der Wickeldraht 130 kann aus Edelstahl hergestellt sein.
Die Drahtbrücke 142 ist ein integrierter Abschnitt des einstückigen Innenelements 140. Das einstückige Innenelement 140 weist ebenso zwei elektrische Anschlussabschnitte 144 und 146 auf. Das einstückige Innenelement 140 ist aus einem elektrisch leitenden Material, wie etwa Edelstahl, hergestellt.
Die zwei elektrischen Anschlüsse 144 und 146 weisen jeweils eine Kontaktfläche auf, die auf der Außenseite der zwei Spulenhälften 110, 120 für eine Oberflächenkontaktverbindung mit externen elektrischen Verbindern (nicht dargestellt) einer elektrischen Stromquelle freiliegen. Wenn ein elektrischer Strom ausreichender Stärke an die elektrischen Anschlüsse 144 und 146 angelegt wird, wird die Drahtbrücke 142 erhitzt. Wodurch deren Zugfestigkeit verringert wird. Wenn die Zugfestigkeit der Drahtbrücke 142 auf ein Maß reduziert wird, das unter der Zugbeanspruchung liegt, die auf die Drahtbrücke 142 durch das obere Ende 134 des Wickeldraht 130 ausgeübt wird, bricht die Drahtbrücke 142, was dazu führt, dass der Wickeldraht 130 gelockert wird, und die Trennung der zwei Spulenhälften 110, 120 voneinander gestattet wird, wodurch die Verlagerung eines externen Strukturelements 102 zugelassen wird.
Eine der beiden flachen Innenflächen 114, 124 der zwei Spulenhälften 110,120 wird mit Ausnehmungen 125 versehen sein, die zur Ausgestaltung des einstückigen Innenelements 140 passen, so dass das einstückige Innenelement 140 an Ort und Stelle zwischen den zwei Spulenhälften 110, 120 sicher gehalten werden kann, ohne einen Spalt zwischen deren allgemein flachen Innenflächen 114, 124 zu bewirken.
Die allgemein flachen Innenflächen 114, 124 der zwei Spulenhälften 110, 120 werden auch mit einer zentralen Nut 118 (128) versehen werden. Wenn die zwei Spulenhälften zusammengeschnürt sind, bilden diese zentralen Nuten 118, 128 einen zentralen Durchgang für den Halt des externen Strukturelements 102.
Die allgemein flachen Innenflächen 114, 124 der zwei Spulenhälften 110, 120 werden ferner mit vorspringenden Positionierelementen 119 und komplementären Löchern 129 zur Verriegelung der Position der zwei Spulenhälften 110, 120 versehen werden, was den schnellen Zusammenbau der zwei Spulenhälften 110, 120 erleichtert. Wenn die zwei Spulenhälften 110, 120 durch den Wickeldraht 130 zusammengeschnürt werden, greifen die vorspringenden Positionierelemente 119 in komplementäre Löcher 129 ein, was auch dem Zweck dient, sowohl eine axiale als auch seitliche Verschiebung der zwei Spulenhälften 110, 120 relativ zueinander zu verhindern.
Im Folgenden wird auf die 5 Bezug genommen, darin ist mit 200 eine weitere der bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäß verbesserten Spulenanordnung für NEA bezeichnet, die in elektromechanischen Strukturtrennvorrichtungen verwendet werden. Sämtliche Aspekte dieser alternativen Ausführungsform 200 sind allgemein ähnlich denen der Ausführungsform 100, die zuvor beschrieben wurde, mit der Ausnahme, dass die Anschlussabschnitte 244, 246 des einstückigen Innenelements 240 nun so ausgestaltet sind, dass sie Buchsenaufnahmen sind, die jeweils in komplementären Ausnehmungen 214, 216 der Spulenhälfte 210 zur Aufnahme von elektrischen Steckverbindern einer externen elektrischen Stromquelle (nicht dargestellt) angeordnet sind.
Eine Spulenanordnung, die die vorliegende Erfindung verkörpert, mit integrierter Drahtbrücke und elektrischen Anschlüssen für NEA, die in elektromechanischen Strukturtrennvorrichtungen verwendet werden, kann viele Vorteile bereitstellen. Insbesondere kann sie die Zuverlässigkeit und die Beständigkeit der wiederholten Betriebsabläufe der NEA verbessern.
Sie kann auch die Herstellungs- und Teilekosten der Spulenanordnungen der NEA, die in elektromechanischen Strukturtrennvorrichtungen verwendet werden, verringern. Sie kann ferner die Zeit und den Arbeitsaufwand, die mit dem Zusammenbau und der Herstellung der Spulenanordnungen, die für NEA in elektromechanischen Strukturtrennvorrichtungen verwendet werden, verbunden sind, verringern.
Natürlich besteht nicht die Absicht, die vorliegende Erfindung auf irgendeine besondere Form oder Anordnung oder irgendeine spezifische Ausgestaltung oder irgendeine spezifische Verwendung, die hierin offenbart ist, zu beschränken, da dieselbe in diversen Einzelheiten oder Relationen modifiziert werden kann, ohne dabei vom Umfang der beanspruchten Erfindung, die hierin zuvor gezeigt und beschrieben wurde, abzuweichen, wobei die gezeigte Vorrichtung lediglich der Illustration und Offenbarung einer ausführbaren Ausgestaltung dient und nicht dazu dient, sämtliche diversen Formen oder Modifikationen zu zeigen, die diese Erfindung verkörpern könnten oder die erfindungsgemäß betrieben werden könnten.
Die vorliegende Erfindung wurde in beachtlichem Detail beschrieben, um den Patentgesetzen genüge zu tun, indem eine umfassende Offenlegung von wenigstens einer ihrer Ausführungsformen bereitgestellt wird. Jedoch ist es nicht die Absicht einer solchen detaillierten Beschreibung, die allgemeinen Merkmale oder Prinzipien der vorliegenden Erfindung in irgendeiner Weise einzuschränken, der Schutzumfang soll lediglich durch den Wortlaut der beigefügten Ansprüche eingeschränkt sein.

Claims

Spulenkonstruktion (100; 200) für einen nicht-explosiven Auslöser, der in elektromechanischen Strukturtrennvorrichtungen verwendet wird, umfassend: a. zwei Spulenhälften (110, 120; 210, 220), die jeweils Außenflächen (111 bis 113, 121 bis 123) und eine allgemein flache Innenfläche (114, 124) aufweisen; b. ein einstückiges und integriertes Innenelement (140; 240), das aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt ist und einen Drahtbrückenabschnitt (142) und zwei elektrische Anschlussabschnitte (144, 146; 244, 246) aufweist; c. einen äußeren Wickeldraht (130), der um die zwei Spulenhälften (110, 120; 210, 220) gewunden ist und der ein Verbindungsende (134) aufweist, das mit dem Drahtbrückenabschnitt (142) des einstückigen und integrierten Innenelements (140; 240) verbunden ist, so dass der Wickeldraht (130) die zwei Spulenhälften (110, 120; 210, 220) eng zusammenschnürt, um eine Spule für den Halt eines externen Strukturelements (102) zu bilden; d. wobei die Innenfläche (114, 124) wenigstens einer der zwei Spulenhälften (110, 120; 210, 220) Ausnehmungen (125) aufweist, die allgemein zu einer Ausgestaltung des einstückigen und integrierten Innenelements (140; 240) passen, um das einstückige und integrierte Innenelement (140; 240) derart aufzunehmen, dass, wenn die zwei Spulenhälften (110, 120; 210, 220) durch den Wickeldraht (130) zusammengeschnürt sind, das einstückige und integrierte Innenelement (140; 240) sicher an Ort und Stelle dazwischen fixiert ist, ohne einen Spalt zwischen den Innenflächen (114, 124) der zwei Spulenhälften (110, 120; 210, 220) zu bewirken; und e. wobei die zwei elektrischen Anschlussabschnitte (144, 146; 244, 246) des einstückigen und integrierten Innenelements (140; 240) jeweils ein Kontaktende aufweisen, das freiliegt und von der Außenseite der zwei Spulenhälften (110, 120; 210, 220) zugänglich ist, wenn diese durch den Wickeldraht (130) zusammengeschnürt sind, um elektrische Anschlusskontakte (144, 146; 244, 246.) bereitzustellen; f. wobei dann, wenn ein elektrischer Strom ausreichender Stärke über die elektrischen Anschlusskontakte (144, 146; 244, 246) zugeführt wird, der Drahtbrückenabschnitt (142) des einstückigen und integrierten Innenelements (140; 240) erhitzt wird, wodurch dessen Zugfestigkeit auf ein Maß unter eine Zugbelastung reduziert wird, die von dem Verbindungsende (134) des Wickeldrahtes (30) darauf ausgeübt wird, was dazu führt, dass der Drahtbrückenabschnitt (142) des einstückigen und integrierten Innenelements (140; 240) bricht, was wiederum dazu führt, dass sich der Wickeldraht (130) lockert, was das Trennen der zwei Spulenhälften (110, 120; 210, 220) voneinander gestattet, wodurch die Verlagerung des externen Strukturelements (102) zugelassen wird.
Spulenkonstruktion gemäß Anspruch 1, worin die zwei Spulenhälften (110, 120; 210, 220) wenigstens einen äußeren Endflansch (115, 116, 125, 126) aufweisen, um ein Abrutschen des Wickeldrahts (130) von den zwei Spulenhälften (110, 120; 210, 220) zu verhindern.
Spulenkonstruktion gemäß Anspruch 2, worin der wenigstens eine äußere Endflansch (116) wenigstens eine Abbindekerbe (117) zur Befestigung eines abgewandten Endes des Wickeldrahts (130) aufweist.
Spulenkonstruktion gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, worin die zwei Spulenhälften (110, 120; 210, 220) jeweils eine zentrale Nut (118, 128) aufweisen, die einen zentralen Durchgang bilden, wenn die zwei Spulenhälften (110, 120; 210, 220) für den Halt des externen Strukturelements (102) zusammengeschnürt sind.
Spulenkonstruktion gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Innenflächen (114, 124) der zwei Spulenhälften (110, 120; 210, 220) wenigstens ein vorspringendes Positionierelement (119) und wenigstens ein komplementäres Loch (129) zur Verriegelung der Position der zwei Spulenhälften (110, 120; 210, 220) und zur Verhinderung von deren Relativbewegung aufweisen.
Spulenkonstruktion gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das feiliegende Kontaktende der elektrischen Anschlussabschnitte (144, 146) des einstückigen und integrierten Innenelement (140) eine allgemein flache Kontaktfläche zur Bereitstellung von elektrischen Anschlusskontaktflächen aufweist.
Spulenkonstruktion gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, worin das freiliegende Kontaktende der elektrischen Anschlussabschnitte (244, 246) des einstückigen und integrierten Innenelements (240) eine Steckbuchsenaufnahme (214, 216) zur Bereitstellung von elektrischen Anschlusssteckbuchsen aufweist.