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Dokumentenidentifikation DE69828398T2 08.12.2005
EP-Veröffentlichungsnummer 0000991570
Titel Thermische Isolierungsdecken und spezieller thermischer Schutz für Raumfahrzeuge
Anmelder The Boeing Co., Seattle, Wash., US
Erfinder NEWQUIST, W., Charles, Issaquah, US
Vertreter Patent- und Rechtsanwälte Kraus & Weisert, 80539 München
DE-Aktenzeichen 69828398
Vertragsstaaten DE, FR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 01.06.1998
EP-Aktenzeichen 989261656
WO-Anmeldetag 01.06.1998
PCT-Aktenzeichen PCT/US98/11198
WO-Veröffentlichungsnummer 0099000302
WO-Veröffentlichungsdatum 07.01.1999
EP-Offenlegungsdatum 12.04.2000
EP date of grant 29.12.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.12.2005
IPC-Hauptklasse B64G 1/58
IPC-Nebenklasse F16L 59/12   F16L 59/02   

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung 1. Erfindungsgebiet

Diese Erfindung betrifft das Gebiet von thermischen Isolierungsdecken und spezieller einen thermischen Schutz für Raumfahrzeuge.

2. Hintergrundinformationen

Wiederverwendbare Weltraumträgerraketen wie das Space Shuttle benötigen eine thermische Isolierung, um das Fahrzeug während eines Wiedereintritts vor Hitze zu schützen. Derzeit werden flexible gesteppte Keramikdecken verwendet, um einen Abschnitt der Außenseite von solchen Fahrzeugen zum Wärmeschutz abzudecken. Die flexiblen Decken sind gewöhnlich in der Größenordnung von wenigen Fuß Länge. Sie sind aus einer Keramikfaserwatte gebildet, welche von einem Keramikgewebe-Abdeckungsmaterial umgeben ist, das mit einem Keramikfaden gesteppt ist, um eine Decke mit einer Dicke in der Größenordnung von einem oder zwei Zoll zu bilden. Diese sind typischerweise durch Silikongummi-Klebstoff an der Fahrzeugaußenseite angebracht. Durch einen Klebstoff an eine Struktur gebundene Decken widerstehen häufig nicht hohen akustischen Lasten, z. B. in der Größenordnung von 165 dB. Akustische Lasten dieser Größenordnung bewirken häufig, dass die Steppfäden reißen und sich die Watte trennt und aufbauscht. Dies reduziert die Leistungsfähigkeit der Isolierungsdecke auf unannehmbare Niveaus.

Die Decken müssen häufig zur Inspektion und Instandsetzung entfernt werden. Der Vorgang eines Installierens und Entfernens der Decken ist zeitaufwändig und teuer. Die Wartezeit zwischen zwei Einsätzen für wiederverwendbare Trägerraketen wird zunehmend entscheidend für ihren Erfolg sein, und die mit einem Entfernen und Ersetzen von mit Klebstoff angebrachten Isolierungsdecken einhergehende Zeit wird dabei ein Hindernis sein, Ziele für eine Wartezeit zwischen den Einsätzen für zukünftige wiederverwendbare Trägerraketen zu erreichen.

Was somit benötigt wird, ist ein Mittel zum schnellen Installieren und Entfernen von flexiblen Decken, welches ein sehr geringes Fachkönnen erfordert, um eine vollständige und sichere Anbringung mit minimalem Raum für menschliche Fehler und in einer Weise, welche es der Decke ermöglicht, den extremen akustischen Lasten zu widerstehen, welchen sie während des Starts ausgesetzt ist, zu gewährleisten.

Aus der australischen Gebrauchsmusteranmeldung AU 617 283 ist eine thermische Isolierungsdecke bekannt, welche eine Watteschicht, eine Bedeckung, welche die Watteschicht umgibt, und ein Metallnetz, welches die Bedeckung zum Schützen der Decke einschließt, umfasst.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung stellt eine Isolierungsdecke bereit, welche zur wiederentfernbaren Anbringung an einer Struktur, wie z. B. der Außenseite einer wiederverwendbaren Trägerrakete, geeignet ist. Bei einem Ausführungsbeispiel beinhaltet die Erfindung eine Watteschicht mit einem darin eingebetteten steifen Drahtgitter. Die eingebettete Drahtgitteranordnung kann bereitgestellt werden, indem das Drahtgitter zwischen zwei Watteschichten angeordnet wird. Eine Bedeckungsschicht wird über der Watte befestigt, und eine Vielzahl von Halterungen wird von dem Drahtgitter in einer Position gehalten, in welcher sie sich aus der Decke heraus erstrecken, um an einer Struktur angebracht zu werden. Die Struktur würde entsprechende Gegenhalterungen auf ihrer Außenseite aufweisen, mit welchen diejenigen, welche sich aus der Deckenbedeckung erstrecken, für eine sichere, wiederentfernbare Anbringung zusammengefügt würden.

Die Decke kann aus einer ersten und einer zweiten Watteschicht, mit dem Drahtgitter dazwischen positioniert, gebildet sein. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel würde die Bedeckung über den Watteschichten positioniert sein und die Decke würde gesteppt sein, um die Schichten und die Bedeckung nahe beieinander zu halten.

Bei einem für eine Trägerraketenverwendung geeigneten Ausführungsbeispiel würden die für die Watte, Bedeckung und den Steppfaden verwendeten Materialien geeignete Keramikfasermaterialien sein, welche in der Lage sind, einer Wiedereintrittserwärmung zu widerstehen. Das Drahtgitter kann aus Titan, Edelstahl oder einem anderen Material, welches in der Lage ist, Wiedereintrittstemperaturen zu widerstehen, hergestellt sein. Die Halterungen könnten beliebige aus einer Vielzahl von kommerziell verfügbaren Halterungen sein.

Kurzbeschreibung der Zeichnung(en)

1 ist eine teilweise aufgeschnittene Ansicht einer thermischen Isolierungsdecke gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welche die Oberseite der Decke zeigt.

2 ist eine teilweise aufgeschnittene schematische Ansicht des Ausführungsbeispiels von 1, welche die Unterseite der Decke zeigt.

3 ist ein Detail einer Halterung, welche mit dem Drahtgitter des Ausführungsbeispiels von 1 in Eingriff gebracht ist.

4 ist eine Draufsicht des Drahtgitters des Ausführungsbeispiels von 1, welche die Anordnung der Halterungen zeigt.

5 ist eine Querschnittsansicht einer Decke gemäß dem Ausführungsbeispiel von 1, welche an einer Struktur wie z. B. einer Trägerrakete angebracht ist.

Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels

Für Darstellungszwecke ist eine rechteckige Decke von ungefähr 0,6 m (zwei Fuß) mal 1,2 m (vier Fuß) und ungefähr 2,54 cm (1 Zoll) Dicke gezeigt, obwohl erfindungsgemäß Decken von beliebiger Größe oder Gestalt hergestellt werden können. Das dargestellte Ausführungsbeispiel ist besonders geeignet für eine Trägerraketenverwendung, obwohl erfindungsgemäß aufgebaute Decken mit einer geeigneten Materialsauswahl für jede Isolierungsanwendung hergestellt werden können. Zum Beispiel könnten erfindungsgemäße Decken bei Industrieanwendungen verwendet werden, wie z. B. denjenigen, welche auf Öfen oder Brennöfen beruhen, oder um das Innere eines kommerziellen Flugzeugs zu isolieren.

Bezug nehmend auf die Figuren ist eine Isolierungsdecke 10 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Verwendung als fortgeschrittene flexible wiederverwendbare Oberflächenisolierung (Advanced Flexible Reusable Surface Insulation, AFRSI) an einer wiederverwendbaren Trägerrakete geeignet. Zur Trägerraketenverwendung sind die verwendeten Materialien für einen hohen Wärmewiderstand und ein niedriges Gewicht ausgewählt. Die Decke 10 ist vorzugsweise aus einer Keramikwatte 12 niedriger Dichte aus einem Material wie z. B. Siliziumdioxid oder Aluminiumoxid hergestellt. Eine solche Watte ist kommerziell verfügbar, z. B. die unter dem Namen SAFFIL von ICI verkaufte Watte. Eine Bedeckung, welche aus einem gewebten keramischen Material hergestellt ist, wie z. B. dasjenige, das von der 3M Corporation unter dem Handelsnamen NEXTEL 312 oder NEXTEL 440 verkauft wird, wird um die Watte herum angeordnet. Die Decke 10 wird mit einem Keramikfaden 16, wie z. B. einem NEXTEL 440 Nähfaden (ebenfalls von der 3M Corporation verfügbar), gesteppt oder zusammengenäht. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein quadratisches Steppmuster verwendet.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein im Wesentlichen steifes Drahtgitter 18 innerhalb der Watte 12 eingebettet. Dies kann bewerkstelligt werden, indem das Drahtgitter 18 zwischen einer ersten und zweiten Watteschicht 20 bzw. 22 angeordnet wird. Vorzugsweise ist die Schicht 20 auf der Oberseite des Drahtgitters 18 dicker als die Schicht 22 unterhalb (auf der Seite, welche in der Nähe der Struktur sein wird, an welche die Decke zur Verwendung angebracht wird). Die untere Watteschicht 22 verhindert einen Reibungskontakt zwischen dem Drahtgitter 18 und der Bedeckung 14 und vermeidet unerwünschte Erwärmungseffekte und Abrieb, welche vorhanden sein würden, wenn das Drahtgitter in Kontakt mit der Struktur wäre oder davon nur durch die Bedeckung 14 getrennt wäre. Zur Trägerraketenverwendung sollte das Drahtgittermaterial eines sein, welches im Temperaturumfeld eines Raumfahrzeug-Wiedereintritts arbeiten kann, während es ein geringes Gewicht aufweist. Titan und Edelstahl sind zwei Beispiele von akzeptablen Materialien. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein grobmaschiges Drahtgitter mit Öffnungen von ungefähr 0,635 cm (0,25 Zoll) akzeptabel.

Das Drahtgitter 18 ist von einer solchen Größe und Gesamtausdehnung, dass es im Wesentlichen mit der Decke 10 flächengleich ist. Decken von unregelmäßiger Umfangsgestalt können unter Verwendung der vorliegenden Erfindung gestaltet werden.

Das Drahtgitter 18 trägt Halterungen 24, die in einer Position gehalten werden, in welcher sie sich aus der Unterseite der Decke 10 heraus erstrecken. Vorzugsweise ist das äußere Ende der Halterung 24 im Wesentlichen bündig mit der Oberfläche der Decke. Vorzugsweise werden die Halterungen in einer rechtwinkligen Anordnung angeordnet (siehe 4), mit einem Abstand, welcher für eine sichere Befestigung an der Struktur, an welcher die Decke installiert wird, geeignet ist. Die Halterungen können beliebige aus einer breiten Vielfalt von kommerziell verfügbaren Halterungen sein, obwohl herausgefunden wurde, dass eine Halterung, welche unter dem Handelsnamen RIVNUT von Rivnut Engineering Products verkauft wird, vorteilhaft ist, weil sie leicht in dem Drahtgitter 18 installiert werden kann, nachdem die Bedeckung 14 auf der Decke angeordnet worden ist, da sie durch das Bedeckungsgewebe eingesetzt werden kann. Entsprechende Gegenhalterungen 28 (siehe 5) auf der Struktur 30, an welcher die Decke befestigt wird, wie z. B. die Außenfläche 30 einer wiederverwendbaren Trägerrakete, sind dazu angeordnet, die sich aus der Decke 10 erstreckenden Halterungen 24 aufzunehmen.

Eine Decke und Struktur mit dem Anbringungssystem des bevorzugten Ausführungsbeispiels ermöglicht ein schnelles Installieren und Entfernen der Decke, wobei ein geringes oder kein spezialisiertes Fachkönnen gefordert wird.

Obwohl die Erfindung oben mit Bezug auf bestimmte spezifische Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist der Umfang der Erfindung nicht auf die offenbarten spezifischen Ausführungsbeispiele beschränkt. Andere Ausgestaltungen innerhalb des Umfangs der Erfindung werden für diejenigen mit Fachkenntnissen in dem Gebiet offensichtlich sein, nachdem sie die obigen Lehren vereinnahmt haben. Der Umfang der Erfindung ist daher durch Bezug auf die nachfolgenden Ansprüche definiert.


Anspruch[de]
  1. Thermische Isolierungsdecke, umfassend:

    – eine Watteschicht (12);

    – ein steifes Drahtgitter (18), welches innerhalb der Watteschicht eingebettet ist;

    – eine Bedeckungsschicht (14), welche über der Watteschicht befestigt ist; und

    – eine Vielzahl von Halterungen (24), welche durch das Drahtgitter in einer Position gehalten werden, in welcher sie sich aus der Decke heraus erstrecken.
  2. Thermische Isolierungsdecke (10) nach Anspruch 1, umfassend:

    – eine zweite Watteschicht (20), welche auf dem Drahtgitter liegt; und

    – Mittel (16) zum Befestigen der ersten und zweiten Watteschicht in unmittelbarer Nähe zu dem dazwischen befindlichen Drahtgitter.
  3. Decke nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Watteschichten jeweils eine Keramikwatte umfassen.
  4. Decke nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Bedeckungsschicht ein Keramik-Gewebematerial umfasst.
  5. Decke nach einem beliebigen der Ansprüche 1–4, wobei das Drahtgitter Titan umfasst.
  6. Decke nach einem beliebigen der Ansprüche 1–5, wobei das Drahtgitter Edelstahl umfasst.
  7. System umfassend eine thermische Isolierungsdecke (10), welche an einer Struktur (30) anbringbar ist, wobei die Decke umfasst:

    – eine erste Watteschicht (22);

    – ein steifes Drahtgitter (18), welches auf der ersten Watteschicht liegt;

    – eine zweite Watteschicht (20), welche auf dem Drahtgitter liegt;

    – eine Bedeckungsschicht (14), welche über den Watteschichten liegt;

    – Mittel (16) zum Befestigen der ersten und zweiten Watteschicht in unmittelbarer Nähe zu dem dazwischen befindlichen Drahtgitter; und

    – eine Vielzahl von Halterungen (24), welche durch das Drahtgitter in einer Position gehalten werden, in welcher sie sich aus der Decke heraus erstrecken; und darüber hinaus umfassend

    – eine Vielzahl von Gegenhalterungen (28), welche auf der Struktur angeordnet sind, so dass sie dazu positioniert sind, die sich aus der Decke erstreckenden Halterungen aufzunehmen.
  8. System nach Anspruch 7, wobei die Struktur eine Trägerrakete beinhaltet.
  9. System nach Anspruch 7 oder 8, wobei die erste und zweite Watteschicht jeweils eine Keramikwatte umfassen.
  10. System nach Anspruch 7, 8 oder 9, wobei die Bedeckungsschicht ein Keramik-Gewebematerial umfasst.
  11. System nach einem der Ansprüche 7–10, wobei das Drahtgitter Titan umfasst.
  12. System nach einem der Ansprüche 7–11, wobei das Drahtgitter Edelstahl umfasst.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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