AT510026B1

AT510026B1 - DEVICE FOR RELEASING PRE-LOADED RETENTION DEVICES IN SPACE VEHICLES

Info

Publication number: AT510026B1
Application number: AT0137010A
Authority: AT
Inventors: Christian Dr Neugebauer; Florian Dipl Ing Guenther
Original assignee: Ruag Space Gmbh
Priority date: 2010-08-16
Filing date: 2010-08-16
Publication date: 2012-01-15
Also published as: AT510026A4

Description

österreichisches Patentamt AT510 026B1 2012-01-15Austrian Patent Office AT510 026B1 2012-01-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Freigeben von vorgespannten Rückhalteelementen in Raumfahrzeugen.Description: The invention relates to a device for releasing prestressed restraint elements in spacecraft.

[0002] Die Erfindung betrifft weiters eine Vorrichtung zum Festhalten und kommandierten Freigeben eines freizugebenden Elements eines Raumfahrzeuges, umfassend einen wenigstens zwei Spulensegmente aufweisenden geteilten Spulenkörper, bei dem wenigstens ein Spulensegment von einer ersten Position in eine zweite Position verlagerbar ist, wobei die Spulensegmente in der ersten Position ein Ende des freizugebenden Elements in einer Halteposition halten und in der zweiten Position das Ende des freizugebenden Elements aus seiner Halteposition freigeben, ein Rückhalteelement zum Halten der Spulensegmente in der ersten Position und eine Freigabevorrichtung zum Freigeben des Rückhalteelements.The invention further relates to a device for holding and commanded releasing a releasable element of a spacecraft, comprising a at least two coil segments having split bobbin in which at least one coil segment from a first position to a second position is displaceable, wherein the coil segments in the hold first position one end of the element to be released in a holding position and release in the second position, the end of the element to be released from its holding position, a retaining element for holding the coil segments in the first position and a release device for releasing the retaining element.

[0003] Um in und an Raumfahrzeugen angebrachte freizugebende Elemente kommandiert freizugeben, sind häufig redundant arbeitende Konstruktionen erforderlich. Dabei ist zum Beispiel die Umwandlung eines elektrischen Signals in eine mechanische Komponente notwendig. Für diese Aufgabe wird unter anderem ein Abreißdraht verwendet. Die mechanische Festigkeit des Abreißdrahtes wird durch Erwärmen desselben mittels eines Stromsignals, welches durch den Abreißdraht fließt, kommandiert reduziert, bis dieser reißt. Um dabei die erforderliche Redundanz sicherzustellen, sollte das den Abreißdraht umfassende Freigabeelement sowohl eine mechanische als auch eine elektrische Redundanz aufweisen.To release commanded mounted in and on spacecraft released elements, redundant working constructions are often required. In this case, for example, the conversion of an electrical signal into a mechanical component is necessary. Among other things, a tear-off wire is used for this task. The mechanical strength of the tear-off wire is reduced by heating it by means of a current signal flowing through the tear-off wire until it ruptures. In order to ensure the required redundancy, the release element comprising the tear-off wire should have both mechanical and electrical redundancy.

[0004] Die freizugebenden Elemente müssen während des Startvorganges platzsparend untergebracht sein, um im begrenzten Raum einer Trägerrakete Platz zu finden und sie müssen erhebliche mechanische Lasten während dieses Startvorgangs ertragen. Aus diesem Grund werden solche Elemente im zusammengefalteten Zustand ans Raumfahrzeug angebracht und es wird ein steifer Lastpfad vorgesehen, der die erheblichen Inertialkräfte während des Raketenstarts überträgt. Die Öffnung dieser zusammengefalteten Elemente oder das Auftrennen des steifen Lastpfades wird durch eine Freigabevorrichtung bewirkt, die kommandiert ein Rückhalteelement freigibt, mit dem das im Raumfahrzeug angebrachte Element vorgespannt ist. Für diese Aufgabe haben sich unter anderem Elemente etabliert, welche das Prinzip des geteilten Spulenkörpers ("Split Spool" - Prinzip) ausnützen. Dabei halten die Spulensegmente des geteilten Spulenkörpers das freizugebende Element zurück. Die Spulenkörper werden wiederum von einem um sie herumgewickelten Rückhalteelement radial zurückgehalten, welches mit Hilfe der Freigabevorrichtung im vorgespannten Zustand gehalten und kommandiert freigegeben werden kann.The elements to be released must be accommodated in a space-saving manner during the starting process in order to find space in the limited space of a launcher and they must endure considerable mechanical loads during this starting process. For this reason, such elements are attached to the spacecraft in the folded state and a stiff load path is provided which transmits the significant inertial forces during rocket launch. The opening of these folded elements or the separation of the rigid load path is effected by a release device, which commands a release element releases, with which the spacecraft mounted element is biased. Among other things, elements that use the principle of the split bobbin (split spool principle) have been established for this task. The coil segments of the divided bobbin hold back the element to be released. The bobbins are in turn radially retained by a retaining element wound around them, which can be kept in the prestressed state with the aid of the release device and commanded released.

[0005] Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Konstruktionen bekannt geworden, mit denen die erforderliche Redundanz der Freigabevorrichtung sichergestellt werden kann. Beispielsweise ist eine Konstruktion vorgeschlagen worden mit einer Platte mit mittig angreifender Last. Das Rückhaltelement drückt dabei mittig gegen eine Platte, welche an ihrem Rand mit zwei Stiften, welche beide eine entgegen der Lastrichtung des freizugebenden Elementes orientierte Kraft aufbringen, gehalten wird. Wird einer oder beide äußeren Stifte freigegeben, so dreht sich die Platte und gibt das freizugebende Element frei.Various constructions have become known from the prior art, with which the required redundancy of the release device can be ensured. For example, a construction has been proposed with a center-loading plate. The retaining element presses in the middle against a plate, which is held at its edge with two pins, which both apply an opposite to the load direction of the element to be released oriented force. If one or both outer pins are released, the plate rotates and releases the element to be released.

[0006] Gegenstand der US 6,525,920 ist ein Hebel mit mittig angreifender Last. Das vorgespannte Rückhalteelement zieht mittig über ein Gelenk an einem Hebel, welcher an seinen äußeren Enden mit je einer in Umfangsrichtung umlaufenden Nut versehen ist. In diesen Nuten liegen Drähte, welche beide eine entgegen der Lastrichtung des vorgespannten Rückhalteelements orientierte Kraft aufbringen. Wird einer der beiden äußeren Drähte oder beide Drähte freigegeben, so dreht sich der Hebel und gibt das Rückhalteelement frei. Der Hebel verbleibt dabei am Rückhalteelement.The subject of US 6,525,920 is a lever with centrally acting load. The prestressed retaining element pulls centrally via a joint on a lever, which is provided at its outer ends, each with a circumferential groove in the circumferential direction. In these grooves are wires, which both apply a counter to the load direction of the prestressed retaining element oriented force. If one of the two outer wires or both wires is released, the lever rotates and releases the retaining element. The lever remains on the retaining element.

[0007] Die US 6,433,990 B1 beschreibt einen elektrisch redundanten Abreißdraht. Der Abreißdraht ist über einen Spulenkörper mit einem Rückhalteelement verbunden. Der Abreißdraht ist mithilfe einer einfachen elektrischen Schaltung, welche im Wesentlichen aus zwei Dioden besteht, an zwei unabhängige Stromkreise angeschlossen. Dadurch wird eine teilweise elektri- 1/18 österreichisches Patentamt AT510 026B1 2012-01-15 sehe Redundanz erreicht. Es ist keine mechanische Redundanz gegeben.US 6,433,990 B1 describes an electrically redundant tear-off wire. The tear-off wire is connected via a bobbin to a retaining element. The tear-off wire is connected to two independent circuits by means of a simple electrical circuit consisting essentially of two diodes. As a result, a partial electrical redundancy is achieved. There is no mechanical redundancy.

[0008] Eine andere Möglichkeit ist das beidseitiges Durchschmelzen von Fasern ("Thermal Knife"). Das Rückhalteelement liegt dabei auf einem ortsfesten Element. Um beide Elemente werden Kunststoff-Fasern gewickelt, welche mit zwei entgegengesetzt angeordneten beheizbaren Klingen durchgeschmolzen werden können. Ein Durchschmelzen der Fasern an einer oder beiden Seiten gibt das Rückhalteelement frei.Another possibility is the double-sided melting of fibers ("Thermal Knife"). The retaining element lies on a stationary element. To both elements plastic fibers are wound, which can be melted through with two oppositely arranged heatable blades. Melting of the fibers on one or both sides releases the retaining element.

[0009] Ein anderes Prinzip ist das Verdrehen einer Kulisse mit Drähten aus einer Formgedächtnislegierung (SMA - Shape Memory Alloy) (SENER NEHRA, ESA SP-480 Sep 2001). Hierbei sind zwei SMA Drähte an je einem ihrer Enden mit einer drehbar gelagerten, mit einer Torsionsfeder vorgespannten, drehzylindrischen Kulisse fest verbunden. Das jeweilige andere Ende der SMA Drähte ist mit einem ortsfesten Gehäuse verbunden. Bei Erwär-men eines oder beider SMA Drähte verändern diese ihre Länge,, wodurch die Kulisse verdreht wird, welche ein Rückhalteelement freigibt.Another principle is the twisting of a backdrop with shape memory alloy (SMA) wires (SENER NEHRA, ESA SP-480 Sep 2001). In this case, two SMA wires are firmly connected at one of their ends with a rotatably mounted, with a torsion spring biased, drehzylindrischen backdrop. The respective other end of the SMA wires is connected to a stationary housing. When one or both of the SMA wires are heated, they change their length, which rotates the gate that releases a retaining element.

[0010] Ausgehend von diesem Stand der Technik zielt die vorliegende Erfindung nun darauf ab, die Freigabevorrichtung sowohl mechanisch als auch elektrisch redundant auszubilden. Die mechanische Redundanz soll sicherstellen, dass das Versagen eines der beiden mechanischen Systeme die Gesamtfunktion nicht beeinträchtigt. Die elektrische Redundanz soll sicherstellen, dass das Versagen eines der beiden elektrischen Systeme die Gesamtfunktion nicht beeinträchtigt. Weiters zielt die Erfindung darauf ab, die Anzahl der bewegten Teile möglichst klein zu halten. Weiters soll keine gleitende Relativbewegung zwischen Teilen stattfinden, um Reibung, das Generieren von Partikeln und das Beschädigen von Oberflächen zu verhindern. Es sollen ausschließlich für die Raumfahrt zugelassene Materialien zum Einsatz gelangen. Außerdem ist eine geringe Masse erstrebenswert. Schließlich soll die Funktion soll sowohl in Luft als auch in Hoch-Vakuum sichergestellt sein.Based on this prior art, the present invention now aims to form the release device both mechanically and electrically redundant. The mechanical redundancy is to ensure that the failure of one of the two mechanical systems does not affect the overall function. The electrical redundancy is to ensure that the failure of one of the two electrical systems does not affect the overall function. Furthermore, the invention aims to keep the number of moving parts as small as possible. Furthermore, there should be no sliding relative movement between parts to prevent friction, generating particles and damaging surfaces. Only materials approved for space travel should be used. In addition, a small mass is desirable. Finally, the function should be ensured both in air and in high-vacuum.

[0011] Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß im Wesentlichen derart weitergebildet, dass die Freigabevorrichtung einen Hebel umfasst, an dessen einem Ende das Rückhalteelement angreift und das an einer ersten, von dem einen Ende beabstandeten Stelle von einem ersten, kommandiert freigebbaren Halteelement und an einer zweiten, sowohl von dem einen Ende als auch von der ersten Stelle beabstandeten Stelle von einem zweiten, kommandiert freigebbaren Halteelement derart gehalten ist, dass die Freigabe durch die erste Haltevorrichtung in eine erste Richtung und die Freigabe durch die zweite Haltevorrichtung in eine zweite, zur ersten Richtung entgegengesetzten Richtung erfolgt. Wird ein beliebiges der beiden Halteelemente oder beide Halteelemente freigegeben, so kann sich der Hebel frei drehen und das Rückhalteelement wird freigegeben, wobei bevorzugt die Haltevorrichtungen derart angeordnet sind, dass die Haltekraft des ersten Halteelements und die Haltekraft des zweiten Halteelements entgegengesetzt gerichtet sind. Wenn die Halteelemente elektrisch kommandiert freigegeben werden können, ist dabei sowohl eine elektrische als auch eine mechanische Redundanz gegeben. Da das Rückhalteelement an einem Ende des Hebels angreift und sich die freigebbaren Halteelemente davon beabstandet und bevorzugt am anderen Ende des Hebels befinden, wird die Flexibilität bei der konstruktiven Gestaltung des übergeordneten Mechanismus erhöht, und es wird die Einschränkung vermieden, dass das Rückhalteelement nach Freigabe noch mit dem Hebel verbunden sein muss. Um das Lösen des Rückhalteelements vom Hebel zu erleichtern ist bevorzugt vorgesehen, dass der Hebel eine Einkerbung aufweist, in welche ein hakenartiges Endstück des Rückhalteelements eingreift. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausbildung ist, dass die Anzahl der bewegten Teile minimal ist.To achieve this object, the device of the type mentioned is inventively substantially further developed such that the release device comprises a lever, at one end of which the retaining element engages and which at a first, spaced from the one end of a first location, commanded releasable holding member and at a second, spaced both from one end and from the first location point by a second, kommandiert releasable holding member is held such that the release by the first holding device in a first direction and the release by the second holding device in a second direction opposite to the first direction. If any of the two holding elements or both holding elements is released, then the lever can rotate freely and the retaining element is released, wherein preferably the holding devices are arranged such that the holding force of the first holding element and the holding force of the second holding element are directed in opposite directions. If the holding elements can be released electrically commanded, there is both an electrical and a mechanical redundancy given. Since the retainer engages one end of the lever and the releasable retaining members are spaced therefrom, and preferably located at the other end of the lever, flexibility in constructing the superordinate mechanism is increased and the restriction on retaining the retainer after release is avoided must be connected to the lever. To facilitate the release of the retaining element from the lever is preferably provided that the lever has a notch, in which engages a hook-like end portion of the retaining element. Another advantage of the invention is that the number of moving parts is minimal.

[0012] Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Haltekraft des ersten, dem einen Ende des Hebels näher angeordneten Halteelements der vom Rückhalteelement ausgehenden Last entgegengerichtet und die Haltekraft des zweiten, von dem einen Ende des Hebels weiter angeordneten Halteelements mit der Last gleichgerichtet.According to a preferred embodiment of the invention, the holding force of the first, the one end of the lever closer holding element of the outgoing from the retaining element load is directed counter and the holding force of the second, rectified by the one end of the lever further arranged holding element with the load.

[0013] Um das Drehen des Hebels bei einer Freigabe eines der beiden Halteelemente zu begünstigen ist die Erfindung derart weitergebildet, dass dem ersten Halteelement ein erstes 2/18 österreichisches Patentamt AT510 026 B1 2012-01-15In order to favor the rotation of the lever at a release of one of the two holding elements, the invention is further developed such that the first holding element a first Austrian Patent Office AT510 026 B1 2012-01-15

Widerlager und dem zweiten Halteelement ein zweites Widerlager zugeordnet ist, gegen welche der Hebel mit Hilfe des jeweiligen Haltelements gehalten ist, wobei das erste Widerlager und das zweite Widerlager an gegenüberliegenden Seiten des Hebels angeordnet sind. Dasjenige Widerlager, dessen zugeordnetes Halteelement nicht freigegeben hat, bildet dabei das Schwenklager für den Hebel, sodass eine definierte Hebelverschwenkung erfolgen kann.Abutment and the second support member is associated with a second abutment against which the lever is held by means of the respective holding element, wherein the first abutment and the second abutment are arranged on opposite sides of the lever. That abutment whose associated retaining element has not released forms the pivot bearing for the lever, so that a defined Hebelverschwenkung can be done.

[0014] Um ein elektrisches Signal in einfacher und bewährter Weise in eine mechanische Komponente umzuwandeln, ist bevorzugt vorgesehen, dass das erste und das zweite Halteelement je-weils einen Abreißdraht umfassen, der den Hebel umfasst und dessen Enden mit einer Spannungsquelle verbindbar sind. Der Umfassungswinkel beträgt mit Vorteil ungefähr 180°.In order to convert an electrical signal in a simple and proven manner into a mechanical component, it is preferably provided that the first and the second holding element each include a tear-off wire, which comprises the lever and the ends of which are connectable to a voltage source. The enclosure angle is advantageously about 180 °.

[0015] Wenn beim Freigabeversuch der Halteelemente lediglich eines der beiden Halteelemente freigegeben wird, muss darauf geachtet werden, dass keine gleitenden Relativbewegungen auftreten und das verbleibende Halteelement der Drehbewegung des Hebels keinen Widerstand entgegensetzt. Zu diesem Zweck sieht die Erfindung bevorzugt eine besondere Gestaltung der Kontaktgeometrie vor, bei der die Kontaktstelle des Widerlagers am Hebel, der Befestigungspunkt der Enden des Abreißdrahtes und der Kontaktstelle des Abreißdrahtes am Hebel in der nicht freigegebenen Lage der Halteelemente im Wesentlichen in einer Ebene liegen. Diese Konfiguration stellt sicher, dass der intakt gebliebene Abreißdraht bei einer Verschwenkung des Hebels ausgehend von der nicht freigegebenen Lage nur entspannt werden kann, sodass der Abreißdraht keine gleitende Relativbewegung zwischen bewegten Teilen auftreten, wodurch Reibung, welche die Drehbewegung des Hebels verhindern könnte, verhindert wird. Zusätzlich besteht keine Gefahr der Generierung von Partikeln und der Beschädigung von Oberflächen.If only one of the two holding elements is released during the release attempt of the holding elements, care must be taken that no sliding relative movements occur and the remaining holding element of the rotational movement of the lever opposes no resistance. For this purpose, the invention preferably provides a special design of the contact geometry, in which the contact point of the abutment on the lever, the attachment point of the ends of the Abreißdrahtes and the contact point of the Abreißdrahtes on the lever in the non-released position of the holding elements lie substantially in one plane. This configuration ensures that the intact tear-off wire can only be relaxed upon pivoting of the lever from the unreleased position so that the tear-off wire does not encounter sliding relative movement between moving parts, thereby preventing friction which could prevent the rotary movement of the lever , In addition, there is no danger of generating particles and damaging surfaces.

[0016] Insbesondere bei der Ausbildung der Halteelemente als Abreißdrähte muss auf eine ausreichende elektrische Isolierung geachtet werden. Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht hierbei vor, dass der Hebel aus einem elektrisch isolierenden keramischen Material, bevorzugt Zr02 besteht.In particular, in the formation of the retaining elements as tear-off wires must be paid to a sufficient electrical insulation. A preferred development of the invention provides here that the lever consists of an electrically insulating ceramic material, preferably ZrO 2.

[0017] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In dieser zeigen [0018] Fig. 1 [0019] Fig. 2 [0020] Fig. 3 [0021] Fig. 4 [0022] Fig. 5 [0023] Fig. 6 [0024] Fig. 7 [0025] Fig. 8 [0026] Fig. 9a/9b [0027] Fig. 10 [0028] Fig. 11 [0029] Fig. 12 eine perspektivische Darstellung einer Vorrichtung zum Festhalten und kommandierten Freigeben eines freizugebenden Elements eines Raumfahrzeuges, eine Querschnittsansicht des Spulenkörpers, eine perspektivische Darstellung des Endes des freizugebenden Elements, eine perspektivische Darstellung eines Spulensegments, einen Querschnitt entlang der Linie V-V der Fig. 2, einen Querschnitt entlang der Linie Vl-Vl der Fig. 2, eine Darstellung des Rückhaltebandes auf dem Spulenkörper in vorgespanntem Zustand, eine Darstellung des Rückhaltebandes in entspanntem Zustand, einen Vergleich zwischen einem Rückhalteband mit rechteckigem und mit rundem Querschnitt, eine perspektivische Darstellung der Freigabevorrichtung, eine Ansicht der Freigabevorrichtung von der Seite, einen Querschnitt der Freigabevorrichtung nach der Linie Xll-Xll der Fig. 11, 3/18 österreichisches Patentamt AT510 026B1 2012-01-15 [0030] Fig. 13a-13c eine Darstellung der zurückgehaltenen und zweier freigegebener Zustän de der Freigabevorrichtung, [0031] Fig. 14 eine perspektivische Darstellung der Klemmvorrichtung für den Abreiß draht, [0032] Fig. 15 eine Draufsicht der Klemmvorrichtung und [0033] Fig. 16 einen Querschnitt der Klemmvorrichtung nach der Linie XVI-XVI derThe invention will be explained in more detail with reference to an embodiment schematically illustrated in the drawing. In the drawings: Fig. 2 Fig. 3 Fig. 4 Fig. 4 Fig. 6 Fig. 7 Fig. 7 Fig. 9a / 9b Fig. 10 Fig. 11 Fig. 12 is a perspective view of a device for holding and commanded release of a spacecraft element to be released, a cross-sectional view of the bobbin, a perspective view Representation of the end of the element to be released, a perspective view of a coil segment, a cross section along the line VV of Fig. 2, a cross section along the line Vl-Vl of Fig. 2, a representation of the retaining band on the bobbin in a biased state, a representation of the restraining strap in a relaxed state, a comparison between a restraining strap with rectangular and with a round cross-section, a perspective view of the release device, a view of the release device from the side, a cross section of the Freigabevorri [0030] FIG. 13a-13c is an illustration of the retained and two released states of the release device, FIG. 14. [0030] FIG a perspective view of the clamping device for the tear-off wire, Fig. 15 is a plan view of the clamping device and Fig. 16 is a cross-section of the clamping device according to the line XVI-XVI

Fig. 15.Fig. 15.

[0034] In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 1 zum Festhalten und kommandierten Freigeben eines freizugebenden Elements eines Raumfahrzeuges dargestellt. Es ist ein geteilter Spulenkörper 2 vorgesehen, der auf einem Befestigungsflansch 3 angebracht ist und aus drei Spulensegmenten 4 besteht, die von einem vorgespannten Rückhalteband 5 in der in Fig. 1 dargestellten zusammengerückten Position gehalten werden. Wie dies aus der Querschnittsansicht gemäß Fig. 2 erkennbar ist, ist der geteilte Spulenkörper 2 hohl ausgebildet und hält in seinem Inneren das Ende 6 eines freizugebenden Elements 7 fest. Das Ende 6 des freizugebenden Elements 7 ist zu diesem Zweck als Halbkugel ausgebildet und weist dementsprechend eine sphärische Oberfläche auf (Fig.3). Das Ende 6 liegt mit seiner sphärischen Oberfläche in Ausnehmungen 8 auf, wobei in jedem Spulensegment 4 eine Ausnehmung 8 ausgebildet ist, wobei die Ausnehmungen 8 jeweils eine konkave, sphärische Gegenfläche aufweisen (Fig. 4). Das freizugebende Element 7 wird mit Hilfe einer nicht dargestellten Schraubenmutter in axialer Richtung gegen die Gegenflächen der Ausnehmungen 8 gespannt, sodass das freizugebende Element 7 durch den Spulenkörper 2 festgehalten wird, solange das vorgespannte Rückhalteband 5 die Spulensegmente 4 in der in Fig. 2 dargestellten Position zusammenhält. Wenn das gespannte Ende 9 des Rückhaltebandes 5 freigegeben wird und das elastische Rückhalteband 5 dadurch auf einen größeren Durchmesser zurückfedert, werden die Spulensegmente 4 auf Grund der vom freizugebenden Element 7 am Kontakt der sphärischen Fläche des Endes 6 mit den sphärischen Gegenflächen der Ausnehmungen 8 auf die Spulensegmente 4 übertragenen Kräfte in radialer Richtung auseinandergedrückt, wodurch das freizugebenden Element in Richtung des Pfeils 10 freigegeben wird.In Fig. 1, a device 1 for holding and commanded releasing a release element of a spacecraft is shown. There is provided a split bobbin 2 which is mounted on a mounting flange 3 and consists of three coil segments 4 which are held by a biased restraining band 5 in the contracted position shown in FIG. As can be seen from the cross-sectional view of FIG. 2, the split bobbin 2 is hollow and holds in its interior the end 6 of an element 7 to be released. The end 6 of the element 7 to be released is designed for this purpose as a hemisphere and accordingly has a spherical surface (FIG. 3). The end 6 lies with its spherical surface in recesses 8, wherein in each coil segment 4, a recess 8 is formed, wherein the recesses 8 each have a concave, spherical counter-surface (Fig. 4). The element 7 to be released is clamped in the axial direction against the mating surfaces of the recesses 8 with the aid of a nut, not shown, so that the element 7 to be released is held by the bobbin 2, as long as the prestressed retaining strip 5, the coil segments 4 in the position shown in Fig. 2 holds together. When the tensioned end 9 of the restraining strap 5 is released and the elastic restraining strap 5 springs back to a larger diameter, the spool segments 4, due to the element 7 to be released, contact the spherical surface of the end 6 with the spherical counter surfaces of the recesses 8 Spulensegmente 4 forces transmitted in the radial direction pressed apart, whereby the element to be released in the direction of the arrow 10 is released.

[0035] Wie dies insbesondere in der Schnittansicht gemäß Fig. 5 er-sichtlich ist, liegt das sphärisch ausgebildetes Ende 6 auf den Gegenflächen der Ausnehmungen 8 der drei Spulensegmente 4 unter Ausbildung einer Punktberührung auf, wobei der jeweilige Kontaktpunkt 12 in einer Ebene liegt, welche durch die Winkelhalbierenden der jeweiligen Spulensegmente 4 gegeben ist. Die sphärischen Gegenflächen der Ausnehmungen 8 sind dabei in Bezug auf die Achse 13 des Spulenkörpers 2 exzentrisch angeordnet, wobei der jeweilige Kugelmittelpunkt in einer Ebene liegt, welche durch die Winkelhalbierenden der Spulensegmente gegeben ist, und die Mittelpunkte im nicht freigegebenen Zustand des Spulenkörpers 2 nicht kongruent sind. Auch die zylindrischen Ausnehmungen 14 sind in Bezug; auf die Achse 13 des Spulenkörpers exzentrisch angeordnet (Fig. 6). Der Durchmesser der kugelförmigen Ausnehmung 8 und der zylindrischen Ausnehmungen 14 ist größer als jener der Kugel auf dem freizugebenden Element 7. Aufgrund der Exzentrizität und der verschiedenen Durchmesser ergibt sich eine Kontaktgeometrie, welche eine hohe Konformität - analog zu einem Kugellager - aufweist.As is apparent in particular in the sectional view according to FIG. 5, the spherically formed end 6 lies on the mating surfaces of the recesses 8 of the three coil segments 4, forming a point contact, the respective contact point 12 lying in one plane, which is given by the bisectors of the respective coil segments 4. The spherical mating surfaces of the recesses 8 are arranged eccentrically with respect to the axis 13 of the bobbin 2, wherein the respective ball center lies in a plane which is given by the bisectors of the coil segments, and the centers in the non-released state of the bobbin 2 not congruent are. The cylindrical recesses 14 are in relation; arranged eccentrically on the axis 13 of the bobbin (Fig. 6). The diameter of the spherical recess 8 and the cylindrical recesses 14 is greater than that of the ball on the element to be released 7. Due to the eccentricity and the different diameters results in a contact geometry, which has a high conformity - analogous to a ball bearing.

[0036] In den Fig. 7, 8 und 9a/9b ist der Spulenkörper mit dem schraubenlinienförmig verlaufenden Rückhalteband 5 dargestellt. Das Rückhalteband 5 weist einen rechteckigen Querschnitt (Fig. 9a) auf und hat im spannungsfreien Zustand (Fig. 8) einen größeren Durchmesser als der Außendurchmesser der Spulensegmente 4. Das Rückhalteband 5 wird schraubenförmig und nicht-überlappend um die Spulensegmente 4 gewickelt und ist am unteren Ende 15 mit den Spulensegmenten 4 trennbar verbunden und am oberen Ende 9 von einer Freigabevorrichtung 16 gehalten, welche es ermöglicht, das obere Ende 9 des Rückhaltebandes 5 kommandiert freizugeben. Aus einem Vergleich der Fig. 9a und 9b ergibt sich, dass bei einem Rechteckquerschnitt des Rückhaltebandes 5 im Vergleich zu einem kreisrunden Querschnitt ein wesentlich größerer Querschnitt zur Aufnahme der Zugkräfte zur Verfügung steht, während die von der Dicke des Bandes 5 bzw. dem Durchmesser des Runddrahtes abhängigen durch die aufge- 4/18 österreichisches Patentamt AT510 026 B1 2012-01-15 zwungene Verformung hervorgerufenen Biegespannungen im Wesentlichen gleich sind.In Figs. 7, 8 and 9a / 9b, the bobbin with the helical retaining band 5 is shown. The restraining band 5 has a rectangular cross-section (FIG. 9a) and in the tension-free state (FIG. 8) has a larger diameter than the outer diameter of the coil segments 4. The restraining band 5 is wound around the coil segments 4 in a helical and non-overlapping manner and is on lower end 15 is separably connected to the coil segments 4 and held at the upper end 9 of a release device 16, which allows the upper end 9 of the restraining band 5 commanded release. From a comparison of Figs. 9a and 9b shows that in a rectangular cross-section of the retaining strip 5 in comparison to a circular cross-section, a much larger cross section for receiving the tensile forces is available, while the thickness of the tape 5 and the diameter of the Round wire dependent bending stresses caused by the forced deformation are essentially the same.

[0037] In Fig. 9a ist ersichtlich, dass die einzelnen Windungen des Rückhaltebandes 5 einen geringen axialen Abstand voneinander haben, damit sichergestellt ist, dass sich die einzelnen Windungen beim Entspannungsvorgang des Rückhaltebandes 5 nicht gegenseitig behindern. Aber auch bei einer Ausführung, bei welcher sich die Windungen berühren, ist ein zufrieden stellendes Ergebnis zu erwarten.In Fig. 9a it can be seen that the individual turns of the retaining band 5 have a small axial distance from each other, so as to ensure that the individual turns do not interfere with each other during the relaxation process of the retaining band 5. But even in a design in which touch the windings, a satisfactory result is expected.

[0038] Die Fig. 10 bis 13 zeigen die Freigabevorrichtung 16 zum kommandierten Freigeben des Endes 9 des Rückhaltebandes 5. Das Ende 9 des Rückhaltebandes 5 ist mit einem Haken 17 verbunden, welcher an einem Ende des Hebels 18 angreift und dort in eine Kerbe 19 eingreift. Der Hebel 18 wird an seinem anderen Ende mit Hilfe eines ersten Halteelements 20 und eines zweiten Halteelements 21 zurückgehalten. Die Halteelemente 2 0 und 21 weisen jeweils einen Abreißdraht 22 auf, der den Hebel 18 umfasst, ohne dabei in Nuten oder ähnlichem zu liegen. Zum mechanischen Halten und elektrischen Kontaktieren der Enden der Abreißdrähte 22 weist das Halteelement 20 bzw. 21 jeweils einen Scheibenstoß 11 auf, der weiter unten näher beschreiben ist. Die Abreißdrähte 22 können kommandiert geöffnet werden, indem ein elektrischer Strom durch sie geleitet wird, wodurch sich der Abreißdraht 22 erwärmt und seine mechanische Festigkeit sinkt bis er reißt. Dem Abreißdraht 22 ist beim ersten Halteelement 20 ein erstes Widerlager 23 bzw. eine Nase und beim zweiten Halteelement 21 ein zweites Widerlager 24 bzw. eine Nase zugeordnet, die eine exzessive Bewegung des Hebels 18 während des Angriffs von Inertialkräften, wie sie beispielsweise beim Start einer Trägerrakete auftreten, verhindern. Die Nuten im Hebel 18, in welchen die Nasen 23 und 24 angreifen, sind derart gestaltet, dass eine Drehbewegung des Hebels 18 ohne gleitende Relativbewegung möglich ist (Wälzkontakt) und der noch intakte Abreißdraht 22 die Drehbewegung nicht behindert, da er bei einer Verdrehung des Hebels 18 nicht gespannt, sondern entspannt wird.10 to 13 show the release device 16 for commanded release of the end 9 of the retaining band 5. The end 9 of the retaining band 5 is connected to a hook 17 which engages at one end of the lever 18 and there in a notch 19th intervenes. The lever 18 is retained at its other end by means of a first holding element 20 and a second holding element 21. The holding elements 2 0 and 21 each have a tear-off wire 22 which includes the lever 18 without lying in grooves or the like. For mechanically holding and electrically contacting the ends of the tear-off wires 22, the holding element 20 or 21 each have a disk impact 11, which is described in more detail below. The tear-off wires 22 can be opened by command by passing an electric current through them, whereby the tear-off wire 22 heats up and its mechanical strength decreases until it breaks. The tear-off wire 22 in the first holding member 20, a first abutment 23 and a nose and the second holding member 21, a second abutment 24 and a nose associated with an excessive movement of the lever 18 during the attack of inertial forces, such as when starting a Launcher occur, prevent. The grooves in the lever 18, in which the lugs 23 and 24 engage, are designed such that a rotational movement of the lever 18 without sliding relative movement is possible (rolling contact) and the intact tear-off wire 22 does not hinder the rotational movement, since it at a rotation of the Levers 18 not tense, but relaxed.

[0039] Der Haken 17 zieht den Hebel in der Zeichnung (Fig. 10) nach links, während das erste Halteelement 20 auf den Hebel 18 eine nach rechts gerichtete und das zweite Halteelement 21 eine nach links gerichtete Kraft ausübt. Die Kraftverhältnisse sind ausgeprägt nichtsymmetrisch, sowohl dem Betrage der Einzelkräfte als auch deren Richtung nach. Bei einem Abreißen des Abreißdrahtes 22 des ersten Halteelements 20 erfolgt eine Freigabe des Hebels 18 in Richtung des Pfeils 39 und der Hebel 18 dreht um die Nase 24 (Fig. 13b). Bei einem Abreißen des Abreißdrahtes 22 des zweiten Halteelements 21 erfolgt eine Freigabe des Hebels 18 in Richtung des Pfeils 40 und der Hebel 18 dreht um die Nase 23 (Fig. 13c). Ausnehmungen 25 in den Halteelementen 20 und 21 ermöglichen einen größeren Drehwinkel des Hebels 18. Werden die Abreißdrähte 22 beider Halteelemente 20 und 21 geöffnet, so kann der Hebel 18 ebenfalls drehen. Ein nicht dargestelltes dünnes Band, welches den Hebei 18 lose, d.h. mit signifikantem Spiel und ohne jegliche Vorspannung, mit einem ortsfesten Teil verbindet, verhindert im Falle des Öffnens beider Abreißdrähte 22, dass der Hebel 18 exzessive Bewegungen im Raum ausführt.The hook 17 pulls the lever in the drawing (Fig. 10) to the left, while the first holding member 20 on the lever 18 a rightward and the second holding member 21 exerts a leftward force. The force relationships are markedly non-symmetrical, both in terms of the magnitude of the individual forces and their direction. When the tear-off wire 22 of the first holding element 20 is torn off, the lever 18 is released in the direction of the arrow 39 and the lever 18 rotates about the nose 24 (FIG. 13b). When the tear-off wire 22 of the second holding element 21 is torn off, the lever 18 is released in the direction of the arrow 40 and the lever 18 rotates about the nose 23 (FIG. 13c). Recesses 25 in the holding elements 20 and 21 allow a larger angle of rotation of the lever 18. If the tear-off wires 22 of both holding elements 20 and 21 are opened, then the lever 18 can also rotate. An unillustrated thin ribbon which loosens the hosiery 18, i. with significant clearance and without any bias, connecting to a fixed part, in case of opening both tear-off wires 22, the lever 18 prevents excessive movement in the space.

[0040] In der Detailansicht gemäß Fig. 15 ist am Beispiel des zweiten-Halteelements 21 ersichtlich, dass die Kontaktstelle 41 des Widerlagers 24 am Hebel 18, der Befestigungspunkt 42 der En-den des Abreißdrahtes 22 und die Kontaktstelle 43 des Abreiße drahtes 22 am Hebel 18 in der nicht freigegebenen Lage des Halteelements 21 im Wesentlichen in einer Ebene liegen. Dies führt dazu, dass der Abreißdraht bei einer Verschwenkung des Hebels 18 entspannt wird und somit keine Kräfte auf den Hebel 18 ausübt, die zu Undefinierten Gleitbewegungen führen würden.In the detailed view of FIG. 15 it can be seen on the example of the second holding element 21, that the contact point 41 of the abutment 24 on the lever 18, the attachment point 42 of the En-den the tear-off wire 22 and the contact point 43 of the tear wire 22 on Lever 18 in the non-released position of the holding member 21 are substantially in a plane. This results in that the tear-off wire is relaxed during pivoting of the lever 18 and thus exerts no forces on the lever 18, which would lead to undefined sliding movements.

[0041] In den Fig. 14 bis 16 ist das Halteelement 21 im Detail dargestellt. Das Halteelement dient dem mechanischen Klemmen und elektrischen Kontaktieren des Abreißdrahtes 22 und ist als Scheibenstoß 11 ausgebildet, der von der Schraube 2 6 zusammengespannt wird. Mit der Schraube 26 wird über eine Scheibe 27 jedes Ende des Abreißdrahtes 22 zwischen leitenden Scheiben 28 und 29 bzw. 30 und 31 geklemmt, wobei mehrere mitgeklemmte Scheiben 32, 33 und 34 und eine mitgeklemmte Hülse 38 aus nichtleitendem Material die elektrische Isolierung sicherstellen und eine zwischen den isolierenden Scheiben 33 und 34 geklemmte Scheibe 35 5/18In Figs. 14 to 16, the holding member 21 is shown in detail. The holding member is used for mechanical clamping and electrical contact of the tear-off wire 22 and is formed as a disc shock 11, which is clamped together by the screw 2 6. With the screw 26 is clamped via a disc 27 each end of the Abreißdrahtes 22 between conductive discs 28 and 29 and 30 and 31, wherein a plurality of clamped discs 32, 33 and 34 and a clamped sleeve 38 made of non-conductive material to ensure electrical insulation and a between the insulating discs 33 and 34 clamped disc 35 5/18

Claims

Austrian Patent Office AT510 026B1 2012-01-15 the nose 24 for the support of the lever 18 has. The tear-off wire 22 has a significantly higher mechanical strength than the conductive discs 28 and 29 or 30 and 31, whose edges are rounded. The one end of the tear-off wire 22 is clamped between the conductive disks 28 and 2 9, wherein the one conductive disk 28 is made to simultaneously have an interface 36 for electrical conduction. Since the conductive discs have a much lower mechanical strength than the tear-off wire 22, these deform under the axial clamping force, which is caused by the tightening of the screw 26. The other end of the tear-off wire 22 is clamped between the conductive disks 30 and 31, the conductive disk 30 being made to simultaneously have an interface 37 for electrical conduction. The non-conductive material discs 32, 33 and 34 insulate the electrically conductive discs from each other while the non-conductive material sleeve 38 electrically isolates the screw 26. The sleeve 38 has a rim 44 closing the disc impact. The disc 36 has a nose 24, which forms the abutment for the held with the tear-off wire 22 lever (Fig. 10). When an electric current is passed through the conductive discs 28 and 31 through the tear-off wire 22, it begins to heat up. This reduces its mechanical strength until it fails. After tripping, the tear-off wire 22 must be replaced in order to reuse the disc impact. By adjusting the thickness of all the clamped disks taking into account their respective linear thermal expansion coefficient, a mean linear expansion coefficient of the clamped parts corresponding to that of the screw 26 is achieved. As a result, relative expansions are avoided with temperature change. Device (16) for feeder of prestressed restraint elements (5) in spacecraft, characterized in that the release device (16) comprises a lever (18) at one end of which the retaining element (5) engages and which at a first, from the one end spaced location from a first commandingly releasable retaining element (20) and at a second location spaced from both the one end and the first location by a second, releasably releasable retaining element (21), in that the release by the first retaining element (20) takes place in a first direction (39) and the release by the second retaining element (21) in a second direction (40) opposite to the first direction (40).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the holding elements (20,21) are arranged such that the holding force of the first holding element (20) and the holding force of the second holding element (21) are directed opposite.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the holding force of the first, one end closer arranged holding element (20) of the restraining element (5) outgoing load and the holding force of the second, from the one end further arranged holding element ( 21) is rectified with the load.

4. Apparatus according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the first holding element (20) has a first abutment (23) and the second holding element (21) is associated with a second abutment (24) against which the lever (18) is held by means of the respective holding element (20,21), wherein the first abutment (23) and the second abutment (24) on opposite sides of the lever (18) are arranged.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the first and the second holding element (20,21) each comprise a tear-off wire (22) which comprises the lever (18) and whose ends can be connected to a voltage source.

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the Umfassungswinkel is approximately 180 °. 6/18 Austrian Patent Office AT510 026 B1 2012-01-15

7. Apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that the contact point (41) of the abutment (23) on the lever (18), the attachment point (42) of the ends of the Abreißdrahtes (22) and the contact point (43) of the Abreißdrahtes ( 22) on the lever (18) lie in the non-released position of the holding elements (20,21) substantially in one plane.

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the lever (18) has a notch (19), in which a hook-like end piece (17) of the retaining element (5) engages.

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the lever (18) consists of an electrically insulating ceramic material, preferably Zr02.

10. Device (1) for holding and commanded release of a release element (7) of a spacecraft, comprising a split coil former (2) comprising at least two coil segments (4), wherein at least one coil segment (4) from a first position to a second Position is displaced, wherein the coil segments (4) in the first position hold one end (6) of the element to be released (7) in a holding position and release in the second position, the end (6) of the element to be released (7) from its holding position, a retaining element (5) for holding the coil segments (4) in the first position and a release device (16) according to any one of claims 1 to 9 for releasing the retaining element (5). For this 10 sheets drawings 7/18