DE19856446C2 - Niederhalte- und Auslösevorrichtung für entfaltbare Satellitenkomponenten - Google Patents
Niederhalte- und Auslösevorrichtung für entfaltbare SatellitenkomponentenInfo
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Abstract
Niederhalte- und Auslösevorrichtung (1) zum formschlüssigen Halten und Auslösen eines Niederhaltestiftes (6) für zu entfaltende Teile eines Satelliten, die ein Gehäuse (2), eine darin angeordnete Muffe (3) mit einer ersten konischen Anlagefläche (12) und einen in das Gehäuse (2) einschraubbaren Konus (9) mit einer zweiten konischen Anlagefläche (11), die mit der ersten konischen Anlagefläche (12) zusammenwirkt, aufweist, wobei die Muffe (3) aus zumindest zwei Muffenteilen (3a, 3b) gebildet ist, die mit einer Bandage (19) umwickelt und gegen das Gehäuse (2) vorgespannt sind, wobei am Gehäuse (2) zumindest ein Auslöseelement (30) angeordnet ist, die aufgrund einer Steuervorgabe aus ihrer Vorspannung freigegeben wird und in Richtung auf die Bandage (29) bewegt wird, um diese zu zerschneiden.
Description
Die Erfindung betrifft eine Niederhalte- und Auslösevorrichtung für entfaltbare
Satellitenkomponenten wie z. B. Solargeneratoren, Antennen, etc.
Niederhalte- und Auslösevorrichtung für entfaltbare Komponenten von Satelli
ten sind dafür vorgesehen, die Satellitenkomponenten in ihrer eingefahrenen
Stellung zu halten und diese im Weltraum aufgrund einer Steuervorgabe zur
Entfaltung freizugeben.
Bekannt sind derartige Niederhalte- und Auslösevorrichtungen mit einem vor
gespannten Zuganker oder einer teilbaren Haltemuffe, der oder die durch sei
ne Vorspannkraft das zu haltende Teil bis zum Entfaltungszeitpunkt mittels
eines in der Haltevorrichtung gehaltenen Befestigungs- bzw. Niederhaltestif
tes in Position hält. Für den Entfaltvorgang wird das Befestigungsteil z. B. mit
einer pyrotechnisch betätigten Schneide durchschnitten, bzw. die Haltevor
richtung wird pyrotechnisch freigegeben.
Ein Nachteil dieser Vorrichtungen ist, dass durch die pyrotechnische Betäti
gung Schockbelastungen auf die zu haltenden Komponenten und insbesonde
re auf deren Lagerungen wirken, die die zu haltenden Teile oder auch andere
Satellitenteile schädigen und deren Funktion oder Lebensdauer beeinträchti
gen können.
Aus EP 0 716 982 A1 sowie DE 196 49 739 C2 sind Niederhalte- und Auslö
sevorrichtungen bekannt, die ohne eine pyrotechnische Betätigung auskom
men, wobei eine teilbare Haltemuffe umwickelt ist und die Umwicklung zur
Freigabe eines Befestigungs- bzw. Niederhaltestiftes gelockert oder durch
trennt wird. Nachteilig an diesen Vorrichtungen ist jedoch, dass ein definier
tes Öffnen der Haltemuffe nicht gewährleistet ist. Ein solch definiertes Öffnen
ist jedoch gerade bei Anwendungen in Satelliten unbedingt erforderlich, da
sonst ein Verklemmen und somit Versagen der Niederhalte- und Auslösevor
richtung drohen kann.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Haltemuffe zur Freigabe
eines Befestigungsstiftes für entfaltbare Satellitenkomponenten zu schaffen,
bei der Schockkräfte vermieden werden und ein definiertes Öffnen der Hal
temuffe gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des An
spruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen
angegeben.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Figuren beschrie
ben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch die Niederhalte- und
Auslösevorrichtung,
Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch die Niederhalte- und Auslösevor
richtung entlang der Linie 2-2 in der Fig. 1,
Fig. 3 eine Seitenansicht der Niederhalte- und Auslösevorrichtung,
Fig. 4 eine Draufsicht auf die Niederhalte- und Auslösevorrichtung,
Fig. 5 eine Darstellung der Niederhalte- und Auslösevorrichtung von un
ten gesehen,
Fig. 6 eine Explosionszeichnung der Niederhalte- und Auslösevorrich
tung.
Die beschriebene Niederhalte- und Auslösevorrichtung 1 weist ein im
wesentlichen zylindrisch gebildetes Gehäuse 2 und eine ebenfalls im wesent
lichen rotationssymmetrisch gebildete, teilbare Haltemuffe oder Muffe 3 auf,
die in ihrem zusammengefügten Zustand das Endstück 4 eines Niederhalte
stiftes 5 aufnimmt. Die Haltemuffe 3 ist vorzugsweise als zwei- (oder
mehr-)geteilter rotationssymmetrischer Körper mit einer ersten Muffenhälfte
oder einem ersten Muffenteil 3a und einer zweiten Muffenhälfte oder einem
zweiten Muffenteil 3b gestaltet, wobei dabei die beiden Muffenteile 3a, 3b im
wesentlichen die gleiche Gestalt aufweisen. Das Gehäuse 2 liegt mit seinem
ersten Ende 2a an der Außenwand eines Satelliten (nicht dargestellt) an, wäh
rend dessen zweites Ende 2b dem zu haltenden Satellitenteil zugewandt ist.
Der Niederhaltestift 6 ist dabei vorzugsweise in ein konzentrisch zur Längs
achse 7 der Haltemuffe 3 angeordnetes Innengewinde oder Muttergewinde 8
der Haltemuffe 3 eingeschraubt. Alternativ dazu kann der Niederhaltestift 6
auch in anderer Weise formschlüssig mit der Haltemuffe 3 zusammenwirken.
In das Gehäuse 2 ist auf der den zu haltenden Satellitenkomponenten zuge
wandten Seite ein Gehäusekonus oder Konus 9 eingeschraubt. Der Konus 9
liegt im eingeschraubten Zustand mit einer konischen Anlagefläche 11 an
einer entsprechenden konischen Anlagefläche 12 der Muffe 3 an. Die in
Richtung zu den zu haltenden Satellitenkomponenten (nicht dargestellt) gele
gene Stirnseite des Konus 9 weist vorzugsweise einen Flansch 15 mit einer
Auflagefläche 16 für das zu befestigende Satellitenteil auf. Das Gehäuse 2
weist in dessen Umfangsrichtung verteilte, in axialer Richtung verlaufende
Bohrungen 18 auf, durch die jeweils eine Schraube 19 ragt. Die Schrauben 19
sind in eine Außenwand des Satelliten oder eine entsprechende Befesti
gungsvorrichtung desselben (nicht gezeigt) eingechraubt, um die Niederhal
te- und Auslösevorrichtung 1 daran zu befestigen.
Das Gehäuse 2 weist satellitenwandseitig an seinem Innendurchmesser eine
Zentrierung auf, die eine Gehäusebrücke 20 aufnimmt. Die Gehäusebrücke
20 zentriert durch einen Zentrierstift 20a das Gehäuse zu einer Bohrung in
der Satellitenwand (nicht dargestellt).
Die Haltemuffe 3 ist ein radial unter vorzugsweise 180° zweigeteilter rotati
onssymmetrischer Körper mit zylindrischer Außenfläche, der konischen An
lagefläche 12 und dem zentrischen Muttergewinde 8. Die Haltemuffe 3 kann
jedoch auch aus mehr als zwei Teilen gestaltet sein. Im verriegelten Zustand
wird die Haltemuffe 3 in Umfangsrichtung von einer Bandage 29 zusammen
gehalten. Die Bandage 29 ist vorgespannt, so daß die Muffenteile 3a, 3b auch
unter den radialen Kräften, die der Niederhaltestift 6 aufgrund einer Zugbe
anspruchung beim Halten der Solargeneratoren auf die beiden Muffenhälften
3a, 3b ausübt, spaltfrei aneinander liegen. Die Vorspannung bleibt in der
Bandage 29 dauerhaft erhalten, da die Einzelwindungen der Bandage 29 an
zwei Stellen des Bandagenumfangs miteinander verklebt sind.
Zwei Fixierstifte 20b, 20c, die im Brückenteil des Gehäuses 2 sitzen, greifen
in Bohrungen der Haltemuffe 3 ein. Sie positionieren die Haltemuffe 3 im
Gehäuse 2 und wirken als Verdrehsicherung der Haltemuffe 3 beim Ein
schrauben des Niederhalterstiftes 6. Die Bohrungen liegen in der Trennebene
der Muffenhälften 3a, 3b der Haltemuffe 3 und behindern dadurch nicht die
Trennung der Niederhalte- und Auslösevorrichtung 1. Im verriegelten Zu
stand stellt die Haltemuffe 3 somit einen starren Körper dar, über den sich der
Niederhaltestift 6 über die konische Anlagefläche 12 der Haltemuffe 3 am
Gehäusekonus 11 abstützt.
Die Muffenhälften 3a, 3b werden im Gehäuse 2 mittels radial in diese senk
recht zur Teilungsebene der Haltemuffe 3 eingeschraubten Schrauben 21, 23
mit Rückzugsfedern 22 in axialer Richtung gehalten und senkrecht zur Tei
lungsebene in Richtung auf ein Auseinanderziehen der Muffenhälften 3a, 3b
vorgespannt. Dadurch wird in der Bandage der Haltemuffe 3 eine Zugspan
nung erzeugt, die unabhängig von der Vorspannung in der Bandage 29 wirkt.
Die Rückzugsfedern 22 sind dabei vorzugsweise zwischen dem Schrauben
kopf 23 und der Bodenfläche eines in entsprechende Bohrungen im Gehäuse
2 eingeführten Einsatzes 24 angeordnet und als Schraubenfedern ausgebildet.
Vorzugsweise sind zwei Schrauben 21, 23 je Muffenteil vorgesehen, die mit
tig in das jeweilige Muffenteil 3a, 3b eingeschraubt sind.
Die Niederhalte- und Auslösevorrichtung 1 weist zumindest ein Auslöseele
ment 30 auf, das die Bandage 29 aufgrund einer Steuervorgabe durchtrennt.
Vorzugsweise sind zwei oder mehrere Auslöseelemente 30 vorgesehen von
denen jede an der Teilungslinie am Umfang der Haltemuffe 3 auf die Banda
ge 29 einwirkt, um diese zu durchtrennen.
Dabei weist jedes Auslöseelement 30 eine mittels Verbindungselementen 32
am Gehäuse 2 befestigte Andruckfeder 39, ein Führungselement 36 und ein
Wärmemesser 37 mit einer Schneide 37a auf. Die Schneide 37a ist mittels zumin
dest einer am Gehäuse 2 durch Befestigungselemente 32 befestigten Blattfe
der 39 vorgespannt.
Die Bandage 29 ist vorzugsweise aus einer Aramidfaser gebildet. Die Durch
trennung derselben erfolgt durch starke lokale Erwärmung unter Zugspan
nung, die in der Bandage 29 vorliegt. Die nicht schmelzbare und flammfeste
Aramidfaser degradiert jenseits von ca. 500°C in ihren Festigkeitseigen
schaften so stark, daß sie unter Wirkung ihrer inneren Vorspannung sowie
durch die auf die Muffenhälften 3a, 3b aufgebrachte Federvorspannung an
der erwärmten Stelle reißt.
Die lokale Erwärmung der Bandage 29 erfolgt durch ein vollkeramisches
Heizelement 37, das die Bandage 29 erwärmt. Das Heizelement 37 hat die
Form einer kleinen Platte und wird zur konzentrierten Wärmeübertragung mit
einer Schmalseite oder Schneide 37a gegen die Bandage 29 gedrückt. Das
Heizelement 37 besteht aus einem elektrischen Widerstandsleiter aus dotier
ter Keramik, der mit elektrisch isolierter Keramik zu einem Teil gesintert ist.
Hochleitende keramische Kontakte sind an die Oberfläche der Heizelemente
37 geführt und mit Zuleitungen verbunden. Das Heizelement 37 ist in einem
thermisch isolierenden Halter 36 befestigt, durch den auch die elektrische
Zuleitungen geführt sind. Der Halter 36 ist in einer Öffnung des Gehäuses 2
radial zur Haltemuffe 3 verschiebbar geführt. Eine vorgespannte Feder 39
drückt das Heizelement 37 radial auf die Bandage 29.
Zur Entriegelung und Freigabe des Niederhaltestiftes 6 wird die Haltemuffe 3
aufgrund einer Steuervorgabe mittels der Auslöseelemente 30 durchgetrennt.
Die radial vorgespannten Schrauben 23 mit den Rückzugfedern 22 ziehen die
Muffenhälften 3a, 3b in Richtung des Gehäuses 2 vom Niederhaltestift 6
weg. Der Formschluß des Innengewindes 8 mit dem entsprechenden Gewinde
des Niederhaltestifts 6 wird gelöst und der Niederhaltestift 6 kann für die
Entfaltung des zu haltenden Satellitenteils durch die Bohrungen des Gehäu
sekonus 9 ausfädeln. Da die Bandage 29 nicht mit den Muffenhälften 3a, 3b
verklebt ist, ist die durchtrennte Bandage 29 auf der Mantelfläche der Halte
muffe 3 frei beweglich. Die durchtrennte Bandage 29 kann dadurch die
Trennbewegung der Muffenhälften 3a, 3b nicht behindern.
Claims (9)
1. Niederhalte- und Auslösevorrichtung (1) zum formschlüssigen Halten und Auslösen
eines Niederhaltestiftes (6) für zu entfaltende Teile eines Satelliten, die eine Muffe (3)
zum formschlüssigen Halten des Niederhaltestifts (6) aufweist, welche aus zumindest
zwei Muffenteilen (3a, 3b) gebildet ist, die mit einer Bandage (29) umwickelt sind,
wobei an der Niederhalte- und Auslösevorrichtung (1) zumindest ein Auslöseelement
(30) mit einer vorgespannten Schneide (37a) angeordnet ist, die aufgrund einer
Steuervorgabe aus ihrer Vorspannung freigegeben wird und in Richtung auf die
Teilungslinie der Muffenteile (3a, 3b) bewegt wird, um die Bandage (29) zu
zerschneiden,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Muffe (3) in einem Gehäuse (2) angeordnet ist und die Muffenteile (3a, 3b)
gegen das Gehäuse (2) vorgespannt sind.
2. Niederhalte- und Auslösevorrichtung (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bandage (29) aus mehreren Einzelwindungen einer Faser gebildet ist, wobei
die Einzelwindungen der Bandage (29) an zwei Stellen des Bandagenumfanges
miteinander verklebt sind.
3. Niederhalte- und Auslösevorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Muffe (3) eine erste konische Anlagefläche (12) aufweist und in dem
Gehäuse (2) ein einschraubbarer Konus (9) mit einer zweiten konischen Anlagefläche
(11) angeordnet ist, wobei die zweite konische Anlagefläche (11) mit der ersten
konischen Anlagefläche (12) zusammenwirkt.
4. Niederhalte- und Auslösevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1-3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Auslöseelement (30) eine mittels Verbindungselementen (32) am Gehäuse (2)
befestigte Andruckfeder (39), ein Führungselement (36), eine Schneide (37a) und ein
Heizelement (37) zur Erwärmung der Schneide (37a) aufweist, wobei die Schneide
(37a) mittels zumindest einer am Gehäuse (2) durch Befestigungselemente (32)
befestigten Blattfeder (39) vorgespannt ist.
5. Niederhalte- und Auslösevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1-4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schneide (37a) ein Wärmemesser mit einem Heizelement (37) zur Erwärmung
der Bandage (29) beim Lösen derselben ist, wobei das Wärmemesser zur
konzentrierten Wärmeübertragung mit der Schmalseite gegen die Bandage (29)
gedrückt wird, um die Bandage (29) zu lösen.
6. Niederhalte- und Auslösevorrichtung (1) nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Heizelement (37) ein vollkeramisches Heizelement (37) ist und die Form einer
kleinen Platte hat, deren Schmalseite (37a) schneidenförmig zugespitzt ist.
7. Niederhalte- und Auslösevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4-6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Heizelement (37) einen elektrischen Widerstandsleiter aus dotierter Kermaik
umfaßt, der mit elektrisch isolierter Keramik zu einem Teil gesintert ist, wobei
hochleitende keramische Kontakte an die Oberfläche der Heizelemente (37) geführt
und mit Zuleitungen verbunden sind.
8. Niederhalte- und Auslösevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4-7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Heizelement (37) in einem thermisch isolierenden Halter (36) befestigt ist,
durch den auch die elektrische Zuleitungen geführt sind, wobei der Halter (36) in einer
Öffnung des Gehäuses (2) radial zur Haltemuffe (3) verschiebbar geführt ist und eine
vorgespannte Feder (39) das Heizelement (37) radial auf die Bandage (29) drückt.
9. Niederhalte- und Auslösevorrichtung (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bandage (29) aus einer Aramdidfaser gebildet ist.
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