DE19934157A1 - Befestigungsvorrichtung für einen kryogenen Satellitentank - Google Patents
Befestigungsvorrichtung für einen kryogenen SatellitentankInfo
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Abstract
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Befestigungsvorrichtung für einen kryogenen Satallitentank zu schaffen, die bei verringerter Wärmeleitfähigkeit eine ausreichende Steifigkeit und Festigkeit für die Aufnahme von Beschleunigungskräften aufweist. DOLLAR A Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Stützelement-Anschlußteil-Verbindungen jeweils mindestens ein SMA-Element (3) aufweisen, das in seinem austenitischen Zustand jeweils ein Stützelement (1) und ein Anschlußteil (2) kraftschlüssig miteinander verbindet und das bei einer Abkühlung im Weltall und der dabei erfolgten Einstellung des martensitischen Zustands durch eine Längung oder Aufweitung diese kraftschlüssige Verbindung lockert bzw. teilweise löst und infolge einer dadurch bedingten verringerten Flächenpressung und verringerten Kontaktfläche den Wärmefluß zwischen Stützelement (1) und Anschlußelement (2) verringert. DOLLAR A Die Erfindung findet Anwendung in einer Befestigungsvorrichtung für einen kryogenen Satellitentank mit mindestens einer Stützelement-Anschlußteil-Verbindung.
Description
Die Erfindung betrifft eine Befestigungsvorrichtung für einen kryogenen
Satellitentank gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Lebensdauer eines mit einem kryogenen Tank ausgerüsteten Satelliten
wird stark durch den Wärmefluß zum kryogenen Tank bestimmt, der über
die Befestigungsvorrichtung des Tanks vom wärmeren Satelliten ausgehend
hin zum Tank erfolgt. Dieser Wärmefluß führt zu einem Druckanstieg im
Tank, der durch ein partielles Ablassen des Tankinhalts kompensiert werden
muß.
Durch den Wärmefluß über die Befestigungsvorrichtung werden für eine
aktive oder passive Kühlung die erreichbaren Kühltemperaturen begrenzt
und es wird durch den Wärmefluß der Kühlmittelverbrauch erhöht.
Die beim Satellitenstart auftretenden hohen mechanischen Lasten stehen
im Widerspruch zu einer ausreichenden Verringerung von Materialquer
schnitten in der Befestigungsvorrichtung, so daß ein optimiertes Design
der Befestigungsvorrichtung hinsichtlich von Materialquerschnitten -
auch bei gleichzeitiger Berücksichtigung von Materialien mit geringer
Wärmeleitfähigkeit - den Wärmefluß über die Befestigungsvorrichtung
nicht auf ein ausreichendes Maß verringern kann.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Befestigungsvorrichtung für einen
kryogenen Satellitentank zu schaffen, die bei verringerter Wärmeleitfähigkeit
eine ausreichende Steifigkeit und Festigkeit für die Aufnahme von Beschleuni
gungskräften aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentan
spruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran
sprüchen angegeben.
Die Wärmeleitfähigkeit zwischen zwei aneinandergedrückten Körpern
wird maßgeblich durch ihre Flächenpressung und Kontaktfläche zueinander
bestimmt. Diese Erfahrung wird in den von der Erfindung vorgeschlagenen
Lösungen berücksichtigt. In der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrich
tung werden vorteilhaft Formgedächtniselemente - sogenannte SMA-Ele
mente - verwendet, die sich nach erfolgtem Raketenstart in der kalten
Weltraumumgebung durch Phasenumwandlung selbsttätig deutlich aus
dehnen und dadurch an entsprechenden Verbindungsstellen der Befesti
gungsvorrichtung die Flächenpressung verringern und teilweise den Kontakt
lösen. Dadurch wird der Wärmefluß über diese Verbindungsstellen verringert
oder vollständig unterbunden. Die gleichzeitig dadurch herabgesetzte Steifig
keit der Befestigungsvorrichtung kann bei einer geeigneten Ausbildung der
Verbindungsstellen noch ausreichend für den Weltraumeinsatz sein, oder die
Befestigungsvorrichtung weist neben den von SMA-Elementen gesteuerten
Verbindungsstellen zusätzliche durchgehend starre Befestigungsmittel auf,
die für eine ausreichende Steifigkeit und Beibehaltung der Tankausrrichtung
- dem sogenannten Alignment - sorgen.
Das entscheidende Merkmal bei SMA-Elementen ist eine thermoelastische
Umwandlung von der Hochtemperaturkonfiguration Austenit in die Nieder
temperaturkonfiguration Martensit. Beim Abkühlung eines solchen Elements
beginnt unterhalb einer Grenztemperatur TMs die Ausbildung von martensi
tischen Phasen, die mit dem weiteren Abkühlen bei einer Temperatur TMf
mit dem erreichten vollständigen martensitischen Zustand abgeschlossen ist.
Bei Erwärmung aus dem martensitischen Zustand bilden sich ab einer
Temperatur TAs austenitische Phasen. Diese Umwandlung in den Austenit
ist bei weiterer Erwärmung mit Erreichen einer Temperatur TAf vollständig
abgeschlossen.
Durch ein thermomechanisches Training der SMA-Elemente wird erreicht,
daß eine zyklische Längenänderung sowohl beim Aufheizen als auch beim
Abkühlen ohne anliegende Last eintritt - der sogenannte Zweiwegeffekt.
Dieses Training ist notwendig, um eine zusätzliche Längenänderung über das
mechanische Gleichgewicht hinaus zu erreichen, die für das erfndungsgemäße
Ausdehnen der Verbindungsstellen der Befestigungsvorrichtung nötig ist. Die
gesamte erreichbare Längenänderung der SMA-Elemente nach Durchführung
des thermomechanischen Trainings beträgt etwa 1,5% bis etwa 4%.
Die SMA-Elemente bestehen vorzugsweise aus einer Legierung auf der
Basis von NiTi; aber auch SMA-Legierungen auf einer davon abweichenden
Basis, die den erfindungsgemäß erforderlichen Umwandlungstemperaturen und
Längenänderungen genügen, können Verwendung finden. Bei den Legierungen
auf NiTi-Basis werden beispielsweise quaternäre Legierungen wie NiTiCuFe
oder NiTiCuCr eingesetzt.
Die Zusammensetzung dieser Legierung wird so eingesellt, daß die Umwand
lungstemperatur für den Abschluß der Austenit-Bildung TAf < 0 grad C
beträgt, so daß sich die SMA-Elemente der Befestigungsvorrichtung für die
Umgebungstemperaturen während der Startphase, in der die größten Beschleu
nigungskräfte auf die Befestigungsvorrichtung einwirken, mit Sicherheit voll
ständig im austenitischen Zustand befinden. Die Abschlußtemperatur für die
Martensit-Bildung TMf ist auf einen Wert eingestellt, der oberhalb der sich an
der Befestigungsvorrichtung einstellenden, von der jeweiligen Satellitenmission
abhängigen Weltraumtemperatur liegt; typischerweise zwischen 2 K und 220 K.
Im austenitischen Zustand hat das erfindungsgemäße SMA-Material mit einer
Zugfestigkeit von 700 MPa bis 980 MPa und einem E-Modul von 83 GPa bis
100 GPa gute mechanische Eigenschaften, so daß es die beim Raketenstart in
der Befestigungsvorrichtung auftretenden Kräfte bei geeigneter Dimensio
nierung leicht aufnehmen und übertragen kann. Im martensitischen Zustand ist
das Material relativ weich.
Anhand der Zeichnung werden nachstehend Ausführungsbeispiele für die
Verbindung von Stützelementen mit Anschlußteilen in einer erfindungsge
mäßen Befestigungsvorrichtung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Stützelement-Anschlußteil-Verbindung mit einer
SMA-Schraube und Druckfedern,
Fig. 2 zeigt eine Stützelement-Anschlußteil-Verbindung mit einer
SMA-Schraube und zusätzlichen SMA-Elementen,
Fig. 3 zeigt eine Stützelement-Anschlußteil-Verbindung mit geteiltem
Stützelement und einer Stehbolzenverbindung mit SMA-Ele
menten,
Fig. 4 zeigt eine Stützelement-Anschlußteil-Verbindung mit geteiltem
Stützelement, das von einer SMA-Klemmhülse zusammenge
halten ist und
Fig. 5 zeigt eine Stützelement-Anschlußteil-Verbindung mit geteiltem
Stützelement, das eine SMA-Schraubverbindung aufweist.
Die in Fig. 1 gezeigte Stützelement-Anschlußteil-Verbindung für eine erfin
dungsgemäße Befestigungsvorrichtung besteht aus einem Stützelement 1,
einem Anschlußeil 2, einem SMA-Element 3, Druckfedern 4 und einer Unter
legscheibe 5.
Bei einer Abkühlung im Orbit längt sich das als Schraube ausgebildete
SMA-Element 3 und die in dem Anschlußteil 2 eingesetzten Druckfedern 4
trennen die Unterlegscheibe 5 vom Anschlußteil 2 und das Anschlußteil 2 vom
verbindungsseitigen Ende des Stützelementes 1. Ein Wärmefluß über diese
Stützelement-Anschlußteil-Verbindung ist nach dem eingetretenen Längen des
SMA-Elementes 3 dadurch verringert, daß er aufgrund der fehlenden
Flächenpressungen des direkten Kontakts zwischen dem Ende des Stütz
elementes 1 und dem Anschlußteil 2 sowie zwischen dem Anschlußteil 2 und
der Unterlegscheibe 5 nur noch über die Druckfedern 4 und über ein seitliches
Anliegen der Schraube in dem Bohrloch erfolgen. Durch das Längen der
Schraube und die Wirkung der Federn tritt eine relative Verlagerung des
Stützelementes 1 bzw. des Anschlußteils 2 ein und es können dann über die
Stützelement-Anschlußteil-Verbindung nur noch mit Hilfe der Druckfedern 4
minimale Kräfte übertragen werden.
Das Stützelement 1 kann beispielsweise als Strebe - oder als ein abgeschlos
senes Rohr - mit einem Gewindeloch für die Schraube ausgebildet sein.
Das Anschlußteil 2 kann beispielsweise ein satellitenseitiger Flansch der
Befestigungsvorrichtung sein. Die Unterlegscheibe 5 ist so ausgebildet; daß
auf sie schraubenkopfseitig in dem Anschlußteil 2 eingesetzte Druckfedern 4
einwirken können. Die Druckfedern 4 sind als Spiralfedern ausgebildet und
in beiden gegenüberliegenden Oberflächen des Anschlußteiles 2 eingesetzt.
Andere geeignete Druckfedern können alternativ Verwendung finden.
Die voranstehend beschriebene Stützelement-Anschlußteilverbindung hat die
nachstehend aufgelisteten Vorteile: es kann ein einfach herzustellendes
SMA-Element Verwendung finden, sie ist auf Stützelemente mit geringem
Querschnitt anwendbar, sie ermöglicht eine einfache Montage und sie kann im
wärmeren, austenitischen Zustand hohe Kräfte übertragen kann.
Die in Fig. 2 gezeigte Stützelement-Anschlußteil-Verbindung besteht aus einem
Stützelement 1, einem Anschlußteil 2, einem SMA-Element 3, zusätzlichen
SMA-Elementen 6, einer Verbindungshülse 7 und einem Einsatzteil 8.
Das als Schraube ausgebildete SMA-Element 3 verbindet über eine Durch
gangsbohrung das Einsatzteil 8 mit dem Anschlußteil 2. Das Einsatzteil 8
wiederum ist mittels den zusätzlichen SMA-Elementen 6 mit der Verbindungs
hülse 7 fest verbunden. Die zusätzlichen SMA-Elementen 6 sind beispiels
weise als Stege ausgebildet und jeweils an der Verbindungshülse 7 und dem
Einsatzteil 8 mittels Schrauben oder Nieten fixiert. Das Stützelement 1 ist
formschlüssig in der Verbindungshülse 7 aufgenommen und darin z. B. mittels
einer Klebung oder durch Aufschrumpfen fixiert.
Im wärmeren, austenitischen Zustand ist das Stützelement 1 und das Anschluß
teil 2 in der vorangehend beschriebenen Verbindung fest verbunden. Bei einer
Abkühlung längt sich sowohl das als Schraube ausgebildete SMA-Element 3
als auch die als Stege ausgebildeten zusätzlichen SMA-Elemente 6. Dadurch
wird sowohl der Schraubenkopf von dem Einsatzteil 8 als auch das Einsatzteil
8 von dem Anschlußteil 2 getrennt. Der in der Verbindung dann verbleibende
Wärmefluß kann nur über die Auflagestellen der Schraube in der Durchgangs
bohrung des Einsatzteiles 8 erfolgen.
Mit dieser Verbindung lassen sich im abgekühlten Zustand keine Kräfte über
tragen, d. h. zur Aufrechterhaltung einer Fixierung des kryogenen Satelliten
tanks im Weltall muß die Befestigungsvorrichtung zusätzliche andere Stützele
ment-Anschlußteil-Verbindungen aufweisen, die auch bei Abkühlung eine
Fixierung und Kraftübertragung erlauben.
In der voranstehend zu Fig. 2 beschriebenen Stützelement-Anschlußteilverbin
dung können vorteilhaft einfach herzustellende SMA-Elemente Verwendung
finden, es sind die üblichen Stützelemente der bekannten Befestigungsvorrich
tungen verwendbar und im wärmeren, austenitischen Zustand können hohe
Kräfte übertragen werden.
In Fig. 3 ist eine Stützelement-Anschlußteil-Verbindung gezeigt, in der die
Verbindung zwischen dem Stützelement und dem Anschlußteil dadurch erfolgt,
daß die thermisch steuerbare Verbindungsstelle vollständig in dem Stützele
ment 1 liegt und daß sie eine Stehbolzenverbindung aufweist. Das Anschlußteil
2 ist mit einem der Stützelementabschnitte auf konventionelle Art fest verbun
den. In Fig. 3 ist das Anschlußteil 2 und die Darstellung der Anbindung des
Anschlußteiles an den Stützelementabschnitt aus Gründen der zeichnerischen
Vereinfachung nicht berücksichtigt.
Die Stehbolzenverbindung der Stützelement-Anschlußteil-Verbindung besteht
aus den beiden Stützelementabschnitten 9 und 10 eines als Rohr ausgebildeten
und an der Verbindungsstelle unterbrochenen Stützelementes 1, einem Über
brückungselement 11, mehreren Stehbolzen 12, einer Stehbolzenhülse 15,
einem Klemmring 13, einer Klemmhülse 16, einem SMA-Ring 14 und
SMA-Elementen 3.
Auf einem der Stützelementabschnitte 9 oder 10 ist die Stehbolzenhülse 15
und auf dem anderen die Klemmhülse 16 fixiert; z. B. mittels Kleben oder
Aufschrumpfen. Die Klemmhülse 16 nimmt mittels einer konischen Nut-Feder-
Verbindung den Klemmring 13 so auf, daß er im geklemmten Zustand in axialer
Richtung auf dem Stützelementabschnitt fixiert ist. Die Klemmung des Klemm
ringes 13 erfolgt mittels den als Schrauben ausgebildeten SMA-Elementen 3,
die den in einzelne Abschnitte unterteilten Klemmring zusammenziehen. Der
Klemmring 13 weist Bohrungen auf, durch welche in axialer Richtung die
Stehbolzen 12 mit ihrem einen Gewindeende hindurchragen. Das andere Ende
der Stehbolzen 12 ist jeweils in einer Bohrung der Stehbolzenhülse 15 fixiert.
Auf das jeweils aus dem Klemmring 13 herausragende Gewindeende der Steh
bolzen 12 ist eine Mutter aufgeschraubt, womit die Stehbolzenverbindung
festgezogen ist.
Die beiden Stützelementabschnitte 9 und 10 sind zusätzlich zu der Stehbolzen
verbindung mit einem Überbrückungselement 11 zueinander fixiert. Das Über
brückungselement 11 ist dadurch gekennzeichnet, daß es eine geringere Wär
meleitfähigkeit als die Stehbolzenverbindung aufweist, aber auch nur geringere
Kräfte als diese übertragen kann. Die drei Elemente des Klemmringes 13 sind
mit dem SMA-Ring 14 über Befestigungsschrauben verbunden.
Beim Abkühlen im Weltall erfolgt eine Längung der als Schrauben ausgebilde
ten SMA-Elemente 3 und eine Aufweitung des SMA-Ringes 14. Dadurch löst
sich die konische Nut-Feder-Verbindung zwischen dem Klemmring 13 und der
Klemmhülse 16 gleichförmig und vollständig, wodurch der über die Stehbolzen
verbindung erfolgende Wärmefluß zwischen den Stützelementabschnitten 9 und
10 stark beeinträchtigt ist.
Ein Vorteil dieser Verbindung liegt darin, daß sie im wärmeren, austenitischen
Zustand hohe Kräfte übertragen kann.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind beispielsweise drei Stehbolzen gleich
mäßig über den Umfang der Stehbolzenverbindung verteilt; alternative
Anzahlen von Stehbolzen - ab einem Stehbolzen - sind für die erfindungsge
mäße Lösung möglich.
Die in Fig. 4 gezeigte Stützelement-Anschlußteil-Verbindung hat ebenfalls eine
thermisch steuerbare Verbindungsstelle, die vollständig in dem Stützelement 1
liegt. Das Anschlußteil 2 ist mit einem der Stützelementabschnitte auf konven
tionelle Art fest verbunden.
Die thermisch steuerbare Verbindung der Stützelement-Anschlußteil-Verbin
dung besteht aus den beiden Stützelementabschnitten 9 und 10 eines als Rohr
ausgebildeten, an der Verbindungsstelle unterbrochenen Stützelementes 1,
einem Überbrückungselement 11, einem als Klemmhülse ausgebildeten
SMA-Element 3 und zwei Ringnuthülsen 17 und 18.
Auf die zu verbindenden Enden der Stützelementabschnitte 9 und 10 sind die
Ringnuthülsen 17 und 18 jeweils durch Kleben, Aufschrumpfen oder andere
geeignete Mittel fixiert. Auf einer der Ringnuthülsen 17 oder 18 ist das als
Klemmhülse ausgebildete SMA-Element 3 so mittels Schrauben so fixiert, daß
es das Ende des betreffenden Stützelementabschnitts 9 oder 10 überragt. Das
SMA-Element 3 weist auf seiner Hülseninnenfläche zwei axial zueinander axial
beabstandete, ringförmige Vorsprünge 19 auf, die bei zusammengesetzten
Stützelementabschnitten 9 und 10 in entsprechend angeordnete Nuten auf den
fixierten Ringnuthülsen 17 und 18 ragen und so auf jedem Stützelementab
schnitt eine Nut-Feder-Verbindung bilden. Damit die Vorsprünge 19 in die
Nuten eingreifen können, muß beim Zusammensetzen der Verbindung das
SMA-Element 3 durch Abkühlung vorrübergehend gedehnt werden.
Die beiden Stützelementabschnitte 9 und 10 sind außerdem mit einem Über
brückungselement 11 zueinander fixiert. Das Überbrückungselement 11 ist
dadurch gekennzeichnet, daß es eine geringere Wärmeleitfähigkeit als die
Klemmhülse aufweist, aber auch nur geringere Kräfte als diese übertragen
kann.
Beim Abkühlen im Weltall erfolgt eine Aufweitung des als Klemmhülse ausge
bildeten SMA-Elementes 3. Dadurch löst sich die Verbindung zwischen dem
SMA-Element 3 und den Ringnut-Hülsen 17 und 18, wodurch der über die
Klemmhülse erfolgende Wärmefluß zwischen den Stützelementabschnitten 9
und 10 stark beeinträchtigt ist.
In Fig. 5 ist eine Stützelement-Anschlußteil-Verbindung gezeigt, deren ther
misch steuerbare Verbindungsstelle, wie bei den beiden vorangehend beschrie
benen Beispielen, vollständig in dem Stützelement 1 liegt. Das Anschlußteil 2
ist mit einem der Stützelementabschnitte auf konventionelle Art fest verbunden,
was hier aus Gründen einer zeichnerischen Vereinfachung nicht dargestellt ist.
Die thermisch steuerbare Verbindung der Stützelement-Anschlußteil-Verbin
dung besteht aus den beiden Stützelementabschnitten 9 und 10 eines als Rohr
ausgebildeten und an der Verbindungsstelle unterbrochenen Stützelementes 1,
einem Überbrückungselement 11, zwei Verbindungshülsen 20 und zwei als
Schraube ausgebildeten SMA-Elementen 3. Alternativ dazu können auch mehr
als zwei SMA-Elemente 3 verwendet werden.
Auf den zu verbindenden Enden der Stützelementabschnitte 9 und 10 sind die
Verbindungshülsen 20 jeweils durch Kleben, Aufschrumpfen oder andere ge
eignete Mittel fixiert. Die Verbindungshülsen 20 sind zum freien Ende der
Stützelementabschnitte hin flanschartig aufgewölbt und in den aufgewölbten
Rändern mit zueinander axial fluchtenden Bohrungen versehen, durch welche
die als Schrauben ausgebildeten SMA-Elemente 3 geführt und mit Muttern ver
sehen sind. Die Stützelementabschnitte 9 und 10 werden durch ein Festziehen
dieser Schraubverbindungen fixiert und gegen die Elastizität des Materials
vorgespannt. Die Fixierung der Verbindungshülsen 20 auf den Stützelement
abschnitten 9 und 10 erfolgt so, daß sie ohne die festgezogenen SMA-Ele
mente 3 keinen Kontakt mit ihren flanschartig aufgewölbten Rändern zuein
ander haben. Anstelle der endseitigen Aufwölbung können die Verbindungs
hülsen auch einen angesetzten Flansch aufweisen.
Beim Abkühlen im Weltall erfolgt eine Längung der als Schrauben ausgebil
deten SMA-Elemente 3. Dadurch löst sich aufgrund der Elastizität der
vorgespannten Aufwölbungen bzw. der Flansche der Kontakt zwischen den
aufgewölbten Enden der Verbindungshülsen 20, wodurch der Wärmefluß
zwischen den Stützelementabschnitten 9 und 10 stark beeinträchtigt ist.
In der voranstehend zu Fig. 5 beschriebenen Stützelement-Anschlußteilverbin
dung können einfach herzustellende SMA-Elemente Verwendung finden, sie
ist auf Stützelemente mit geringem Querschnitt anwendbar und es ist eine ein
fache Montage möglich.
Allen voranstehend zu Fig. 3, Fig. 4 und Fig. 5 beschriebenen Beispielen ist
gemeinsam, daß sie zur Aufrechterhaltung einer Fixierung eines kryogenen
Satellitentanks im Weltall ohne der Verwendung von zusätzlichen, durch
gehend starren Befestigungsmitteln allein ausreichend sind. Die starr fixierten
Überbrückungselemente 11 der Verbindungen liefern nach dem Abkühlen und
damit eintretenden Lockern der thermisch steuerbaren Verbindungskompo
nenten noch genügend Formstabilität.
Das Überbrückungselement 11 kann andere Ausgestaltungen als das voran
gehend gezeigte, dünnwandige Rohr aufweisen; z. B. könnte es sich dabei
um dünne, stegartige Kohle- oder Glasfaserbauteile handeln oder es könnten
in axialer Richtung kreuzartig zueinander eingeklebte Platten die Stützelementabschnitte verbinden.
Wie vorangehend schon angesprochen, sind die SMA-Elemente der beschrie
benen Beispiele aus einer NiTiCuFe-Legierung gefertigt und die chemische
Zusammensetzung dieser Legierung ist so gewählt, daß bei Umgebungs
temperaturen bis hinab zu 0 grad C vollständiges Austenit vorliegt die Um
wandlung von Austenit in Martensit oberhalb der zu erwartenden Weltraum
temperatur - typischerweise in dem Bereich von etwa 2 K bis etwa 220 K -
abgeschlossen ist.
Die SMA-Elemente sind zur Einstellung eines Zweiwegeffektes, wie eingangs
beschrieben, vor ihrer Verwendung einem thermomechanischen Training unter
zogen.
Claims (8)
1. Befestigungsvorrichtung für einen kryogenen Satellitentank mit mindestens
einer Stützelement-Anschlußteil-Verbindung, dadurch gekennzeichnet, daß
die Stützelement-Anschlußteil-Verbindungen jeweils mindestens ein SMA-Ele
ment (3) aufweisen, das in seinem austenitischen Zustand jeweils ein Stützele
ment (1) und ein Anschlußteil (2) kraftschlüssig miteinander verbindet und das
bei einer Abkühlung im Weltall und der dabei erfolgten Einstellung des marten
sitischen Zustandes durch eine Längung oder Aufweitung diese kraftschlüssige
Verbindung lockert bzw. teilweise löst und infolge einer dadurch bedingten
verringerten Flächenpressung und verringerten Kontaktfläche den Wärmefluß
zwischen Stützelement (1) und Anschlußelement (2) verringert.
2. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
SMA-Element (3) eine Schraube ist, mit der das Anschlußteil (2) auf das Ende
des Stützelementes (1) geschraubt ist, daß in dem Anschlußteil (2) vorgespannte
Druckfedern (4) aufgenommen sind, die beim kältebedingten Längen des SMA-
Elementes (3) das Stützelement (1) und das Anschlußteil (2) voneinander tren
nen.
3. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
SMA-Element (3) eine Schraube ist, mit der das Anschlußteil (2) an einem
Einsatzteil (8) befestigt ist, daß das Einsatzteil (8) mindestens mittels einem
zusätzlichen SMA-Element (6) so an einer Verbindungshülse (7) befestigt
ist, daß beim Abkühlen das zusätzliche SMA-Element (6) das Einsatzteil (8)
von dem Anschlußteil(2) trennt und daß die Verbindungshülse (7) wiederum
auf dem Ende des Stützelementes (1) starr befestigt ist.
4. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Stützelement (1) ein in zwei Stützelementabschnitte (9 und 10) unter
brochenes Rohr ist, daß mit einem der Stützelementabschnitte (9 oder 10)
das Anschlußteil (2) starr verbunden ist, daß die beiden Stützelementab
schnitte (9 und 10) mit einem mit geringen Querschnitt ausgebildeten,
schlecht wärmeleitenden Überbrückungselement (11) zueinander starr fixiert
sind und daß eine von mindestens einem SMA-Element (3) thermisch gesteu
erte Verbindung zwischen den Stützelementabschnitten (9 und 10) besteht,
die im wärmeren Zustand größere Kräfte als das Überbrückungselement (11)
übertragen kann.
5. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die thermisch gesteuerte Verbindung zwischen den Stützelementab
schnitten (9 und 10) als axial wirkende Stehbolzenverbindung ausgebildet
ist, die aus einer auf einem ersten Stützelementabschnitt (9 oder 10) befestig
ten Stehbolzenhülse (15) zur starren Aufnahme von mindestens einem Steh
bolzen (12), aus einer auf dem zweiten Stützelementabschnitt (9 oder 10)
befestigten Klemmhülse (16) zur Aufnahme eines Klemmringes (13) mit
einer konischen Nut-Feder-Verbindung und mit Durchgangsbohrungen zur
Aufnahme und Schraubbefestigung der freien Enden der Stehbolzen (12),
aus als Schrauben ausgebildeten SMA-Elementen (3) zum Zusammenziehen
des Klemmringes (13) und aus einem SMA-Ring (14) besteht, mit dem beim
Abkühlen infolge eintretender Aufweitung des SMA-Ringes (14) und Län
gung der SMA-Elemente (3) die konische Nut-Feder-Verbindung zwischen
dem Klemmring (13) und der Klemmhülse (16) getrennt wird.
6. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die thermisch gesteuerte Verbindung zwischen den Stützelementab
schnitten (9 und 10) als Klemmhülsenverbindung ausgebildet ist, die aus
einer auf einem ersten Stützelementabschnitt (9 oder 10) befestigten ersten
Ringnuthülse (17 oder 18), aus einer auf dem zweiten Stützelementabschnitt
(9 oder 10) befestigten zweiten Ringnuthülse (17 oder 18) und aus einem
als Klemmhülse ausgebildeten SMA-Element (3) besteht, das auf einer der
Ringnuthülsen (17 oder 18) fixiert ist, im zusammengesetzten Zustand der
Stützelementabschnitte (9 und 10) mittels je einem Vorsprung (19) in die
Ringnuten der Ringnuthülsen (17 und 18) greift und das beim Abkühlen
infolge Aufweitung die Vorsprünge (19) von den Ringnuthülsen trennt.
7. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die thermisch gesteuerte Verbindung zwischen den Stützelementab
schnitten (9 und 10) als axial wirkende Schraubverbindung ausgebildet ist,
die aus je einer auf den Stützelementabschnitten (9 und 10) befestigten
Verbindungshülse (20) mit flanschartig zueinander aufgewölbten End
flächen mit Bohrungen zur axialen Aufnahme der als Schrauben ausge
bildeten SMA-Elemente (3) besteht und daß bei einer Abkühlung infolge
einer Längung der Schrauben die Schraubverbindung gelockert und die
vorgespannten Endflächen der Verbindungshülsen (20) voneinander
getrennt werden.
8. Befestigungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche
1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die SMA-Elemente (3), die zusätz
lichen SMA-Elemente (6) und der SMA-Ring (14) aus einer NiTiCuFe-
Legierung bestehen, zur Einstellung eines Zweiwegeffektes thermomecha
nisch trainiert sind, bei einer Erwärmung ihre vollständige Umwandlung
in das Austenit unterhalb von 0 grad C und bei einer Abkühlung ihre voll
ständige Umwandlung in das Martensit oberhalb der zu erwartenden
Einsatztemperaturen im Weltall abgeschlossen haben.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005059418A1 (de) * | 2005-12-13 | 2007-06-14 | Bayerische Motoren Werke Ag | Einrichtung zur Steuerung eines Wärmeflusses |
Families Citing this family (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6508437B1 (en) * | 2002-01-15 | 2003-01-21 | Honeywell International Inc. | Launch lock for spacecraft payloads |
US8082846B2 (en) | 2002-08-12 | 2011-12-27 | Qinetiq Limited | Temperature responsive safety devices for munitions |
GB2391899A (en) * | 2002-08-12 | 2004-02-18 | Qinetiq Ltd | Shape memory alloy connector and an overwound munition casing |
US6920966B2 (en) * | 2003-03-24 | 2005-07-26 | Honeywell International Inc. | Remotely releasable support strut |
US20050244245A1 (en) * | 2004-04-30 | 2005-11-03 | Anatoly Efremov | Method and devices to limit a creep of mechanical fasteners |
US20060097113A1 (en) * | 2004-10-18 | 2006-05-11 | Aai Corporation | Payload ejection system |
DE102005059091A1 (de) * | 2005-12-10 | 2007-06-14 | Bayerische Motoren Werke Ag | Schraube sowie Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile mittels einer solchen Schraube |
US8720722B2 (en) * | 2005-12-15 | 2014-05-13 | Cornerstone Research Group, Inc. | Venting mechanism for containers |
GB0714440D0 (en) | 2007-07-25 | 2007-10-17 | Qinetiq Ltd | Rupturing device |
JP5581197B2 (ja) * | 2010-12-27 | 2014-08-27 | 川崎重工業株式会社 | 結合分離機構およびこれを備える宇宙航行体 |
CN102390545B (zh) * | 2011-08-18 | 2013-12-25 | 哈尔滨工业大学 | 一种方便宇航员在轨组装操作的组装式桁架连接件 |
RU2506488C1 (ru) * | 2013-01-09 | 2014-02-10 | Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения | Неразъемное соединение |
CN103759765B (zh) * | 2014-01-02 | 2015-07-29 | 北京空间飞行器总体设计部 | 一种气瓶支撑紧固装置设计参数和安装参数的获取方法 |
US9719536B2 (en) | 2014-07-03 | 2017-08-01 | The Boeing Company | Assemblies including shape memory alloy fittings and composite structural members |
RU2626280C1 (ru) * | 2016-09-08 | 2017-07-25 | Акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения" | Неразъёмное соединение |
CN107939552B (zh) * | 2017-12-02 | 2019-11-15 | 北京工业大学 | 一种可重复使用的智能液体推进剂贮箱装置 |
CN112389684B (zh) * | 2020-11-03 | 2022-07-05 | 四川航天川南火工技术有限公司 | 一种形状记忆合金驱动的连接解锁结构 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4323510C2 (de) * | 1993-07-14 | 1995-05-11 | Eurocopter Deutschland | Zug- und/oder Druckstrebe |
DE4331460C1 (de) * | 1993-09-16 | 1995-05-24 | Eurocopter Deutschland | Zug- und/oder Druckstrebe |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5935419B2 (ja) * | 1981-03-25 | 1984-08-28 | 住友特殊金属株式会社 | 形状記憶合金 |
LU84677A1 (fr) * | 1983-03-07 | 1984-11-14 | Leuven Res & Dev Vzw | Vanne thermosensible |
WO1991009246A1 (en) * | 1989-12-18 | 1991-06-27 | Raychem Corporation | Forming a mechanical connection between objects |
JPH0469491A (ja) * | 1990-07-09 | 1992-03-04 | Toshiba Corp | 配管のき裂進展抑止方法 |
US5160233A (en) * | 1992-05-13 | 1992-11-03 | The United State Of America As Representd By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Fastening apparatus having shape memory alloy actuator |
JPH0657131A (ja) | 1992-08-14 | 1994-03-01 | Mitsubishi Petrochem Co Ltd | 熱可塑性樹脂組成物 |
DE4227189A1 (de) * | 1992-08-17 | 1994-02-24 | Linde Ag | Halterung für Speicherbehälter |
US5248233A (en) * | 1992-09-25 | 1993-09-28 | Webster Richard G | No-shock separation mechanism |
US5535815A (en) * | 1995-05-24 | 1996-07-16 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Package-interface thermal switch |
US6126115A (en) * | 1997-01-21 | 2000-10-03 | Lockheed Martin Corporation | Apparatus for retaining and releasing a payload |
FR2766456B1 (fr) * | 1997-07-25 | 1999-10-22 | Europ Propulsion | Systeme propulsif monolithique compact a monergol pour petit satellite |
US6126371A (en) * | 1999-04-05 | 2000-10-03 | Lockheed Martin Corporation | Shape memory metal alloy preload attenuation device |
-
1999
- 1999-07-21 DE DE19934157A patent/DE19934157B4/de not_active Expired - Fee Related
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4323510C2 (de) * | 1993-07-14 | 1995-05-11 | Eurocopter Deutschland | Zug- und/oder Druckstrebe |
DE4331460C1 (de) * | 1993-09-16 | 1995-05-24 | Eurocopter Deutschland | Zug- und/oder Druckstrebe |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005059418A1 (de) * | 2005-12-13 | 2007-06-14 | Bayerische Motoren Werke Ag | Einrichtung zur Steuerung eines Wärmeflusses |
EP1798624A2 (de) * | 2005-12-13 | 2007-06-20 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Einrichtung zur Steuerung eines Wärmeflusses |
EP1798624A3 (de) * | 2005-12-13 | 2012-05-16 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Einrichtung zur Steuerung eines Wärmeflusses |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB2352768B (en) | 2003-07-16 |
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