DE19934157B4

DE19934157B4 - Befestigungsvorrichtung für einen kryogenen Satellitentank

Info

Publication number: DE19934157B4
Application number: DE19934157A
Authority: DE
Inventors: Axel Runge; Christian Schlosser; Heinz Voggenreiter; Joachim Schupp; Andreas Schuster
Original assignee: EADS Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1999-07-21
Filing date: 1999-07-21
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2019-07-22
Also published as: DE19934157A1; GB2352768B; FR2796616B1; ITMI20001654A0; US6499700B1; FR2796616A1; IT1318208B1; GB0017640D0; GB2352768A; ITMI20001654A1

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 Materialquerschnitten 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.

Aus EP 0 584 697 B1 ist beispielsweise eine Vorrichtung zur Halterung eines Speicherbehälters mittels Zugspannung innerhalb eines Objektes offenbart, die insbesondere in der Raumfahrttechnik Anwendung findet. Die Vorrichtung gewährleistet, dass eine stabile Verbindung zwischen einem Speicherbehälter und einem Objekt während der Startphase und bei vergleichsweise geringen mechanischen Belastungen eine nur gering wärmeleitende Halterung zwischen dem Speicherbehälter und dem Objekt besteht. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass Formteile aus einer Formgedächtnislegierung (Shape-Memory-Metall) verwendet werden. Nachteilig ist jedoch der komplexe Aufbau, der mehrere miteinander wechselwirkende Komponenten erfordert.

Ferner beschreibt DE 43 23 510 C2 eine Zug- und/oder Druckstrebe geringer Wärmeleitfähigkeit für vorübergehend hohe mechanische Belastungen. Dabei wird eine Strebengestaltung bestehend aus mehreren, seriell wirkenden Komponenten verwendet, wobei u.a. auch sogenannte Faserverbund-Zugbänder eingesetzt werden. Auch hier wird durch ein komplexes Zusammenwirken der einzelnen Elemente bei geringer Wärmeübertragung eine hohe Streben-Lastfestigkeit erreicht.

Druckschrift DE 43 31 460 C1 beschreibt ebenso eine Zug- und/oder Druckstrebe geringer Wärmeleitfähigkeit für vorübergehend hohe mechanische Belastungen. Hierbei ist im Wesentlichen zwischen einander zugekehrten Druckflächen eine Tellerfeder angeordnet, so dass in den Phasen niedriger Strebenbelastung als Folge der dann wirksamen an beiden Tellerfederrändern punkt- oder linienförmigen Lastübertragung ein hoher Wärmeleitwiderstand erzielt wird.

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 Beschleunigungskräften aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 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 Befestigungsvorrichtung werden vorteilhaft Formgedächtniselemente – sogenannte SMA-Elemente – verwendet, die sich nach erfolgtem Raketenstart in der kalten Weltraumumgebung durch Phasenumwandlung selbsttätig deutlich ausdehnen und dadurch an entsprechenden Verbindungsstellen der Befestigungsvorrichtung die Flächenpressung verringern und teilweise den Kontakt lösen. Dadurch wird der Wärmefluss über diese Verbindungsstellen verringert oder vollständig unterbunden. Die gleichzeitig dadurch herabgesetzte Steifigkeit 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 Tankausrichtung – dem sogenannten Alignment – sorgen.

Das entscheidende Merkmal bei SMA-Elementen ist eine thermoelastische Umwandlung von der Hochtemperaturkonfiguration Austenit in die Niedertemperaturkonfiguration Martensit. Beim Abkühlen eines solchen Elements beginnt unterhalb einer Grenztemperatur T_Ms die Ausbildung von martensitischen Phasen, die mit dem weiteren Abkühlen bei einer Temperatur T_Mf mit dem erreichten vollständigen martensitischen Zustand abgeschlossen ist. Bei Erwärmung aus dem martensitischen Zustand bilden sich ab einer Temperatur T_As austenitische Phasen. Diese Umwandlung in den Austenit ist bei weiterer Erwärmung mit Erreichen einer Temperatur T_Af 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 erfindungsgemäße 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 Umwandlungstemperatur für den Abschluß der Austenit-Bildung T_Af < 0 grad C beträgt, so daß sich die SMA-Elemente der Befestigungsvorrichtung für die Umgebungstemperaturen während der Startphase, in der die größten Beschleunigungskräfte auf die Befestigungsvorrichtung einwirken, mit Sicherheit vollständig im austenitischen Zustand befinden. Die Abschlußtemperatur für die Martensit-Bildung T_Mf ist auf einen Wert eingestellt, der oberhalb der sich an der Befestigungsvorrichtung einstellenden, von der jeweiligen Satellitenmission abhängigen Weltraumtemperatur liegt; typischerweise zwischen 2K und 220K.

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 Dimensionierung 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 erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung näher erläutert.
1 zeigt eine Stützelement-Anschlußteil-Verbindung mit einer SMA-Schraube und Druckfedern,
2 zeigt eine Stützelement-Anschlußteil-Verbindung mit einer SMA-Schraube und zusätzlichen SMA-Elementen,
3 zeigt eine Stützelement-Anschlußteil-Verbindung mit geteiltem Stützelement und einer Stehbolzenverbindung mit SMA-Elementen,
4 zeigt eine Stützelement-Anschlußteil-Verbindung mit geteiltem Stützelement, das von einer SMA-Klemmhülse zusammengehalten ist und
5 zeigt eine Stützelement-Anschlußteil-Verbindung mit geteiltem Stützelement, das eine SMA-Schraubverbindung aufweist.
Die in 1 gezeigte Stützelement-Anschlußteil-Verbindung für eine erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung besteht aus einem Stützelement 1, einem Anschlußeil 2, einem SMA-Element 3, Druckfedern 4 und einer Unterlegscheibe 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 Stützelementes 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 abgeschlossenes 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 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 Verbindungshülse 7 fest verbunden. Die zusätzlichen SMA-Elementen 6 sind beispielsweise 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 Anschlußteil 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 Durchgangsbohrung des Einsatzteiles 8 erfolgen.
Mit dieser Verbindung lassen sich im abgekühlten Zustand keine Kräfte übertragen, d.h. zur Aufrechterhaltung einer Fixierung des kryogenen Satellitentanks im Weltall muß die Befestigungsvorrichtung zusätzliche andere Stützelement-Anschlußteil-Verbindungen aufweisen, die auch bei Abkühlung eine Fixierung und Kraftübertragung erlauben.
In der vorangehend zu 2 beschriebenen Stützelement-Anschlußteilverbindung können vorteilhaft einfach herzustellende SMA-Elemente Verwendung finden, es sind die üblichen Stützelemente der bekannten Befestigungsvorrichtungen verwendbar und im wärmeren, austenitischen Zustand können hohe Kräfte übertragen werden.
In 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 Stützelement 1 liegt und daß sie eine Stehbolzenverbindung aufweist. Das Anschlußteil 2 ist mit einem der Stützelementabschnitte auf konventionelle Art fest verbunden. In 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 Überbrückungselement 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 1G 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 Klemmringes 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 Stehbolzen 12 ist eine Mutter aufgeschraubt, womit die Stehbolzenverbindung festgezogen ist.
Die beiden Stutzelementabschnitte 9 und 10 sind zusätzlich zu der Stehbolzen verbindung mit einem Überbrückungselement 11 zueinander fixiert. Das Überbrückungselement 11 ist dadurch gekennzeichnet, daß es eine geringere Wärmeleitfähigkeit 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 ausgebildeten 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 1G gleichförmig und vollständig, wodurch der über die Stehbolzenverbindung 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 gleichmäßig über den Umfang der Stehbolzenverbindung verteilt; alternative Anzahlen von Stehbolzen – ab einem Stehbolzen – sind für die erfindungsgemäße Lösung möglich.
Die in 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 konventionelle Art fest verbunden.
Die thermisch steuerbare Verbindung der Stützelement-Anschlußteil-Verbindung 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 Stützelemmentabschnitts 9 oder 10 überragt. Das SMA-Element 3 weist auf seiner Hülseninnenfläche zwei axial zueinander axial beabstandete, ringförmige Vorsprünge 19 auf, die bei zusammmengesetzten Stützelementabschnitten 9 und 10 in entsprechend angeordnete Nuten auf den fixierten Ringnuthülsen 17 und 18 ragen und so auf jedem Stützelementabschnitt 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 Überbrückungselement 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 ausgebildeten 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 5 ist eine Stützelement-Anschlußteil-Verbindung gezeigt, deren thermisch steuerbare Verbindungsstelle, wie bei den beiden vorangehend beschriebenen Beispielen, vollständig in dem Stützelement 1 liegt. Das Anschlußteil 2 ist mit einem der Stützelementabschnitte auf konventionelle Art fest verbunden, was hier aus Grunden einer zeichnerischen Vereinfachung nicht dargestellt ist.
Die thermisch steuerbare Verbindung der Stützelement-Anschlußteil-Verbindung 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 versehen 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 Stützelementabschnitten 9 und 10 erfolgt so, daß sie ohne die festgezogenen SMA-Elemente 3 keinen Kontakt mit ihren flanschartig aufgewölbten Rändern zueinander haben. Anstelle der endseitigen Aufwölbung können die Verbindungshülsen auch einen angesetzten Flansch aufweisen.
Beim Abkühlen im Weltall erfolgt eine Längung der als Schrauben ausgebildeten 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 5 beschriebenen Stützelement-Anschlußteilverbindung können einfach herzustellende SMA-Elemente Verwendung finden, sie ist auf Stützelemente mit geringem Querschnitt anwendbar und es ist eine einfache Montage möglich.
Allen voranstehend zu 3, 4 und 5 beschriebenen Beispielen ist gemeinsam, daß sie zur Aufrechterhaltung einer Fixierung eines kryogenen Satellitentanks im Weltall ohne der Verwendung von zusätzlichen, durchgehend starren Befestigungsmitteln allein ausreichend sind. Die starr fixierten Überbrückungselemente 11 der Verbindungen liefern nach dem Abkühlen und damit eintretenden Lockern der thermisch steuerbaren Verbindungskomponenten 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 beschriebenen Beispiele aus einer NiTiCuFe-Legierung gefertigt und die chemische Zusammensetzung dieser Legierung ist so gewälhlt, daß bei Umgebeungstemperaturen bis hinab zu 0 grad C vollständiges Austenit vorliegt die Umwandlung von Austenit in Martensit oberhalb der zu erwartenden Weltraumtemperatur – typischerweise in dem Bereich von etwa 2K bis etwa 220K – abgeschlossen ist.
Die SMA-Elemente sind zur Einstellung eines Zweiwegeffektes, wie eingangs beschrieben, vor ihrer Verwendung einem thermomechanischen Training unterzogen.

Claims

Befestigungsvorrichtung für einen kryogenen Satellitentank mit mindestens einer Stützelement-Anschlussteil-Verbindung und mindestens einem SMA-Element (3), dadurch gekennzeichnet, dass – das SMA-Element (3) in seinem austenitischen Zustand durch direkten Kontakt zwischen einem Ende eines Stützelementes (1) und einem Ende eines Anschlussteils (2) diese kraftschlüssig miteinander verbindet und – das SMA-Element (3) bei einer Abkühlung im Weltall und der dabei erfolgten Einstellung des martensitischen 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.
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 und – 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 trennen.
Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – zwischen dem Stützelement (1) und dem Anschlussteil (2) ein Einsatzteil (8) angeordnet ist, und – die kraftschlüssige Verbindung im austenitischen Zustand des SMA-Elements (3) zwischen einem Ende des Stützelements (1) und einem Ende des Anschlussteils (2) über direkten Kontakt mit den Enden des Einsatzteils (8) erfolgt.
Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass – das SMA-Element (3) eine Schraube ist, mit der das Anschlussteil (2) an dem Einsatzteil (8) befestigt ist, – 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.
Befestigungsvorrichtung für einen kryogenen Satellitentank mit mindestens einer Stützelement-Anschlussteil-Verbindung und mindestens einem SMA-Element (3), dadurch gekennzeichnet, dass – die Stützelement-Anschlussteil-Verbindungen ein aus zwei Abschnitten (9, 10) bestehendes Stützelement (1) aufweist, zwischen denen eine thermisch gesteuerte Verbindung besteht; – das SMA-Element (3) in seinem austenitischen Zustand jeweils ein Stützelement (1) und ein Anschlussteil (2) kraftschlüssig miteinander verbindet und – das SMA-Element (3) bei einer Abkühlung im Weltall und der dabei erfolgten Einstellung des martensitischen 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.
Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass – das Stützelement (1) ein in zwei Stützelementabschnitte (9, 10) unterbrochenes Rohr ist, – das Anschlussteil (2) mit einem der Stützelementabschnitte (9, 10) verbunden ist, – die Stützelementabschnitte (9, 10) mit einem mit geringem Querschnitt ausgebildeten, schlecht wärmeleitenden Überbrückungselement (11) zueinander starr fixiert sind und – eine von mindestens einem SMA-Element (3) thermisch gesteuerte Verbindung zwischen den Stützelementabschnitten (9, 10) besteht, die im wärmeren Zustand größere Kräfte als das Überbrückungselement (11) übertragen kann.
Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch gesteuerte Verbindung zwischen den Stützelementabschnitten (9, 10) als axial wirkende Stehbolzenverbindung ausgebildet ist, die aus einer auf einem ersten Stützelementabschnitt (9 oder 10) befestigten Stehbolzenhülse (15) zur starren Aufnahme von mindestens einem Stehbolzen (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 Längung der SMA-Elemente (3) die konische Nut-Feder-Verbindung zwischen dem Klemmring (13) und der Klemmhülse (16) getrennt wird.
Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch gesteuerte Verbindung zwischen den Stützelementabschnitten (9, 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, 10) mittels je einem Vorsprung (19) in die Ringnuten der Ringnuthülsen (17, 18) greift und das beim Abkühlen infolge Aufweitung die Vorsprünge (19) von den Ringnuthülsen trennt.
Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass – die thermisch gesteuerte Verbindung zwischen den Stützelementabschnitten (9, 10) als axial wirkende Schraubverbindung ausgebildet ist, die aus je einer auf den Stützelementabschnitten (9, 10) befestigten Verbindungshülse (20) mit flanschartig zueinander aufgewölbten Endflächen mit Bohrungen zur axialen Aufnahme der als Schrauben ausgebildeten 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.
Befestigungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die SMA-Elemente (3), die zusätzlichen SMA-Elemente (6) und der SMA-Ring (14) aus einer NiTiCuFe-Legierung bestehen, zur Einstellung eines Zweiwegeffektes thermomechanisch trainiert sind, bei einer Erwärmung ihre vollständige Umwandlung in das Austenit unterhalb von 0 grad C und bei einer Abkühlung ihre vollständige Umwandlung in das Martensit oberhalb der zu erwartenden Einsatztemperaturen im Weltall abgeschlossen haben.