DE2031076A1 - Schwungradanordnung zur Erzeugung von Reaktionsmomenten - Google Patents

Schwungradanordnung zur Erzeugung von Reaktionsmomenten

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DE2031076A1
DE2031076A1 DE19702031076 DE2031076A DE2031076A1 DE 2031076 A1 DE2031076 A1 DE 2031076A1 DE 19702031076 DE19702031076 DE 19702031076 DE 2031076 A DE2031076 A DE 2031076A DE 2031076 A1 DE2031076 A1 DE 2031076A1
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Germany
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flywheel
flywheels
housing
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flywheel assembly
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Application number
DE19702031076
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English (en)
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Udo Dr.-Ing. 6900 Heidelberg Renner
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Rockwell Collins Deutschland GmbH
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Teldix GmbH
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/24Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
    • B64G1/28Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control using inertia or gyro effect

Description

  • Schwungradanordnung zur Erzeugung von Reaktionsmomenten Die Erfindung betrifft eine Schwungradanordnung zur Erzeugung von Reaktionsmomenten, bestehend aus zwei oder mchreren raumlich nebeneinander angeordneten, um eine gemeinsame Wachse drehbaren Schwungrädern.
  • Schwungräder zur Erzeugung von Reaktionsmomenten werden z.B.
  • in Raumfahrzeugen und Satelliten benötigt, um das Gerät bei Abweichung von einer vorgegebenen Ausrichtung in korrigierender Weise um die Achse des einzelnen Schwungrads zu verdrden.
  • Es sind zwei Arten von Schwungrädern für diesen Anwendungszweck bekannt: Bei der einen Schwungradart dreht sich das Schwungrad dauernd um seine Rotationsachse, diese Rotation bewirkt eine zusätzliche Stabilisierung des Satelliten; wird eine Verdrehung des Satelliten gefordert, so wird das vom Antriebsmotor des Schwungrads abgegebene Moment erhöht oder erniedrigt, wodurch eine Änderung der Drehzahl des Schwungrads zustandekommt. Bei der anderen Schwungradart ist dle Drehzahl des Schwungrads im Normalfall Null. Wird eine Verdrehung des- Satelliten gefordert, so wird das Schwungrad in der einen oder anderen Richtung in Bewegung gesetzt.
  • Beide Schwungrädertypen sollen-unter dem eingangs erwähnten Ausdruck "Schwungrad zur Erzeugung von Reaktionsmomenten" verstanden werden.
  • Bei komerziellen Satelliten, vor allem Nachrichtensatelliten, ist die Tendenz zu erkennen, daß Lebensdauer und Zuverlässi-gkeit immer mehr gesteigert werden. Daher wird immer häufiger die Forderung nach vollständiger Redundanz gestellt. Dies bedeutet bei einer Schwungradanordnung, daß jedes lein des Schwungrades zumindest doppelt vorhanden sein müßte. Bei deri bisherigen Schwungradkonstruktionen lassen sich vor allem die Lager nicht befriedigend redundant ausführen. Außerdem bewirkt bei einer derartigen Ausführung ein Leck im Gehäuse oder ein Kurzschluß im Motor, der zum Entmagnetisieren der Magnete führt, die Beendigung der SateMltenmission.
  • Man ist deshalb dazu übergegangen, anstelle eines einzelnen Schwungrades zwei voneinander völlig unabhängige Schwungräder vorzusehen. Bei der von der Firma BENDlX Gorporation vorgeschlagenen Lösung (siehe Prospekt "BENDIX REACTION WHEELS", Publication No 6612-19 vom Dec. 16, 1966 Supersedes Pub. No. 657-7 der BENDIX Navigation and Control Division) sind getrennte Geräte mit ihrer einen Gehäusestirnfläche aufeinander gelegt und aneinander befestigt. Die Achsen der Räder fluchten dabei.
  • Bei diesem Aufbau ist der Raumbedarf sowie das Gewicht es Geräts relativ groß. Die der Erfindurlg zugrundeliegende Aufgabe besteht darill; ein Gerät zu schaffen, das in seiner Funktionsfähigkeit dem bekannten Gerät g-leichwertig ist, das jedoch mit geringerem Raumanspruch auskommt und das vor allem auch leichter ist.
  • Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß als Träger für die zwei oder mehr Schwungräder ein allen Schwungrädern gemeinsamer Lagerzapfen dient und daß an diesem zur Trennung zwischen zwei Schwungrädern jeweils eine gemeinsame Trennwand befestigt ist.
  • Erfindungsgemäß wird also eine integrierte Lösung geschaffen, die neben den oben erwähnten Vorteilen noch den Vorteil aufweist, daß die Zahl der Einzelteile vermindert wird, was eine Erhöhung der flaßgenauigkeit und der Zuverlässigkeit bedeutet.
  • Bei der erfindungsgemäßen Lösung überträgt der kräftig dimensionierte Lagerzapfen an seinen beiden Enden die Reaktionsmomente sowie die im Gerät erzeugte Wärme. Weder die Trennwand zwischen zwei Schwungrädern noch das Gehäuse werden im Gegensatz zur BENDIX-Lösung zur Ubertragung der Reaktionsmomente benötigt. Damit können diese Teile mit sehr geringer Wandstärke dimensioniert werden, was wiederum eine Gewichtverminderung mit sich bringt. Wenn man das Gehäuse aus zwei gewölbten Gehäuseschalen bildet, die jeweils an der Trennwand befestigt sind und die von den Lagerzapfenenden durchstoßen werden, so ist aufgrund dieser selbsttragenden Form eine weitere Herabsetzung der Wandstärke möglich. Die beiden Gehäuseschalen können zusammen ein kugelförmiges oder ein ellipsoidförmiges Gehäuse bilden. Diese Gehäuseform ist sehr gut zum Einbau der Schwungradanordnung in einen Kardanrahmen geeignet, was bei besonderen hnwendungsfällen von Interesse ist. Um den vom Gehäuse gegebenen Raum optimal auszunützen, wird vorzugsweise die Randzone der Schwungräder dem Gehäuseverlauf angepaßt.
  • Die Trennwand zwischen zwei Schwungrädern kann die Trägerteile für die Statoren der Schwungradmotoren tragen. Beispielsweise können diese Trägerteile für jeden Motor als Ring ausgebildet sein, der konzentrisch zur Rotationsachse liegt.
  • Diese drei miteinander zu verbindenden Teile = nämlich Lagerzapfen, Trennwand und gegebenenfalls Trägerringe -können als ein Stück gefertigt sein, wodurch das Dichtungsproblem verkleinert wirdç Auf der Trennwand kann die Elektronik der Geräte untergebracht werden0 Die elektrischen Zuleitungen und auch die Anale zum Evakuieren der Gehäuse können durch Bohrungen im Lagerzapfen uerlauSenO Dieser enthält auch Ventile und Stecker.
  • Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemaßen Schwungradanordnung mit zwei Schwungrädern zeigt die Zeichnung. Der kräftig dimensionierte Lagerzapfen, der über seine Enden la und Ib die Reaktionskräfte auf den Satelliten überträgt, ist mit 1 bezeichnet. Er bildet mit der Trennwand 2 und den Tragerringen 3a und 3b für die Statoren 4-a und 4-b der Antriebsmotoren eine Einheit. Die eigentlichen Schwungräder sind mit 5a und 5b bezeichnet. Sie sind mittels der Lager 6a und 6b am Lagerzapfen 1 drehbar gelagert. Am Schwungrad sind die Rotorteile der Antriebsmotore 7a und 7b befestigt.
  • Auf den Aufbau des Motors braucht hier nicht näher eingegangen werden.
  • Das Gehäuse der Schwungradanordnung wird durch zwei gewölbte Schalen 8a und 8b gebildet, die am Rand der Trennwand 2 und an den Enden Ia und Ib des Lagerzapfens so befestigt sind, daß zwei gegenüber dem Außenraum und voneinander völlig getrennte Innenräume entstehen. Die Wandstärke der Gehäuse schalea kann bei dieser Konstruktion sehr klein gemacht werden. Um den durch die Gehäuseform gegebenen Raum optimal ausnutzen zu können, sind die äußeren Zonen der eigentlichen Schwungräder 5a und 5b der Gehäuseform angepaßt. Die Kanäle '9 im Lagerzapfen 1 dienen der Zuführung elektrischer Energie sowie zur Evakuierung der Gehäuseinnenräume. Die benötigten Stecker und Ventile sind hier nicht mit eingezeichnet.
  • Der erfindungsgemäße Aufbau vermeidet gegenüber der bekannten Lösung zwei Trennwäride und ermöglicht zudem, die notwendige Trennwand sowie das Gehäuse sehr dünnwandig zu machen, da über diese Teile keine Lagerkräfte übertragen werden müssen. Die erfindungsgemäße Lösung verkleinert den Raumbedarf und das Gewicht der Anordnung.
  • -Patentansprüche-

Claims (1)

  1. Patentansprüche 1. Schwuigradanordnung zur Erzeugung von Reaktionsmomenten, bestehend aus zwei oder mehreren räumlich nebeneinander angeordneten, um eine gemeinsame Achse drehbaren Schazungrädern dadurch gekennzeichnet, daß als Träger ein allen Schwungrädern gemeinsamer Lagerzapfen dient und daß an diesem zur Trennung zwischen zwei Schwungrädern jeweils eine gemeinsame Trennwandbefestigt ist 2. Schwungradanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Trennwand die Trägerteile für die Statoren der Antriebsmotoren der angrenzenden Schwungräder befes-tigt sind.
    3. Schwungradanordnung nach Anspruch 29 dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerteile als zur Drehachse konzentrische Ringe ausgebildet sind 4. Schwirngradanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerzapfen, die Trennwand (-wände) und gegebenenfalls die Trägerteile für die Statoren der Motoren als ein Stück gefertigt sind 5. Schwungradanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von zwei Schwungrädern zwischen dem äußeren Rand der Trennwand und dem Lagerzapfen als Gehäuse zwei gewölbte Gehäuseschalen geringer Wandstärke befestigt sind.
    6. Schwungradanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeilinet, daß die beiden Gehäuseschalen zusammen ein kugelförmiges oder ellipsoidförmiges Gehäuse bildend 7. Schwungradanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das eigentliche Schwungrad an seiner Randzone dem Gehäuseverlauf angepaßt ist.
    8. Schwungradanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerzapfen Öffnungen zum Evakuieren der Gehause und/oder für die elektrischen ZuleitIrigen aufweist.
    9. Schwungradanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronik für die einzelnen Schwungräder auf der zugehörigen Trennwand aufgebracht ist.
    L e e r s e i t e
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2321723A1 (fr) * 1975-07-29 1977-03-18 Thomson Brandt Systeme de controle d'attitude et engin equipe d'un tel systeme
DE3644439A1 (de) * 1986-12-24 1988-07-14 Pietzsch Ibp Gmbh Vorrichtung zum richtungspositionieren eines satelliten im weltraum

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2321723A1 (fr) * 1975-07-29 1977-03-18 Thomson Brandt Systeme de controle d'attitude et engin equipe d'un tel systeme
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