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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.
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Schwungräder zur Erzeugung von Reaktionsmomenten werden z.B.
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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.
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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.
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Beide Schwungrädertypen sollen-unter dem eingangs erwähnten Ausdruck
"Schwungrad zur Erzeugung von Reaktionsmomenten" verstanden werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Auf den Aufbau des Motors braucht hier nicht näher eingegangen werden.
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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.
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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.
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-Patentansprüche-