DE2351495C2

DE2351495C2 - Device for supporting and aligning a gimbal assembly

Info

Publication number: DE2351495C2
Application number: DE2351495A
Authority: DE
Inventors: Wigbert Dr.-Ing. Fehse; Dieter 6900 Heidelberg Rapp; Holger 6901 Neckarsteinach Schulz; Volker 6900 Heidelberg Sillmann; Kurt 6836 Oftersheim Wilke
Original assignee: Teldix GmbH
Current assignee: Rockwell Collins Deutschland GmbH
Priority date: 1973-10-13
Filing date: 1973-10-13
Publication date: 1982-07-29
Also published as: DE2351495A1

Description

Die Erfindung bezieht sich gemäß Oberbegriff des ersten Patentanspruches auf eine aus der US-PS 56 253 bekannte Vorrichtung. Bei der bekannten Vorrichtung ist ein Kreisel mit einer rotierenden Schwungmasse mittels Kardanrahmen gegenüber einem Grundrahmen bewegbar angeordnet. Es sind ferner auf dem Grundrahmen Verbindungselemente vorgesehen, welche eine Antriebseinrichtung sowie eine über ein Getriebe bewegbare Spindel oder WelleAccording to the preamble of the first claim, the invention relates to one of the US-PS 56 253 known device. In the known device is a gyro with a rotating Flywheel by means of a cardan frame arranged to be movable relative to a base frame. There are also provided on the base frame connecting elements which have a drive device and a Spindle or shaft movable via a gear

so enthalten. Durch Betätigung der Antriebseinrichtung kann die Stirnfläche der Spindel oder Welle mit einer konischen Fläche eines Bauteiles, welches mit dem Kreisel bzw. dem inneren Kardanrahmen verbunden ist, zur Anlage und somit der Kreisel in eine vorgegebene Ausrichtung bezüglich des Grundrahmens gebracht werden. Mittels der Verbindungselemente wird somit der Kreisel bezüglich des Grundrahmens verspannt, wobei der mechanische Kraftfluß von den Kardanrahmen sowie deren Lagerungen aufgenommen werden muß. Durch eine entgegengesetzte Betätigung der Antriebseinrichtung kann die genannte Verbindung wieder gelöst werden.so included. By actuating the drive device can the end face of the spindle or shaft with a conical surface of a component, which with the Gyroscope or the inner gimbal frame is connected to the system and thus the gyroscope in a predetermined Alignment with respect to the base frame are brought. By means of the connecting elements the gyro clamped with respect to the base frame, the mechanical power flow from the cardan frame as well as their storage must be recorded. By pressing the Drive device, said connection can be released again.

Aus der US-PS 28 07 169 ist eine Vorrichtung zum Festsetzen und Ausrichten eines mittels Kardanrahmen bewegbar angeordneten Kreisels bekannt. Hierbei sind auf einem Grundrahmen Verbindungselemente enthaltend eine Antriebseinrichtung sowie einen durch diese bewegbaren Bolzen vorgesehen. Die KardanrahmenFrom US-PS 28 07 169 a device for setting and aligning a by means of a gimbal frame movably arranged gyro known. Here, connecting elements are contained on a base frame a drive device and a bolt that can be moved by this are provided. The gimbals

sind mit Bohrungen versehen, in welche der Bolzen einführbar ist Mit dieser Vorrichtung kann zwar der Kreisel in eine vorgegebene Ausrichtung zum Grundrahmen gebracht werden, wobei jedoch auftretende Beschleunigungs- oder Vibrationskräfte in vollem Umfang von den Kardanrahmen und derer Lagerungen aufgenommen werden müssen.are provided with bores into which the bolt can be inserted. With this device, the Gyroscope can be brought into a predetermined orientation to the base frame, but occurring Acceleration or vibration forces in full from the gimbals and their bearings must be included.

Aus dem älteren Patent gemäß DE-OS 23 42 732 ist ein Schwungrad bekannt, welches eine bezüglich eines Stators drehbare Schwungmasse enthält und mittels ιυ Kardanrahmen gegenüber einem Grundrahmen bzw. einem Satelliten bewegbar angeordnet ist Es sind drei in Umfangsrichtung der Schwungmasse gleichmäßig verteilte Vorrichtungen bzw. Verbindungselemente vorgesehen, weiche jeweils einen in radialer Richtung η bewegbaren Anker aufweisen. Mittels der genannten Anker kann in einer ersten Endlage die Schwungmasse bezüglich des Stators und/oder des Grundrahmens arretiert und in einer zweiten Endlage freigegeben werden. Die Tatsache, daß hierbei drei voneinander unabhängig zu betätigende Vorrichtunger vorhanden sind, kann im Hinblick auf die Funktionssicherheit des Schwungrades nachteilig sein.From the older patent according to DE-OS 23 42 732 a flywheel is known which has a relation to a Stator contains rotatable flywheel and by means of ιυ cardan frame against a base frame or a satellite is arranged movably There are three in the circumferential direction of the flywheel evenly distributed Devices or connecting elements are provided, each soft one in the radial direction η have movable armature. By means of the anchors mentioned, the flywheel can be in a first end position locked with respect to the stator and / or the base frame and released in a second end position will. The fact that there are three devices that can be operated independently of one another can be disadvantageous with regard to the functional reliability of the flywheel.

Schwungräder können in der Raumfahrttechnik zur Stabilisierung von Satelliten verwendet werden. Da das Schwungrad eine relativ große Masse aufweist, treten insbesondere während der Startphase des Raumfahrzeuges große Verzögerungs- und Vibrationskräfte auf, welche normalerweise von den Kardanrahmen und deren Lager aufgenommen werden müssen. Da jo aufgrund der. wenn auch geringen, elastischen Verformbarkeit der Kardanrahmen ein schwingungsfähiges System vorliegt, können bei Erreichen der Resonanzfrequenz Belastungsspitzen auftreten, die vor allem die Lager gefährden. Es mußten daher bei der Dimensionie- ΐί rung des Schwungrades und der Kardanrahmen entsprechende Sicherheiten berücksichtigt werden und die Rahmen sowie Lager entsprechend groß und schwer ausgelegt werden. Dies steht jedoch konträr zu den in der Raumfahrttechnik wesentlichen Forderungen nach geringem Gewicht und geringem Bauvolumen.Flywheels can be used in space technology to stabilize satellites. Since the flywheel has a relatively large mass, large deceleration and vibration forces occur in particular during the start-up phase of the spacecraft, which normally have to be absorbed by the gimbals and their bearings. Because of the. Even if the gimbal frame has a low elastic deformability, there is a system capable of oscillation, when the resonance frequency is reached, load peaks can occur which primarily endanger the bearings. It had therefore in dimensioning ΐί tion of the flywheel and the gimbal appropriate securities are taken into account and the frame and bearings are large and heavy designed accordingly. However, this is contrary to the essential requirements in space technology for low weight and small volume.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der genannten Art, insbesondere für ein Schwungrad dahingehend weiterzubilden, daß mittels der Verbindungselemente eine direkte mechanische Verbindung zwischen der Schwungradlagerung und dem Grundrahmen herstellbar ist und somit Kräfte von den Kardanrahmen sowie deren Lager weitgehend ferngehalten werden.The invention is therefore based on the object of providing a device of the type mentioned, in particular for a To develop the flywheel in such a way that by means of the connecting elements a direct mechanical Connection between the flywheel bearing and the base frame can be established and thus forces of the gimbals and their bearings are largely kept away.

Diese Aufgabe wird durch die im ersten bzw. sechsten Patentanspruch angegebenen Merkmale gelöst. Durch die beiden vorgeschlagenen Lösungen ist eine direkte mechanische Verbindung zwischen dem Schwungrad und dem in der Satellitenstruktur befestigten Grundrahmen vorhanden. Diese Verbindung kann mittels der Verbindungselemente in sich starr und torsionssteif ausgebildet werden, so daß Relativbewegungen des Schwungrades in Richtung bzw. um die drei Raumachsen unterbunden werden. Während der Startphase des Satelliten werden Beschleunigungs- und Vibrationskräfte von den Kardanrahmen sowie deren Lager ferngehalten, so daß diese nur für vergleichsweise geringe Belastungen während der Missionsdauer des Satelliten dimensioniert werden müssen und somit das Gesamtgewicht der Kardanrahmenanordnung des b5 Schwungrades erheblich reduziert werden kann.This object is achieved by the features specified in the first and sixth patent claims. By the two solutions proposed is a direct mechanical connection between the flywheel and the base frame fixed in the satellite structure. This connection can be made using the Connecting elements are rigid and torsionally rigid, so that relative movements of the Flywheel in the direction or around the three spatial axes are prevented. During the start phase of the Satellites become acceleration and vibration forces from the gimbals and their bearings kept away, so that this only for comparatively low loads during the mission period of the Satellites have to be dimensioned and thus the total weight of the gimbal assembly of the b5 Flywheel can be reduced significantly.

Die Vorrichtung gemäß dem ersten Patentanspruch zeichnet sich darüber hinaus durch einen einfachen Aufbau aus, wobei die genannten Platten und deren Anordnung und Verbindung n.u dem Kardanrahmen bzw. Grundrahmen einen geringen Herstellungsaufwand erfordern. Die Platten werden zweckmäßig mittels eines Drahtseiles gegeneinander verspannt, wobei die Auftrennung bzw. das Lösen der Verbindungselemente in einfacher Weise mittels eines pyrolechnischen Elementes vorgenommen wird.The device according to the first claim is also characterized by a simple one Structure, with the mentioned plates and their arrangement and connection according to the cardan frame or base frame require a low manufacturing cost. The panels become functional braced against each other by means of a wire rope, with the separation or loosening of the connecting elements is made in a simple manner by means of a pyrolytic element.

Auch die Vorrichtung gemäß dem sechsten Patentanspruch erfordert keinen besonderen Herstellungsaufwand zumal die genannten Gewinde ohne Schwierigkeiten in dem mit dem Kardanrahmen verbundenen Bauteil bzw. auf der Spindel oder der Hülse angeordnet werden können. Es hat sich darüber hinaus als vorteilhaft erwiesen, mittels Anschlägen in Form von einander gegenüber liegenden Flächen am Kardanrahmen bzw. an der Spindel oder Hülse vorzusehen, um das Spiel zwischen den genannten Gewindeteilen auszuschalten.The device according to the sixth claim also does not require any special manufacturing effort especially since the thread mentioned without difficulty in the component connected to the cardan frame or can be arranged on the spindle or the sleeve. It has also been found to be beneficial proven, by means of stops in the form of opposing surfaces on the cardan frame or to be provided on the spindle or sleeve in order to eliminate the play between said threaded parts.

Es ist darüber hinaus von Vorteil, daß nach Beendigung der Startphase des Satelliten und Auftrennen der genannten Verbindung diese jederzeit wieder herstellbar ist. Dies kann bei Störungen in der Kardanrahmenlagerung beispielsweise durch defekte Lager oder Fehler im elektrischen Nachführsystem di;r Rahmen erforderlich sein. Normalerweise ist bei derartigen Störungen das Schwungrad in seiner gesamten Funktion unbrauchbar, der Satellit nicht mehr stabil auf seiner B.ihn zu halten und somit die Missionszeit zwangsläufig beendet. Wird nun die genannte Verbindung wieder hergestellt, so ist das Schwungrad in eingeschränkter Funktion als Stabilisierungskreisel weiter verwendbar und der Satellit kann auch weiterhin stabilisiert werden. Als besonders vorteilhaft erweist es sich für diesen Fall, wenn mit dem Bewegen der Spindel bzw. Hülse mittels einer Druckplatte da? Schwungrad zunächst in seine Nullstellung gebracht und anschließend die Verbindung hergestellt wird.It is also advantageous that after the satellite has finished its start-up phase and split this connection can be restored at any time. This can occur in the event of malfunctions in the Cardan frame bearings, for example, due to defective bearings or errors in the electrical tracking system di; r Frame may be required. Normally with such disturbances the flywheel is in his entire function is unusable, the satellite can no longer be held stable on its B. Mission time inevitably ended. If the mentioned connection is now re-established, that is The flywheel can still be used in a limited function as a stabilization gyro and the satellite can continue to be stabilized. It proves to be particularly advantageous in this case when with the Moving the spindle or sleeve by means of a pressure plate there? Flywheel first in its zero position and then the connection is established.

Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigtThe invention is to be explained in more detail on the basis of the exemplary embodiments shown in the drawing will. It shows

Fig. 1 — eine schematische Darstellung eines kardanisch gelagerten Schwungrades,Fig. 1 - a schematic representation of a gimbal-mounted flywheel,

F i g. 2 — eine Detailansicht bzw. einen Schnitt durch die als Platten ausgebildeten Verbindungselemente gemäß Fig. 1.F i g. 2 - a detailed view or a section through the connecting elements designed as plates according to FIG. 1.

Fig. 3 — eine Ansicht eines weiteren Beispieles mit Verbindungselementen enthaltend einen auf dem Grundrahmen angeordneten Stellantrieb mit einer axial verschiebbaren Hülsenmutter,Fig. 3 - a view of a further example with Connecting elements containing an actuator arranged on the base frame with an axially sliding sleeve nut,

Fig. 4 — ein drittes Ausführungsbeispiel ähnlich F i g. 3, jedoch mit einer drehbaren Gewindespindel,FIG. 4 shows a third exemplary embodiment similar to FIG. 3, but with a rotatable threaded spindle,

Fig.5 — ein viertes Ausführungsbeispiel ähnlich Fig. 3, jedoch mit einer auf dem Grundrahmen angeordneten Welle, auf welcher eine Hülsenmutter axial verschiebbar ist.Fig. 5 - a fourth embodiment similar Fig. 3, but with a shaft arranged on the base frame, on which a sleeve nut is axially displaceable.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines kardanisch gelagerten Schwungrades 1, von welchem der Einfachheit halber lediglich das Gehäuse abgebildet ist und welches einen um die Achse 2 drehbaren Rotor enthält. Das genannte Schwungrad ist auf einem Kardanrahmen 3 angeordnet, weicher mittels der Lager 4 um die senkrecht zur Zeichenebene verlaufende Achse drehbar in einem zweiten Kardanrahmen 5 gelagert ist. Der Rahmen 5 ist seinerseits mittels Lager 6 gegenüber einem Grundrahmen 7 um eine Achse 8 drehbar angeordnet. In der Nullstellung des Schwungrades stehen die genannten Achsen jeweils senkrechtFig. 1 shows a schematic representation of a gimbal-mounted flywheel 1, of which For the sake of simplicity, only the housing is shown and which has a rotor which can be rotated about the axis 2 contains. Said flywheel is arranged on a cardan frame 3, softer by means of the bearings 4 is rotatably mounted about the axis running perpendicular to the plane of the drawing in a second cardan frame 5. The frame 5, for its part, can be rotated about an axis 8 by means of bearings 6 relative to a base frame 7 arranged. In the zero position of the flywheel, the axes mentioned are each vertical

aufeinander. Zwischen dem inneren Rahmen 3 und dem Grundrahmen 7 sind vier ebene Platten 9 symmetrisch zur Längsachse 2 angeordnet, wobei die Platten 9 auf dem Grundrahmen in eine Vertiefung mit quadratischer Grundfläche eingreifen.on each other. Between the inner frame 3 and the base frame 7, four flat plates 9 are symmetrical arranged to the longitudinal axis 2, the plates 9 on the base frame in a recess with a square Intervene in the base area.

Die Anordnung der Platten zwischen innerem Rahmen 3 und Grundrahmen 7 sei anhand der Fig. 2 erläutert. Jede Platte 9 weist an ihrem unteren Ende einen Ansatz 10 auf, mit welchem sie in eine Nut 11 der genannten Vertiefung 12 eingreift. Es ist weiterhin am oberen Ende jeder Platte ein nach innen zur Längsachse 2 weisender Ansatz 14 vorgesehen, welcher in eine Nut 15 eines Querträgers 17 vom Rahmen 3 eingreift. Die Platten 9 sind derart ausgebildet, daß sie mit den Kanten 18 jeweils aneinander anliegen und sich somit gegeneinander abstützen, wobei zur Vergrößerung der Auflageflächen die Kanten unter einem Winkel von 45° zur Längsachse 2 hin abgeschrägt sind. Zwischen den Platten 9 und dem Grundrahmen sind Zug-Federn 20 angeordnet. Mittels eines die Platten 9 umspannenden Drahtseiles 21 werden diese in der dargestellten Position gehalten. Damit ist zwischen dem Schwungrad 1 und dem Grundrahmen 7 eine starre mechanische Verbindung unter Ausschaltung der Kardanrahmen 3, 5 sowie der Rahmenlager 4, 6 hergestellt. Diese Verbindung weist insbesondere um die Längsachse 2 eine hohe Torsionssteifigkeit auf. Auf einer Platte ist ein pyrotechnisches Element 23 angeordnet, welchem eine Trennvorrichtung für das Drahtseil 21 zugeordnet ist. Durch Ansteuern mittels eines kurzen Spannungsimpulses an der Zündleitung 24 kann das pyrotechnische Element gezündet werden. Dabei wird mittels der Trennvorrichtung, welche in bekannter Weise einen mit einer Schneide versehenen Bolzen enthält, das Drahtseil 21 aufgetrennt. Mittels der Federn 20 werden nun die Platten 9 auf den Grundrahmen gezogen. Somit ist die mechanische Verbindung zwischen Schwungrad und Grundrahmen gelöst, und das kardanisch gelagerte Schwungrad kann in bekannter Weise zur Stabilisierung eines Satelliten eingesetzt werden. Um eine sichere Lösung der genannten Verbindung zu gewährleisten, ist bevorzugt, aus Gründen der Redundanz, wenigstens ein weiteres pyrotechnisches Element inclusive Trennvorrichtung (nicht dargestellt) auf der gleichen oder einer anderen Platte 9 angeordnet.The arrangement of the plates between the inner frame 3 and the base frame 7 is based on FIG. 2 explained. Each plate 9 has at its lower end a projection 10 with which it is in a groove 11 of the mentioned recess 12 engages. There is also an inward to the longitudinal axis at the top of each plate 2-facing approach 14 is provided which engages in a groove 15 of a cross member 17 of the frame 3. the Plates 9 are designed in such a way that they abut one another with the edges 18 and thus each other support each other, with the edges at an angle of 45 ° to enlarge the support surfaces are beveled towards the longitudinal axis 2. There are tension springs 20 between the plates 9 and the base frame arranged. By means of a wire rope 21 spanning the plates 9, these are shown in FIG Position held. This is a rigid mechanical between the flywheel 1 and the base frame 7 Connection made by switching off the cardan frames 3, 5 and the frame bearings 4, 6. These The connection has a high torsional rigidity in particular around the longitudinal axis 2. On one plate is a pyrotechnic element 23 is arranged, to which a separating device for the wire rope 21 is assigned. By activating a short voltage pulse on ignition line 24, the pyrotechnic Element to be ignited. It is by means of the separating device, which in a known manner with a contains a bolt provided with a cutting edge, the wire rope 21 is severed. By means of the springs 20 are now the Plates 9 pulled onto the base frame. Thus the mechanical connection between the flywheel and Base frame released, and the gimbal-mounted flywheel can be used in a known manner for stabilization of a satellite. To ensure a secure solution for the connection mentioned, preferably, for reasons of redundancy, at least one another pyrotechnic element including separating device (not shown) on the same or one other plate 9 arranged.

In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Verbindungselemente zwischen Grundrahmen 7 und innerem Rahmen 3 dargestellt. Auf dem Grundrahmen 7 ist ein Antriebsmotor 31 und ein selbsthemmendes Getriebe 32 angeordnet. Die Ausgangswelle 33 des Getriebes 32 ist mit einer Hülsenmutter 35 drehfest verbunden, wobei die Hülsenmutter 35 in Richtung der Längsachse 2 bewegbar ist. Die Außenfläche der genannten Hülsenmutter ist mit einem Gewinde 36 versehen, welches in ein entsprechendes Innengewinde 38 eines mit dem Grundrahmen 7 verbundenen Bauteiles 34 eingreift Mit dem inneren Rahmen ist weiterhin ein Bauteil 39 verbunden, welches ein Innengewinde 40 aufweist passend für das Außengewinde 36 der Hülsenmutter 35. In Fig. 3, a further embodiment for the connecting elements between the base frame 7 and the inner frame 3 is shown. A drive motor 31 and a self-locking gear 32 are arranged on the base frame 7. The output shaft 33 of the transmission 32 is connected in a rotationally fixed manner to a sleeve nut 35, the sleeve nut 35 being movable in the direction of the longitudinal axis 2. The outer surface of said sleeve nut is provided with a thread 36 which engages a corresponding internal thread 38 of a component 34 connected to the base frame 7 to the inner frame, a component 39 is further connected, which has an internal thread 40 which fits the external thread 36 of the sleeve nut 35.

In der rechten Hälfte von F i g. 3 ist die Hülsenmutter in einer unteren Endstellung gezeichnet Dabei ist das auf dem Rahmen 3 angeordnete Schwungrad über die Rahmen 3, 5 gegenüber dem Grundrahmen bewegbar gelagert Befindet sich das Schwungrad nicht in seiner Nullstellung und nimmt das Bauteil 39 beispielsweise die gestrichelt gezeichnete Position ein, so wird das Schwungrad mittels der an den Lagern 4, 6 der Kardanrahmen 3, 5 vorgesehenen Momentenerzeuger (nicht dargestellt) zunächst in die Nullstellung gebracht. Anschließend wird zum Festsetzen des Schwungrades in bezug auf den Grundrahmen die Energiequelle 41 mit dem Antriebsmotor 31 verbunden, wobei zwischen Energiequelle 41 und Motor noch eine Slrombegrenzungseinrichtung 42 geschaltet ist. Somit wird mittels der Welle 33 die Hülsenmulter 35 in Richtung der Längsachse 2 nach oben bewegt. Im Verlaufe dieser G in the right half of F i. 3, the sleeve nut is drawn in a lower end position this case, which is arranged on the frame 3 flywheel on the frame 3 movably mounted relative to the base frame 5, the flywheel is not in its zero position and picks up the component 39 a, for example, the dashed line position, so the flywheel is initially brought into the zero position by means of the torque generators (not shown) provided on the bearings 4, 6 of the cardan frames 3, 5. Then, in order to fix the flywheel in relation to the base frame, the energy source 41 is connected to the drive motor 31, a current limiting device 42 being connected between the energy source 41 and the motor. Thus, by means of the shaft 33, the sleeve shoulder 35 is moved upward in the direction of the longitudinal axis 2. In the course of this

lu Bewegung gelangt die Hülsenmutter 35 mit dem Innengewinde 40 in Eingriff. Hat die vordere Stirnfläche 43 der Hülsenmutter 35 die Bodenfläche 44 des Bauteiles 39 erreicht, so ist eine weitere Bewegung nicht mehr möglich und die in Eingriff stehenden Gewindetei-Ie der Hülsenmutter werden mit dem Innengewinde 40 bzw. 38 verspannt (s. linken Teil von F i g. 3). Da nun der Strom des Motors 31 stark ansteigt, kommt die Strombegrenzungseinrichtung 42 zum Auslösen, so daß der Motor 31 abgeschaltet wird. Aufgrund der selbsthemmenden Wirkung des Getriebes 32 bleibt die o. a. Verspannung der Gewindeteile bestehen. Somit ist eine spielfreie Verbindung zwischen Schwungrad 1 und Grundrahmen 7 hergestellt, so daß die Kardanrahmen 3, 5 sowie die Lager 4, 6 sicher entlastet sind undlu movement gets the sleeve nut 35 with the Internal thread 40 engaged. If the front end face 43 of the sleeve nut 35 has the bottom surface 44 of the Component 39 is reached, further movement is no longer possible and the engaged threaded parts of the sleeve nut are braced with the internal thread 40 or 38 (see left part of FIG. 3). Since now the Current of the motor 31 increases sharply, the current limiting device 42 is triggered, so that the motor 31 is switched off. Due to the self-locking effect of the gear 32, the remains o. a. Bracing of the threaded parts exist. Thus there is a backlash-free connection between the flywheel 1 and Base frame 7 made so that the gimbals 3, 5 and the bearings 4, 6 are safely relieved and

2ϊ Beschleunigungs- und Vibrationskräfte von diesen ferngehalten werden. Zum Lösen der genannten Verbindung zwischen Schwungrad und Grundrahmen wird die Drehrichtung des Motors 31 umgekehrt, wobei die Hülsenmutter 35 wieder in Richtung der Längsachse2ϊ acceleration and vibration forces from these be kept away. To loosen the mentioned connection between the flywheel and the base frame the direction of rotation of the motor 31 is reversed, the sleeve nut 35 again in the direction of the longitudinal axis

in 2 nach unten in die im rechten Teil von Fig. 2 dargestellte Lage zurückbewegt wird. Nun kann das kardanisch gelagerte Schwungrad in bekannter Weise zur Stabilisierung eines Satelliten eingesetzt werden.in FIG. 2 down to that in the right-hand part of FIG. 2 position shown is moved back. The gimbal-mounted flywheel can now be used in a known manner used to stabilize a satellite.

Ergeben sich im Lauf der Missionszeit des Schwungrades Störungen im Rahmensystem, beispielsweise durch zu große Reibmomente in Lagern 4,6 infolge von Zerstörungen des Schmiersystemes, so kann es nötig werden, das Schwungrad 1 wieder bezüglich des Grundrahmens 7 festzusetzen. Dies geschieht in derOccur in the course of the mission time of the flywheel Disturbances in the frame system, for example due to excessive frictional torques in bearings 4.6 as a result of Destruction of the lubrication system, it may be necessary to restore the flywheel 1 with respect to the Base frame 7 to set. This is done in the

jo oben geschilderten Weise zunächst durch Nullsetzung des Schwungrades, durch Ansteuern des Motors 31 und anschließendes Verspannen der genannten Gewindeteile. Das Schwungrad kann so in eingeschränkter Funktion als Stabilisierungskreisel weiter verwendet werden.jo in the manner described above initially by zeroing of the flywheel, by controlling the motor 31 and then tensioning the mentioned threaded parts. The flywheel can continue to be used as a stabilization gyro with a limited function will.

In Fig.4 ist ein drittes Ausführungsbeispiel für die Verbindungselemente zwischen Grundrahmen 7 und Rahmen 3 dargestellt enthaltend einen auf dem Grundrahmen angeordneten Motorantrieb 50 mitIn Figure 4 is a third embodiment for the Connecting elements between the base frame 7 and frame 3 shown containing one on the Motor drive 50 arranged on the base frame

so welchem über ein selbsthemmendes Getriebe 51 eine Gewindespindel 52 in Richtung der Längsachse 2 verschiebbar ist Die genannte Gewindespindel ist an ihrem unteren Ende mit einem Vierkant-Querschnitt versehen, welcher in eine entsprechend ausgebildete Ausnehmung 56 eines zum Getriebe gehörenden Zahnrades 67 eingreift Die Spindel 52 ist weiterhin mittels Außengewinde 58 in einem auf dem Grundrahmen 7 feststehenden Bauteil 59 geführt Am oberen Ende der genannten Spindel 52 sind zwei Druckplatten 60,61 vorgesehen, wobei die untere Druckplatte 60 mit der Spindel fest verbunden und die obere Druckplatte 61 in axialer Richtung verschiebbar ist Zwischen den genannten Druckplatten ist eine Feder 62 angeordnet Der Rahmen 3 ist mit einem Bauteil 63 verbunden, so which a threaded spindle 52 is displaceable in the direction of the longitudinal axis 2 via a self-locking gear 51. The said threaded spindle is provided at its lower end with a square cross-section, which engages in a correspondingly formed recess 56 of a gear 67 belonging to the gear furthermore guided by means of external thread 58 in a component 59 fixed on the base frame 7. At the upper end of said spindle 52, two pressure plates 60,61 are provided, the lower pressure plate 60 being firmly connected to the spindle and the upper pressure plate 61 being displaceable in the axial direction between A spring 62 is arranged on the aforementioned pressure plates. The frame 3 is connected to a component 63,

es welches eine Sackbohrung 65 aufweist mit einem Innengewinde 64. it which has a blind bore 65 with an internal thread 64.

In der rechten Hälfte von F i g. 4 ist die Gewindespindel 52 in ihrer unteren Endsteuung gezeichnet Dabei istIn the right half of FIG. 4, the threaded spindle 52 is drawn in its lower end control

das auf dem Rahmen 3 angeordnete Schwungrad über die Rahmen 3, 5 und die Lager 4, 6 gegenüber dem Grundrahmen 7 bewegbar gelagert. Befindet sich das Schwungrad nicht in seiner Nullstellung und nimmt das Bauteil 63 beispielsweise die gestrichelt gezeichnete ■ Position ein, so wird mit Ansteuern des Motors 50 die Spindel 52 zunächst ein Stück nach oben bewegt. Dabei kommt die obere Druckplatte 61 mit der Innenfläche 69 des Bauteiles 63 in Berührung. Mit der Weiterbewegung der Spindel 52 wird dann das Bauteil 63 in die i< > dargestellte Lage und somit das Schwungrad in seine Nullstellung gebracht. Die Spindel wird in das Gewinde 64 der Sackbohrung 65 eingeschraubt, und zwar so lange bis die vordere Stirnfläche 68 auf dem Boden der Sackbohrung 65 anliegt und die beiden Druckplatten 60, ι ¹S 61 aneinander anliegen. Dabei werden die Gewindeteile • der Spindel 52 gegenüber denen des Bauteiles 63 sowie des Bauteiles 59 verspannt bis infolge des anwachsenden Stromes des Antriebsmotors 50 die Strombegrenzungseinrichtung 66 den Motor 50 von der Energiequel- 2n Ie 67 abschaltet. Aufgrund der selbsthemmenden Wirkung des Getriebes 51 bleibt die genannte Verspannung und somit die spielfreie Verbindung zwischen Schwungrad und Grundrahmen 7 aufrechterhalten. Diese Verbindung bleibt während der Startphase 2> des den Grundrahmen tragenden Satelliten bestehen, so daß von Kardanrahmen 3, 5 sowie Lagern 4, 6 Beschleunigungs- und Vibrationskräfte ferngehalten werden. Nach Beendigung der Startphase wird zum Lösen der genannten Verbindung die Drehrichtung des so Motors 50 umgekehrt, so daß die Spindel 52 wieder in ihre Endstellung (gemäß rechte Hälfte in Fig.4) zurückgedreht wird. Ergeben sich im Lauf der Missionszeit des Schwungrades Störungen im Rahmensystem, so kann durch erneutes Hochdrehen der Spindel das Schwungrad wieder bezüglich des Grundrahmens, wie bereits beschrieben, festgesetzt werden und das Schwungrad als Stabilisierungskreisel verwendet werden. Es sei darauf hingewiesen, daß bei diesem Ausführungsbeispiel mittels der Druckplatten das <o Schwungrad in seine Nullstellung gebracht wird, so daß auch bei Störungen der an den Rahmen angeordneten Drehmomentenerzeuger und Lagesensoren sowie in den elektrischen Lageregelkreisen die Festsetzung des Schwungrades durchführbar ist -t5the flywheel arranged on the frame 3 is movably supported with respect to the base frame 7 via the frames 3, 5 and the bearings 4, 6. If the flywheel is not in its zero position and if the component 63 assumes the position shown in dashed lines, for example, then when the motor 50 is activated, the spindle 52 is first moved a little upwards. The upper pressure plate 61 comes into contact with the inner surface 69 of the component 63. With the further movement of the spindle 52, the component 63 is then brought into the position shown and thus the flywheel is brought into its zero position. The spindle is screwed into the thread 64 of the blind bore 65, and as long rests on the bottom of the blind bore 65 to the front end face 68 and the two pressure plates 60, ι ¹ S 61 abut each other. The threaded parts are • the spindle 52 with respect to those of the component 63 and the component 59 clamped to the current limiting device 66 switches off the motor 50 due to the increasing current of the drive motor 50 from the sources of energy 2n Ie 67th Due to the self-locking effect of the gear 51, the aforementioned tension and thus the backlash-free connection between the flywheel and the base frame 7 is maintained. This connection remains during the start phase 2> of the satellite carrying the base frame, so that acceleration and vibration forces are kept away from the gimbals 3, 5 and bearings 4, 6. After completion of the start-up phase the rotational direction of the motor 50 so reversed, so that the spindle 52 back to its end position (in accordance with right half in Figure 4) is turned back is to dissolve the said compound. If during the mission time of the flywheel disturbances arise in the frame system, the flywheel can be fixed again with respect to the base frame, as already described, by turning the spindle up again, and the flywheel can be used as a stabilizing gyro. It should be noted that in this embodiment by means of the printing plates, the <o flywheel is placed in its neutral position, so that even when interferences of the arranged to the frame torquer and position sensors, as well as in the electrical position control loops, the fixing of the flywheel is feasible -T5

In F i g. 5 ist ein viertes Ausführungsbeispiel für die Verbindungselemente zwischen Grundrahmen 7 und Rahmen 3 dargestellt, enthaltend einen auf dem Grundrahmen 7 angeordneten Motorantrieb 71, mit welchem über ein selbsthemmendes Getriebe 72 eine Hülsenmutter 73 in Richtung der Längsachse 2 verschiebbar istIn Fig. 5 is a fourth exemplary embodiment for the connecting elements between the base frame 7 and Frame 3 shown, containing a motor drive 71 arranged on the base frame 7, with which a sleeve nut 73 in the direction of the longitudinal axis 2 via a self-locking gear 72 is movable

Die genannte Hülsenmutter 73 weist ein Innengewinde 75 auf, mit welchem sie mit einem Außengewinde 76 einer Welle 78 in Eingriff steht, wobei die Welle 78 fest mit dem Grundrahmen 7 verbunden ist. Die Hülsenmutter 7.3 ist weiterhin in axialer Richtung in einem Kronenrad 81 verschiebbar geführt, welches über ein Kronenrad 82 mit dem Getriebe 72 in Verbindung steht. Es ist weiterhin eine Druckplatte 80 vorgesehen, welche mittels Bolzen 84 gegenüber dem Kronenrad 81 drehfest verbunden ist. Mittels der Federn 85 wird die Druckplatte 80 gegen einen in der Welle 78 befestigten Sicherungsring 86 gedrückt. Auf dem Rahmen 3 ist ein Bauteil 87 sowie ein Gewindebolzen 88 mit Außengewinde 89 angeordnet. Befindet sich die Hülsenmutter 73 in der gezeichneten unteren Endstellung, so ist das Schwungrad über die Rahmen 3, 5 gegenüber dem Grundrahmen 7 kardanisch gelagert.Said sleeve nut 73 has an internal thread 75, with which it is connected to an external thread 76 a shaft 78 is in engagement, the shaft 78 being fixedly connected to the base frame 7. The sleeve nut 7.3 is also guided displaceably in the axial direction in a crown gear 81, which has a Crown gear 82 is connected to the transmission 72. There is also a pressure plate 80 is provided which is connected non-rotatably with respect to the crown gear 81 by means of bolts 84. By means of the springs 85 is the Pressure plate 80 pressed against a locking ring 86 fastened in shaft 78. On the frame 3 is a Component 87 and a threaded bolt 88 with an external thread 89 are arranged. Is the sleeve nut 73 in the lower end position shown, the flywheel is on the frame 3, 5 opposite the Base frame 7 gimbaled.

Durch Ansteuern des Motors 71 mittels der Energiequelle 90 wird das Kronenrad 81 in Drehung gebracht und die Hülsenmutter 73 in Richtung der Längsachse 2 nach oben gedreht. Gleichzeitig wird aufgrund der Federn 85 die Druckplatte 80 nach oben verschoben. Befindet sich das Schwungrad nicht in seiner Nullstellung und nimmt das Bauteil 87 beispielsweise die gestrichelt gezeichnete Stellung ein, so wird nach dem Anliegen der Druckplatte 80 an die untere Stirnfläche 93 des Bauteiles 87 dieses mit der weiteren Aufwärtsbewegung der Druckplatte 80 in die eingezeichnete Nullstellung gebracht. Anschließend gelangt die Hülsenmutter 73 mit dem Gewindebolzen 88 in Eingriff. Hat die obere Stirnfläche 94 der Hülsenmutter die Bodenfläche 95 des Bauteiles 87 erreicht, so werden die Gewindeteile der Hülsenmutter 73 gegenüber denen des Bolzens 88 sowie der Welle 78 verspannt, bis infolge des anwachsenden Stromes des Motors 71 die Strombegrenzungseinrichtung 91 den Motor von der Energiequelle 90 abschaltet. Somit ist entsprechend der Ausführungsbeispiele nach Fig.3, 4 eine Verbindung zwischen Rahmen 3 und Grundrahmen 7 hergestellt. Zum Lösen der genannten Verbindung wird die Drehrichtung des Antriebsmotors 71 umgekehrt, so daß die Hülsenmutter 73 nach unten gedreht wird. Hat die Hülsenmutter die dargestellte untere Endstellung erreicht und wird sie an den Grundrahmen 7 angedrückt, so wird mittels der Strombegrenzungseinrichtung 91 genau wie bei den Ausführungsbeispielen nach F i g. 3, 4 der Antriebsmotor abgeschaltet Treten während der Missionszeit Störungen im Rahmensystem auf, so kann — wie bereits beschrieben — das Schwungrad in seine Nullstellung gebracht und gegenüber dem Grundrahmen 7 festgesetzt werden. Zusätzliche Maßnahmen oder Vorrichtungen sind dabei, ebenso wie beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 4, nicht erforderlich. Damit ist die weitere Verwendung des Schwungrades als Stabilisierungskreisel ermöglichtBy controlling the motor 71 by means of the energy source 90, the crown gear 81 is rotated brought and the sleeve nut 73 rotated in the direction of the longitudinal axis 2 upwards. At the same time will due to the springs 85, the pressure plate 80 is moved upwards. If the flywheel is not in its zero position and if the component 87 assumes, for example, the position shown in dashed lines, then after the pressure plate 80 rests against the lower end face 93 of the component 87, this with the other Upward movement of the pressure plate 80 brought into the drawn zero position. Subsequently arrives the sleeve nut 73 with the threaded bolt 88 in engagement. Has the upper face 94 of the sleeve nut reaches the bottom surface 95 of the component 87, the threaded parts of the sleeve nut 73 are opposite to those of the bolt 88 and the shaft 78 are braced until, as a result of the increasing current of the motor 71, the Current limiting device 91 switches off the motor from the energy source 90. Thus, according to the Embodiments according to Figure 3, 4 a connection between frame 3 and base frame 7 is established. To release the connection mentioned, the direction of rotation of the drive motor 71 is reversed, so that the sleeve nut 73 is rotated downwards. If the sleeve nut has the illustrated lower end position reached and if it is pressed against the base frame 7, then by means of the current limiting device 91 exactly as in the exemplary embodiments according to FIG. 3, 4 the drive motor is switched off If disturbances in the framework system occur during the mission time, then - as already described - that The flywheel is brought into its zero position and fixed in relation to the base frame 7. Additional measures or devices are included, as is the case with the exemplary embodiment according to FIG. 4, no necessary. This enables the flywheel to continue to be used as a stabilization gyro

Hierzu S Blatt ZeichnungenSee S sheet drawings

230230/113230230/113

Claims

Patent claims:

1. Device for supporting and aligning a gimbal assembly, in particular a flywheel is arranged movably with respect to a base frame, with on the base frame arranged releasable connecting elements, d a through characterized in that at least two support walls or plates (9) are provided as connecting elements, which with their lower ends are arranged in the base frame (7), and that the gimbal frame carrying the flywheel (1) (3) has receiving surfaces or grooves (15) in which the support walls or plates with their upper ends engage in such a way that a direct mechanical connection between the Cardan frame (3) and the base frame (7) is present.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the plates (9) at the upper ends inwardly to the longitudinal axis (2) of the flywheel (1) have lugs (14) which have an im have substantially semicircular cross-section that the lugs (14) in triangular or trapezoidal grooves (15) of the cardan frame (3) engage, and that the plates (9) on the lower The ends have outwardly directed lugs (10) which are inserted into grooves (11) of the base frame (7) intervention.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that symmetrically to the longitudinal axis (2) of the flywheel (1) four essentially flat plates (9) are provided, the lower ends of which in a recess (12) of the base frame (7) engage, wherein the recess (12) is a substantially Has a square base

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the plates (9) are arranged braced against one another by means of a wire cable (21), the plates being with their contact surfaces running essentially parallel or slightly inclined to the longitudinal axis (2) Support (18) against each other.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that at least one pyrotechnic element (23) is provided for actuating a separating device for the wire rope (21) and that between the plates (9) and the base frame (7) springs (20) are provided, by means of which the plates (9) be pulled onto the base frame (7) after actuating the separating device.

6. Device for supporting and aligning a gimbal arrangement in which in particular a flywheel is arranged movably with respect to a base frame, with on the base frame arranged releasable connecting elements, consisting of a drive device and an in Direction of the longitudinal axis of the flywheel movable spindle or shaft, characterized in that the spindle (52) or a sleeve (35; 73) connected to the shaft (33; 78) has a thread (58; 36; 75) has and that the flywheel (1) supporting the cardan frame (3) has a component (63; 39; 87) with a Has thread (64; 40; 89) into which said spindle (52) or sleeve (35; 73) with the Thread (58; 36; 75) engages so that a direct mechanical connection between the gimbal frame (3) and the base frame (7) is available.

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that between the drive device (50; 31; 71) and spindle (52) or shaft (33; 78) are connected to a gear (51; 32; 72) with a self-locking effect is.

8. Apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that to limit the axial Movement of the spindle (52) or sleeve (35; 73) stops in the form of mutually opposite stops Surfaces (65; 44; 95) on the cardan frame (3) and surfaces (68; 43; 94) on the spindle (52) or the Sleeve (35, 73) are provided and that for the drive device designed as an electric motor (50; 31; 71) a current limiting device (66; 42; 91) is provided.

9. Device according to one of claims 6 to 8, characterized in that a pressure plate (61) is provided at the upper end of the spindle (52), which on the cardan frame (3) a component (63) with an inner surface (69) in such a way is assigned that when the spindle (52) moves in the direction of the gimbal frame (3), the pressure plate (61) first rests on the inner surface (69) and then the gimbal frame (3) is brought into its zero position.

10. Device according to one of claims 6 to 8, characterized in that with the sleeve (73) a pressure plate movable in the direction of the longitudinal axis (2) (80) is connected to which a component (87) with an end face (93) is assigned on the cardan frame (3) in such a way that at Movement of the sleeve (73) in the direction of the cardan frame (3) first of all on the pressure plate (80) the end face (93) rests and then the cardan frame (3) is brought into its zero position will.