DE2436006A1

DE2436006A1 - Locking device for gyroscope gimbals - prevents damage to bearings when subjected to large inertia forces

Info

Publication number: DE2436006A1
Application number: DE2436006A
Authority: DE
Inventors: Dieter Ing Grad Rapp
Original assignee: Teldix GmbH
Current assignee: Rockwell Collins Deutschland GmbH
Priority date: 1974-07-26
Filing date: 1974-07-26
Publication date: 1976-02-12

Abstract

The gyroscope rotates about the axis in bearings mounted in the frame. The frame can pivot about an axis in bearings attached to the circular frame (7) which, in turn, can pivot about the axis (8) in bearings attached to the outer frame (1). The gyroscope is intended for the control of space craft and when in orbit each frame is free to rotate about its own axis. During the launch of the spacecraft the frames are locked by bolts (22) which are forced by electro-magnets into holes (26). This locking of the frames prevents damage to the bearings by the large inertia forces generated during launching.

Description

Festsetzvorrichtung für ein kardanisch gelagertes Schwungrad Die Erfindung betrifft eine Festsetzvorrichtung für ein kardanisch gelagertes Schwungrad insbesondere nach deutscher Patentanmeldung P 23 42 732.9, wobei die Schwungmasse des Rotors bezüglich des Stators oder eines Grundrahmens erretierbar ist. Fixing device for a gimbal-mounted flywheel Die The invention relates to a locking device for a gimbal-mounted flywheel in particular according to German patent application P 23 42 732.9, with the flywheel of the rotor can be locked with respect to the stator or a base frame.

Problemstellung: Kardanisch gelagerte Schwungräder werden in der Raumfahrttechnik zur Stabilisierung von Satelliten oder sonstigen Flugkörpern verwendet, wobei durch Drehzahländerungen des Schwungradmotors und mittels Stellgliedern an den Kardanachsen die Lagerregelung um die drei Raumachsen bewirkt wird. In der deutschen Patentanmeldung P 23 42 732.9 ist ein derartiges Schwungrad beschrieben, dessen Schwungmasse bezüglich eines Grundrahmens oder eines Stators arretierbar ist, so daß während der Startphase des Raumfalirzeuges die großen Massenkräfte von den Lagerungren des Schwungrades und der Rahmenstruktur ferngehalten werden. Während der eigentlichen Funktionszeit im Orbit ist das Schwungrad um die Raumachsen frei bewegbar. Treten jedoch im Rahmensystem Störungen auf, beispielsweise in den Stellgliedern an den Kardanachsen oder in den Lagerungen der Kardanrahmen, so kann trotz funktionsfähigem Schwungrad die Stabilisierung eines Satelliten nicht mehr beziehungsweise nur noch beschränkt ermöglicht werden.Problem: Cardanic flywheels are used in space technology used to stabilize satellites or other missiles, whereby by Speed changes of the flywheel motor and by means of actuators on the cardan axles the position control is effected around the three spatial axes. In the German patent application P 23 42 732.9 such a flywheel is described, the flywheel with respect to a base frame or a stator can be locked so that during the starting phase of Raumfalirzeuges the large inertial forces from the bearings of the flywheel and be kept away from the frame structure. During the actual working time in Orbit, the flywheel is freely movable around the spatial axes. However, occur in the framework Faults, for example in the actuators on the cardan axles or in the If the cardan frame is supported, the stabilization can be achieved despite a functional flywheel of a satellite can no longer be made possible or only to a limited extent.

Aufgabe und I,ösung Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde den genannten Nachteil zu vermeiden und mit einfachen Mitteln die Stabilisierung mittels des Schwungrades zu ermöglichen, wenn Störungen im Rahmensystem auftreten.Task and solution The invention is therefore based on the task to avoid the disadvantage mentioned and to stabilize with simple means to enable by means of the flywheel if malfunctions occur in the frame system.

Diesc Auf gabe wird gemäß den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst.Diesc task is according to the features of the first claim solved.

Vorteile und Weiterbildungen Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das Rahmensystem und damit auch das Schwungrad bezüglich des Grundrahmens, welcher von der Satel3iten - struktur getragen wird, festgesetzt. Das funktionsfähige Schwungrad kann somit weiterhin für den Sfteliiten oder Flugkörper in bekannter Weise als Stabilisierungskreisel verwendet werden. Die erforderlichen Festsetzelemente bedeuten nur einen geringen Mehraufwand, und können ohne beson.dc--re konstruktive Schwierigkeiten in bekannte Rahmensysteme eingebaut werden. Die Verbindungselemente können gemäß des zweiten Patentanspruchs symetrisch zu den Drehachsen angeordnet werden, um Unwuchten des Rahmensystems-wenn nötig-weitergehend zu vermeiden. Eine konstruktiv sehr einfache Ausbildung wird gemäß des dritten Patentanspruches geschaffen, wobei verschiebbare Bolzen - vorzugsweise elektromagnetisch - in entsqlDrechend ausgebildete Bohrungen des zugeordneten Rahmens eingeschoben werden und somit diesen festhalten Die genannten Bohrungen, Ausnehmungen oder dergleichen können direkt in den Rahmen eingebracht sein oder aber auch in zusatzliche Bauteile, welche mit den Ralimen fest verbunden sind.Da Störungen des Rahmensytems auch durch defekte Stellglieder (zum Beispiel Drehmomenterzeuger) verursacht werden können, ist ein Festsetzen der ausgelenkten Rahmen in der Nullstellung nur dann möblich , wenn die Rahmen zunächst sicher mit anderen Ilitteln in ihre Nullstellung gebracht werden. Dies geschicht in sehr vorteilhafter Weise durch Ausbildung der Bolzen oder Bohrungen gem-iß den Merkmalen des fünften Patentanspruches.Advantages and developments With the device according to the invention the frame system and thus also the flywheel with respect to the base frame, which is supported by the satellite structure. The functional one Flywheel can thus continue to be known for the sfteliiten or missile in Way to be used as a stabilization gyro. The necessary fixing elements only mean a little extra effort, and can be used without any special design Difficulties are built into known frame systems. The fasteners can be arranged symmetrically to the axes of rotation according to the second claim in order to further avoid imbalances in the frame system - if necessary. One very constructive simple training is according to the third claim created, with displaceable bolts - preferably electromagnetic - in corresponding trained bores of the associated frame are inserted and thus these hold on The named holes, recesses or the like can be directly Be introduced into the frame or also in additional components that with The ralimen are firmly connected. Because faults in the frame system are also caused by defective ones Actuators (for example torque generators) can be caused is a Fixing the deflected frame in the zero position is only possible if the Frame can first be safely brought into their zero position with other equipment. This history in a very advantageous manner by forming the bolts or holes according to the features of the fifth claim.

Ausführungsbeispiel Anhand des in der Zeichnung dargestellten Äusfüiirungs beispieles soll die Erfindung näher erläutert werden.Embodiment based on the Äusfüiirungs shown in the drawing example, the invention is to be explained in more detail.

Es zeigen: Fig. 1 - eine schematische Aufsicht auf ein Außen-Kardanrahmensystems für ein Schwungrad mit vier Festsetzelementen Fig. 2 - einen Schnitt durch eine Lagerstelle des Kardanrahmensystems mit einem Festsetzelement Das Rahmensystem gemäß Fig. 1 enthalt einen Grundrahmen 1, welcher rit einem Satelliten starr verbunden werden kann.1 shows a schematic plan view of an outer cardan frame system for a flywheel with four locking elements Fig. 2 - a section through one Bearing point of the cardan frame system with a fixing element The frame system according to Fig. 1 contains a base frame 1 which is rigidly connected to a satellite can be.

Ilierzu sind Bohrungen 2 bis 5 vorgesehen. Ein Kardanrahmen 7 ist bezüglich des Grundrahmens 1 um die Achse 8 drehbar angeordnet, während ein weiterer Kardaniahmen 9 bezüglich des Rahmens 7 um die Achse 10 drehbar angeordnet ist. Zur Befestigung eines Schwungrades 11 auf dem Rahmen 9 dienen die Schrauben 12 bis 15, wobei die Drehachse 16 des Schwungrades senkrecht zur Achse 10 verläuft. In der Grundstellung des Schwungrades stehen die genannten Achsen 8, 10, 16 senkrecht zueinander. Symmetrisch zur Achse 8 sind an den äußeren Enden des Rahmens 1 Festsetzelemente 17, 18 und symmetrisch zur Achse 10 sind an den äußeren Enden des Rahmens 9 Festsetzelemente 19,'20 vorgesehen, wobei die genannten Festsetzelemente auch polarsymetrisch zur Achse 16 angeordnet sind. Obgleich zum Festsetzen der Rahmen pro Achse jeweils nur ein Festsetzelement erforderlich. wäre, ist wegen der Unwuchtforderungen insbesondere für Tests im 19- Feld die angegebene symmetrische Anordnung sehr vorteilhaft. Die genannten Festsetzelemente enthalten elektroinagnetisch botätigbare Bolzen 21 bis 24, welche in die jeweils gegenüberliegenden, radial gerichteten Bohrungen 25 bis 28 der Rahmen 7 beziehungsweise 9 einschiebbar sind, um die Rahmen gegebenenfalls in der vorgegebenen Postition festzuhalten.Holes 2 to 5 are provided for this purpose. A gimbal frame 7 is rotatable about the axis 8 with respect to the base frame 1 arranged, while another Kardaniahmen 9 can be rotated about the axis 10 with respect to the frame 7 is arranged. To attach a flywheel 11 on the frame 9 are used Screws 12 to 15, the axis of rotation 16 of the flywheel being perpendicular to the axis 10 runs. In the basic position of the flywheel are the axes mentioned 8, 10, 16 perpendicular to each other. Symmetrical to the axis 8 are at the outer ends of the Frame 1 fixing elements 17, 18 and symmetrical to the axis 10 are on the outer Ends of the frame 9 fixing elements 19, '20 provided, said fixing elements are also arranged polar symmetrically to the axis 16. Although for setting the framework only one locking element required per axis. is because of the unbalance claims The specified symmetrical arrangement is particularly advantageous for tests in the 19 field. The aforementioned fixing elements contain bolts 21 which can be electromagnetically actuated to 24, which in the respective opposite, radially directed bores 25 to 28 of the frame 7 or 9 can be inserted to the frame if necessary to be held in the specified position.

In Fig. 2 ist ein Schnitt; durch die in Fig. 1 rechts liegende Magerstelle des Rahmens 7 bezüglich des Grundrahmens 1 dargestellt, wobei zwischen den Rahmen ein Kugellager 30 vorgesehen ist. Das Festsetzelement 18 ist mittels eines Bügels 31 mit dem Grundrahmen 1 verbunden und als Hubmagnet ausgebildet, dessen Bolzen 22 bei Anlegen einer elektrischen Spannung an die Klemmen 33 einer Wicklung (nicht dargestellt) in Richtung des Pfeiles 35 verschiebbar ist. Mittels der Feder 36 wird der Bolzen zunächst in der gezeichneten Ruhestellung gehalten. Das vordere Ende des Bolzens 22 weist einen Konus 38 auf, während die gegenüberliegende Bohrung 26 des Rahmens 7 trichterähnlich erweitert ist. Durch Anlegen einer Spannung an die Klemme 33 wird der Bolzen 22 aus der ersten Ruhestellung in Richtung des Pfeiles 35 bewegt und in die Bohrung 26 geschoben. Es ist von besonderer Bedeutung, daß dies auch dann möglich ist, wenn der Rahmen 7 bezüglich der Achse 8 um einen Winkel verdreht ist und ein vorheriges Zurückdrehen des Rahmens in die Null stellung anderweitig nicht möglich ist. Aufgrund des konischen Endes 38 und der trichterähnlichen Erweiterung der Bohrung 26 wird somit beim Bewegen des Bolzens 22 der Rahmen 7 zunächst in die Nullstellung gebracht und anschließend in dieser festgehalten. Der Bolzen wird dabei in seiner zweiten Ruhestellung verriegelt, wobei die mittels einer Feder 42 vorgespannte Kugel ll-1 in die Ausnehmung 40 eingreift. Im übrigen entsprechen die Festsetzelemente 17, 19, 20 in Aufbau und Funktion dem oben beschriebenen Festsetzelement. Um mit möglichst geringem Leistungsbedarf das Festsetzen der Rahmen zu ermöglichen, ist es zweckmäßig die Festsetzelemente erst bei stillstehendem Schungrad zu betätigen, da auf dicse Weise Kreiselemente nicht zu überwinden sind. Das anschliessend wieder in Betrieb zu nehmende Schwungrad ist dann mit dem Grundrahmen 1 und mit der Satellitenstruktur starr verbunden und als Stabilisierungskreisel wirksam. Andererseits ist das Stillstehen des Schwungrades nicht unbedingt erforderlich; es kann bei geringer Leistung auch der FestseLzvorgang gegen das Kreiselmoment arbeitend vorgenoLamen werden, wenn die Stabilisierungsfunktion des Kreisels im Satelliten nicht unterbrochen werden soll und ein Stillstehen des Schwungrades somit nicht er-riiischt ist.In Fig. 2 is a section; by the lean site on the right in FIG. 1 of the frame 7 with respect to the base frame 1, wherein between the frame a ball bearing 30 is provided. The fixing element 18 is by means of a bracket 31 connected to the base frame 1 and designed as a lifting magnet, the bolt 22 when an electrical voltage is applied to the terminals 33 of a winding (not shown) is displaceable in the direction of arrow 35. By means of the spring 36 is the bolt initially held in the rest position shown. The front end of the bolt 22 has a cone 38, while the opposite bore 26 of the frame 7 is expanded like a funnel. By applying a voltage to the Terminal 33 is the bolt 22 from the first rest position in the direction of the arrow 35 moves and pushed into the bore 26. It is special Meaning that this is also possible when the frame 7 with respect to the axis 8 is rotated by an angle and a previous turning back of the frame in the Otherwise zero setting is not possible. Due to the conical end 38 and the funnel-like expansion of the bore 26 is thus when the bolt is moved 22 of the frame 7 first brought into the zero position and then in this held. The bolt is locked in its second rest position, with the ball 11-1, which is prestressed by means of a spring 42, engages in the recess 40. Otherwise, the fixing elements 17, 19, 20 correspond in structure and function to the locking element described above. In order to achieve the To enable the frame to be set, it is only appropriate to use the setting elements To be operated when the flywheel is at a standstill, since circular elements are not in this way to be overcome. The flywheel to be put back into operation is then rigidly connected to the base frame 1 and to the satellite structure and as Stabilization gyro effective. On the other hand, there is the standstill of the flywheel not necessarily required; the seizure process can also occur when the power is low working against the gyroscopic torque when the stabilization function of the gyro in the satellite should not be interrupted and the Flywheel is therefore not erased.

- Patentansprüche - claims

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Device for a cardan bearing Flywheel in particular according to German patent application P 23 42 732.9, the The rotor's flywheel can be locked in relation to the stator or a base frame is, characterized in that locking elements are provided on the frame, by means of which the frames to each other and thus the degree of swelling in any or predetermined position can be brought and / or locked.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that preferably two fixing elements symmetrically to j ender frame axis at the outer ends of the Frame are arranged.

5. Vorxiclltung according to claim 1 or 2, characterized in that the fixing elements a displaceable part, which is preferably designed as a bolt is, have wel Ches arranged on the respective outer or inner frame is and that the associated inner or outer Rablnerl and / or on this frame arranged components have a bolting, recess or tension, in which the entire part can be inserted without play

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the entire part is preferably, in particular by means of a lifting magnet can be actuated.

t). Device according to claim 3 or 4, characterized in that the movable part is designed as a cylindrical bolt, which is on the front The end has a cone, and / or the associated bore widens in a funnel shape is.

6. Device according to one of claims 3 to 5, characterized in that that the bolts by means of springs or locking elements in a can be determined from two end positions, the frame in the first end position are rotatable about their axes and in the second end position in the predetermined position be held.

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that the connecting elements when the scroll wheel is stationary and / or rotating are operable.