DE3211908A1 - Vorrichtung zum arretieren eines an einem festen gehaeuse kardanisch gelagerten elements - Google Patents

Description

• Vorrichtung zum Arretieren eines an einem festen
• Gehäuse kardanisch ge.lagerten Elements Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung eines an einem festen Gehäuse kardanisch gelagerten Elements, enthaltend wenigstens einen Kniehebel,. wobei mittels des ersten Gelenkteils auf das kardanisch gelagerte Element eine Kraft aus übbar ist und das zweite Gelenkteil verschiebbar angeordnet ist.
• Derartige kardanisch gelagerte Elemente bzw. Rafimensysteme werden vor allem in. der Raumfahrttechnik vorgesehen, um Antennen, Solarzellen oder Schwungrader gegenüber dem S'atelliten um eine oder mehrere Drehachsen bewegbar anzuordnen. Da die genannten Bauelemente und das Rahmensystem eine je nach.
• Ausbildung mehr oder wenige große Masse aufweisen und das Rahmen-system elastisch verformbar ist, liegt somit ein schwingungsfähiges System vor. Wenn der Satellit auf'seine Fl'ugbahn gebracht wird, so können i.nsbesondere während der Startphase bei Resonanzen Belastungsspitzen auftreten, welche das Rahmensystem zerstören und somit die Funktionsfähigkeit des Satelliten-in Frage stellen können. Es ist daher von der Anmelderin mit der deutschen Patentanmeldung P 23 51 495.6 vorgeschlagen worden, eine starre Verbindung zwischen Rahmen und Gehäuse während der Startphase vorzusehen. Auch eine derartige Vorrichtung erfordert eine relativ steife und somit schwere Ausbildung des Rahmensystems. In der Raumfahrttechnik muß aber die Forderung nach einem geringen Gewicht sowie geringe Bauvolumen erfüllt werden.
• Weiterhin ist aus der DE.-DS 27 24 004 eine Befestigung für ein Rahmensystem bekannt,' bei der mit einem Drahtseil vier Verbindungselemente an das Rahmensystem gepreßt werden. Das Rahmensystem wird dabei an das Gehäuse gedrückt und soll somit ausreichend gesichert sein.
• Die an das Rahmensystem befesti'gten Komponenten weisen in der Regel eine relativ hohe Mass.e auf,- beispielsweise besitzen Schwuncräder eine Schwungmasse von bis zu 10 kg. Um die bei Schwingungen entstehenden hohen Kräfte aufzunehmen ist eine sehr gute Ankopplung des Rahmensystems an das Gehäu,se erforderlich. Diese erfordert eine sehr hohe Spannung des Drahtseils und damit auch verformungssteife Verbindungselement. Ferner werden zur Rückstellung der Verbindungselemenge'vier Einzelfedern benötigt, bei Ausfall bzw. Bruch einer Feder ist der Einsatz des gesamten Systems gefährdet.
• Aufgabe der Erfindung iet es mit wenigen und gewichtssparenden Bauelementen eine Vorrichtung. zu schaffen, die mit einfachen Mitteln hohe'Feststelikräfte ausüben kann und eine hohe Betriebssicherheit gewährleistet.
• Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zwischen dem kardanisch gelagerten Element und dem festen Gehäuse ein geringer Luftspalt besteht, daß in einer Spannstellung des Kniehebels der Luftspalt durch 'das Spannen des.Kniehebels aufgrund elastischer Yerfcrmung der kardanischen Lagerung und/oder des:kardant sch gelagerten Elements geschlossen und eine reib- oder formschlüssice 'Verbindung hergestellt wird.
• Das erfindungsgemäße Rahmensystem zeichnet sich durch eine hohe Funktionssicherheit und durch einen kompakten platz-und gewichtssp-arenden Aufbau aus. Den zu erwartenden Kräften bei Vibrationen oder Schwingungen wird nicht durch eine .steife Ausbildung'des Rahmensystems, sondern in vorteilha.fter Weise durch die genannte Verspannung von Rahmen und Gehäuse begegnet. Eine konstruktiv besonders leicht herstellbare und weiterhin an die zu erwartenden Beanspruchungen gut anpaßbare Lösung wird darin gesehen, den Rahmen im wesentlichen als Hohizylinder auszubilden, in welchem die gesamte Vorrichtung Platz findet. Ausnehmungen in dem Hohl zylinder dienen dazu, die Kräfte die einer oder mehrere Kniehebel aus-' üben, aufzunehmen und auf das'kardanisch gelagerte Element zu übertragen.
• In einer günstigen Ausbildungsform ist vorgeseh'en, mit einem Drahtseil die Kniehebel zu spannen und weiterhin eine Trennvorrichtung anzuordnen, die das Drahtseil durchtrennt und somit ein Lösen der Kniehebel bewirkt. Dieses Lösen wird unterstützt durch eine Feder die die Kniehebel dann in der gelösten hält.
• Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Anlageflächen von Rahmen und Gehäuse bei einer reiSschlüssigen Verbindung, d.h. kugelförmige Ausbildung der Anlageflächen sowie die Berührungsflächen der Verbindungselemente derart auszubilden und anzuordnen, .daß in den genannten. Flächen Reibungsenergie umsetzba-r ist. Werden die Anlageflächen von Rahmen und Gehäuse kegelförmig ausgebildet, dann entsteht eine besonders sichere formschlüssige Verbindung.
• Um eine bestimmte Kraft du.rch 'die Kni'ehebel aufzubringen, - eine Variation der Kraft ist durch unterschiedliche Verwendungszwecke nötig -, ist das zweite Gelenkteil mit einem Gewinde ver.sehen und kann auf einer Hülse die ebenfalls ein Gewinde aufweist verschoben werden, so daß bei konstanter Drahtlänge beliebige Kräfte einstellbar sind.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
• Die Fig: zeigt einen Längsschnitt durch ein Rahmensystem.
• Das Rahmensystem' gemäß der Fig. enthält ein Gehäuse 1, das einen 'ersten Rahmen 2 trägt. Das Gehäuse ist-mit hier nicht sichtbare.n gabelförmigen Ansätzen versehen in denen Lagerungen angeordnet.sind, den Rahmen 2 um den Drehpunkt 3 beweglich halten. Der Rahmen 2 besitzt ebenfalls Lagerungen 4,5 in denen ein mit Achsstummel 6,7 ver.sehener hohlzylindri-.
• scher innerer Rahmen 8, um die Achse 23 drehbar, gelagert ist. Der kardanisch gelagerte Rahmen 8 dient zur Aufnahme von Antennen, Stabilisierungselementen u.ä. Zwischen dem Gehäuse 1 und dem Rahmen 8 besteht im Normalfall ein geringer Luftspalt 9 der lediglich so groß gewählt wird, daß ei'ne freie Bewegung des Rahmens 8 gewährleistet ist. Um während der Startphase des Satelliten bei der große Schwingungen und Stöße auftreten, das Rahmensystem das ja ein schwingfähiges Gebilde darstellt nicht zu beschädigen, ist es erfordersich, dieses fest mit dem Gehäuse zu verbinden. Auf der :Zeichnung ist rechts der Symmetrielinie die Arretierung während der Startphase gezeigt, während auf der linken Seite der Normalfall, d.h. ein frei bewegliches Rahmensystem dargestellt ist.
• Ein Kniehebel enthält ein erstes Gelenkteil 10, das einen nasenförmigen Ansatz 12 aufweist. Das Gelenkteil ist auf der einen.Seite dreh'bar an einer an dem Gehäuse 1 angeordneten Grundplatte 24 befestigt, während an de.r gegenüberliegenden Seite ein zweites Gelenkteil 11 befestigt ist. Das zweite Gelenkteil 11 ist weiterhin an einer'Hülse 13 drehbar gela- gert. Die Hülse 13 besitzt eine Innenbohrung mit einem Gewinde und .ist auf einen Bolzen 14 aufgeschraubt.'Die Hülse 13 wird' mit einer Feder 15' gegenüber dem Gehäuse 1 abgestützt. Die Hülse 13 und die Grundplatte 24 weisen Bohrungen 'auf in die ein Drahtseil 16 mit'kugelförmig ausgebildeten Enden 17,18 (zur Vermeidung eines Durchrutschens des Seils) durchgeführt ist. An der Gru.ndplatte 24 ist eine Trennvorrichtung 19 befestigt, die mittels eines pyrotechnischen Elements btatigbar ist und das Drahtseil 16 durchtrennen kann. Zur Erläuterung der Funktionsweise des Rahmensystems sei folgenes ausgeführt: Während derStantphase ist das Drahtseil 16. gespannt, die Anordnung.hat die in der rechten Figurenseite gezeigte' Stellung. Durch das Spannen des Seils 16 wird die Feder 15 zusammengedrückt, dies'ist jedoch für die momentane Funk'tion' des Kniehebels unbedeutend. Das Gelenkteil 10 wird durch das Spannen in eine Stellung gebracht, in der der nasenförmige, Ansatz 12 in eine Aussparung 20 der'Hülse eingreift und die Hülse.gegen das Gehäuse 1 drückt. Die La.geänderung der Hülse beruht allein auf einer elastischen Verformung der kardanischen Lagerteile. Durch di'ese Krafteinwirkung entsteht zwischen Hülse 8 und.Gehäuse 1 an den Anlageflächen 21fit2 aufgrund der kegeligen Ausbildung der Anlageflächen eine formschlüssige Verbindung* Zusätzlich wird durch das Eingreifen des nasenförmigen Ansatzes in die Aussparung 20 ebenfalls eine formschlüssige Verbindung erwirkt.
• Soll die kardanisc.he Lagerung zur Wirkung kommen, d.h. Hülse.
• .8 ist gegenüber Gehäuse 1 frei beweglich} so wird durch einen elektrischen Impuls das pyrotechnische Element der.
• Trennvorrichtung 19 gezündet, eine hier nicht dargestellte Schneide durchtrennt das Drahtseil 16 und die. Feder 15 bewirkt das Entspanneff des Kniehebels. Der Kniehebel geht daraufhin in die auf der linken Figurenseite gezeigten Stellung. Zwischen den Anlageflächen 21,22 entsteht der Luftspalt 9 der für die Beweglichkeit der Hülse 8 erforderlich ist. Es ist natürlich möglich eine bessere Sicherung des kardanisch gelagerten Elements im gespannten Zustand dadurch zu erreichen, daß mehrere Kniehebel 10,11 verwendet werden, die sternförmig an der Hülse 13 angeordnet sind und in entsprechende Ausnehmungen der Hülse 8 eingreifen.
• Es wurde hier nur eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt; Selbstverständllch ist es beispielsweise auch möglich, das pyrotechnische Element 19 und/oder Teile der Spannvorrichtung der Kniegelenke außerhalb des Gehäuses 1 anzuordnen. Hiermit wird eine bessere Zugänglichkeit der Teile die eingestellt oder ausgetauscht werden müssen, erreicht.

Claims (9)

1. Patentansprüche 1. Vorrichtung zum Arretieren eines an einem festen Gehäuse kardanisch gelagerten Elements, enthaltend wenigstens einen Kniehebel, wobei mittels des ersten Gelenkteils des Kniehebels auf das kardanisch gelagerte Element eine Kraft ausübbar ist und das zweite Gelenkteil verschiebbar angeordnet ist,.dadurch gekennzeichnet, daß. zwischen dem kardanisch gelagerten Element (8) und dem festen Gehäuse (1) ein geringer Luftspalt (9) besteht, daß in einer Spannstellun'g des Kniehebels der Luftspalt (9) durch das -Spannen des Kniehebels aufgrund elastischer.

   Verformung der kardani'schen Lagerung und/oder des. kardann sich gelagerten Elements (8. geschlossen und eine reib- oder formsch3üssige Ve-rbind'ung h.ergestellt wird.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Gelenkteil (10) eine Nase (12) aufweist, die in der Spannstellung in Ausnehmungen (20) des kardanisch gelagerten Elements (8) eingreifen.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Gelenkteil ( in der Spannste-llung mittels eines Drahtseiles (16) gehalten wird.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Trennvorrichtung (19) für das Drahtseil (16). vorgesehen ist, welche insbesondere mittels wenigstens eines pyrotechnischen Elements betätigbar ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, ge k n n r e i zub n e t , daß in einer gelösten Stellung des Kniehebels das karaniscfi gelagerte Element (8) bezuglich des Gehäuses (1) frei beweglich ist.
6. 6. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder (15) vorgesehen ist, welche den Kniehebel in die gelöste Stellung bewegt.
7. 7. Vowrichtung.nach einem der vorheri n gen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die im Luftspalt.(9) sich gegenüberliegenden Berührungsflächen (21,22) einem hohen Reibkoeffizienten aufweisen.
8. '8; Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,.dadurch gekennzeichnet, daß die im Luftspalt sich gegenüberliegenden Berührungsflächen kegelförmig ausgebildet sind.
9. 9. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise vier Kniehebel an der Grundplatte (24) angeordnet sind und in entsprechende Ausnehmu.ngen (20) des kardanisch gelagerten Elements (8) eingreifen, wobei die Kniehebel gemeinsam spann- bzw.

   lösbar sind.-10. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Gelenkteil (11) über ein Gewinde an einer Hülse (14) befestigt ist, wobei durch Verdrehen der Hülse (14) die Spannkraft des Kniehebels einstellbar'ist.