DE3211908C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung eines an einem festen Gehäuse kardanisch gelagerten Elements, enthaltend wenigstens einen Kniehebel, wobei mittels des ersten Gelenk­ teils auf das kardanisch gelagerte Element eine Kraft aus­ übbar ist und das zweite Gelenkteil verschiebbar angeordnet ist.

Derartige kardanisch gelagerte Elemente bzw. Rahmensysteme werden vor allem in der Raumfahrttechnik vorgesehen, um An­ tennen, Solarzellen oder Schwungräder gegenüber dem Satelli­ ten um eine oder mehrere Drehachsen bewegbar anzuordnen. Da die genannten Bauelemente und das Rahmensystem eine je nach Ausbildung mehr oder weniger große Masse aufweisen und das Rahmensystem elastisch verformbar ist, liegt somit ein schwingungsfähiges System vor. Wenn der Satellit auf seine Flugbahn gebracht wird, so können insbesondere während der Startphase bei Resonanzen Belastungsspitzen auftreten, wel­ che das Rahmensystem zerstören und somit die Funktionsfähig­ keit des Satelliten in Frage stellen können. Es ist daher von der Anmelderin mit der deutschen Patentanmeldudng P 23 51 495.6 vorgeschlagen worden, eine starre Verbindung zwischen Rahmen und Gehäuse während der Startphase vorzuse­ hen. Auch eine derartige Vorrichtung erfordert eine relativ steife und somit schwere Ausbildung des Rahmensystems. In der Raumfahrttechnik muß aber die Forderung nach einem ge­ ringen Gewicht sowie geringe Bauvolumen erfüllt werden.

Aus der GB-PS 20 48 195 ist eine zeitweilige Verriegelung für einen magnetgelagerten Rotor bekannt, bei dem der Rotor außer mit den Magnetlagern noch mit zwei Notlagern ausgestattet ist. Die Notlager und zwei dem Rotor zugewandte, am Stator angeordnete, verbreiterte Zapfen sind auf den einander zugewandten Oberflächen abgeschrägt. Einer der Zapfen ist über eine Vorrichtung axial beweglich. Zur Verriegelung des Rotors wird der bewegliche Zapfen über die Vorrichtung axial nach außen bewegt, so daß die einander zugewandten abgeschrägten Oberflä­ chen der Notlager und der Zapfen mechanischen Kontakt miteinander bekom­ men und damit den Rotor blockieren.

Weiterhin ist aus der DE-OS 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 so­ mit ausreichend gesichert sein.

Die an das Rahmensystem befestigten Komponenten weisen in der Regel eine relativ hohe Masse auf, beispielsweise be­ sitzen Schwungräder eine Schwungmasse von bis zu 10 kg. Um die bei Schwingungen entstehenden hohen Kräfte aufzunehmen ist eine sehr gute Ankopplung des Rahmensystems an das Ge­ häuse erforderlich. Diese erfordert eine sehr hohe Spannung des Drahtseils und damit auch verformungssteife Verbindungs­ element. Ferner werden zur Rückstellung der Verbindungsele­ mente vier Einzelfedern benötigt, bei Ausfall bzw. Bruch einer Feder ist der Einsatz des gesamten Systems gefährdet.

Aufgabe der Erfindung ist es mit wenigen und gewichtssparen­ den Bauelementen eine Vorrichtung zu schaffen, die mit ein­ fachen Mitteln hohe Feststellkräfte ausüben kann und eine hohe Betriebssicherheit gewährleistet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zwischen dem karda­ nisch 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 Verformung der kardanischen Lagerung und/oder des kardanisch gelagerten Elements geschlossen und eine reib- oder formschlüssige Verbindung hergestellt wird.

Das erfindungsgemäße Rahmensystem zeichnet sich durch eine hohe Funktionssicherheit und durch einen kompakten platz- und gewichtssparenden Aufbau aus. Den zu erwartenden Kräften bei Vibrationen oder Schwingungen wird nicht durch eine stei­ fe Ausbildun des Rahmensystems, sondern in vorteilhafter Weise durch die genannte Verspannung von Rahmen und Gehäuse begegnet. Eine konstruktiv besonders leicht herstellbare und weiterhin an die zu erwartenden Beanspruchungen gut anpaß­ bare Lösung wird darin gesehen, den Rahmen im wesentlichen als Hohlzylinder auszubilden, in welchem die gesamte Vor­ richtung Platz findet. Ausnehmungen in dem Hohlzylinder die­ nen dazu, die Kräfte die einer oder mehrere Kniehebel aus­ üben, aufzunehmen und auf das kardanisch gelagerte Element zu übertragen.

In einer günstigen Ausbildungsform ist vorgesehen, mit einem Drahtseil die Kniehebel zu spannen und weiterhin eine Trenn­ vorrichtung 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 Anlage­ flächen von Rahmen und Gehäuse bei einer reibschlüssigen Verbindung, d. h. kugelförmige Ausbildung der Anlageflächen sowie die Berührungsflächen der Verbindungselemente derart auszubilden und anzuordnen, daß in den genannten Flächen Reibungsenergie umsetzbar ist. Werden die Anlageflächen von Rahmen und Gehäuse kegelförmig ausgebildet, dann entsteht eine besonders sichere formschlüssige Verbindung.

Um eine bestimmte Kraft durch die Kniehebel aufzubringen, - eine Variation der Kraft ist durch unterschiedliche Ver­ wendungszwecke nötig -, ist das zweite Gelenkteil mit einem Gewinde versehen 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 Figur zeigt einen Längschnitt durch ein Rahmensystem.

Das Rahmensystem gemäß der Figur enthält ein Gehäuse 1, das einen ersten Rahmen 2 trägt. Das Gehäuse ist mit hier nicht sichtbaren gabelförmigen Ansätzen versehen in denen Lagerun­ gen angeordnet sind, den Rahmen 2 um den Drehpunkt 3 beweg­ lich halten. Der Rahmen 2 besitzt ebenfalls Lagerungen 4, 5 in denen ein mit Achsstummel 6, 7 versehener 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 gerin­ ger Luftspalt 9 der lediglich so groß gewählt wird, daß eine freie Bewegung des Rahmens 8 gewährleistet ist. Um während der Startphase des Satteliten bei der große Schwingungen und Stöße auftreten, das Rahmensystem das ja ein schwingfähiges Gebilde darstellt, nicht zu beschädigen, ist es erforder­ lich, dieses fest mit dem Gehäuse zu verbinden. Auf der Zeichnung ist rechts der Symmetrielinie die Arretierung wäh­ rend der Startphase gezeigt, während auf der linken Seite der Normalfall, d. h. ein frei bewegliches Rahmensystem dar­ gestellt ist.

Ein Kniehebel enthält ein erstes Gelenkteil 10, das einen nasenförmigen Ansatz 12 aufweist. Das Gelenkteil ist auf der einen Seite drehbar an einer an dem Gehäuse 1 angeordneten Grundplatte 24 befestigt, während an der 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 Ge­ winde und ist auf einen Bolzen 14 aufgeschraubt. Die Hülse 13 wird mit einer Feder 15 gegenüber dem Gehäuse 1 abge­ stützt. Die Hülse 13 und die Grundplatte 24 weisen Bohrungen auf in die ein Drahtseil 16 mit kugelförmig ausgebildeten Enden 17, 18 (zur Vermeidung eines Druchrutschens des Seils) durchgeführt ist. An der Grundplatte 24 ist eine Trennvor­ richtung 19 befestigt, die mittels eines pyrotechnischen Elements betätigbar ist und das Drahtseil 16 durchtrennen kann. Zur Erläuterung der Funktionsweise des Rahmensystems sei folgendes ausgeführt:

Während der Startphase 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 Funktion 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 Lageänderung der Hülse beruht allein auf einer elastsichen Verformung der karda­ nischen Lagerteile. Durch diese Krafteinwirkung entsteht zwischen Hülse 8 und Gehäuse 1 an den Anlageflächen 21, 22 aufgrund der kegeligen Ausbildung der Anlageflächen eine formschlüssige Verbindung. Zusätzlich wird durch das Ein­ greifen des nasenförmigen Ansatzes in die Aussparung 20 ebenfalls eine formschlüssige Verbindung erwirkt.

Soll die kardanische 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 be­ wirkt das Entspannen des Kniehebels. Der Kniehebel geht da­ raufhin in die auf der linken Figurenseite gezeigten Stel­ lung. Zwischen den Anlageflächen 21, 22 entsteht der Luft­ spalt 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 ent­ sprechende Ausnehmungen der Hülse 8 eingreifen.

Es wurde hier nur eine Ausführungsform der Erfindung darge­ stellt. Selbstverständlich ist es beispielsweise auch mög­ lich, 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, er­ reicht.

Claims (10)

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 Spannstellung des Kniehebels der Luftspalt (9) durch das Spannen des Kniehebels aufgrund elastischer Verformung der kardanischen Lagerung und/oder des kar­ danisch gelagerten Elements (8) geschlossen und eine reib- oder formschlüssige Verbindung hergestellt wird.

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. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das zweite Gelenkteil (11) in der Spannstellung mittels eines Drahtseiles (16) gehalten wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Trennvorrichtung (19) für das Drahtseil (16) vorgesehen ist, welche insbesondere mittels wenig­ stens eines pyrotechnischen Elements betätigbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einer gelösten Stellung des Kniehebels das kardanisch gelagerte Element (8) bezüglich des Gehäuses (1) frei beweglich ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder (15) vorgesehen ist, welche den Kniehebel in die gelöste Stellung bewegt.

7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die im Luftspalt (9) sich gegenüber­ liegenden Berührungsflächen (21, 22) einem hohen Reibkoef­ fizienten aufweisen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die im Luftspalt sich gegenüberlie­ genden Berührungsflächen kegelförmig ausgebildet sind.

9. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise vier Kniehebel an der Grundplatte (24) angeordnet sind und in entsprechende Aus­ nehmungen (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.