DE3835465A1

DE3835465A1 - Vorrichtung zur kraeftefreien lagerung von bauelementen

Info

Publication number: DE3835465A1
Application number: DE19883835465
Authority: DE
Inventors: Eckart Dipl Ing Hettlage; George Dipl Ing Nielsen; Hermann Kiesewetter
Original assignee: Teldix GmbH
Current assignee: Rockwell Collins Deutschland GmbH
Priority date: 1988-10-18
Filing date: 1988-10-18
Publication date: 1990-04-19

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kräftefreien Lagerung von Bauelemen ten nach der Gattung des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Problemstellung und Stand der Technik

Bauelemente wie Spiegel oder Ähnliches mit hohen Anforderungen an die Ebenheit und Rauhigkeit (z.B. < λ/40), wie sie z.B. in der Raumfahrt verwendet werden, sind sehr empfindlich gegen Verbiegen aufgrund von Kräften, die über die Halte rung in die Bauelemente eingeleitet werden. Besonders große Kräfte treten bei unterschiedlicher Wärmeausdehnung der verschiedenen Materialien auf, z.B. zwi schen einer Halterung aus Aluminium (Ausdehnungskoeffizient α = 24,5× 10^-6/K) und einem Bauelement aus Zerodur oder Quarzglas (Ausdehnungskoeffizient ≈0).

Ein weiteres Problem ist die Steifigkeit der Aufhängung. Besonders bei Raum fahrtanwendung, wo starke Vibrationen verkraftet werden müssen.

Bisherige Lösungen sehen meist so aus, daß man als Material für die Halterung z.B. Invar wählt, um die Ausdehnung an die des Bauelements anzupassen. Eine weitere Möglichkeit ist eine Dreipunktlagerung mit einem festen Punkt und zwei schlittenartig geführten Punkten, die die unterschiedliche Ausdehnung ausglei chen.

Die erste Lösung hat den Nachteil, sehr schwer zu sein. Die zweite bietet nicht die nötige Festigkeit und birgt die Gefahr des Kaltverschweißens oder bringt Schmierprobleme.

Aufgabe und Lösung

Die Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile wie hohes Gewicht, zu geringe Festigkeit, die Gefahr des Kaltverschweißens sowie evtl. Schmierprobleme zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Lösung stellt eine steife Verbindung zwischen Bauelement und Halterung her. Sie kompensiert über einen weiten Temperaturbereich die unterschiedlichen Ausdehnungen von Bauelement und Halterung.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der Beschreibung.

Die drei Lagerstellen der Dreipunktlagerung sind symmetrisch auf den Umfang eines Kreises angeordnet.

Die erste Lagerstelle ist eine starre Verbindung zwischen Bauelement und Hal terung. Sie kann sehr massiv ausgeführt sein, da hier keinerlei Translations- oder Torsionsbewegungen zwischen Bauelement und Halterung auftreten.

Die Lagerstellen zwei und drei bestehen aus speziellen Verbindungselementen, die so angeordnet sind, daß sie die unterschiedlichen radialen Ausdehnungen von Bau element und Halterung durch Gleit- und Torsionsbewegung mitmachen, ohne dabei ihren Abstand zu ändern.

Sie sind einerseits mit der Halterung und andererseits mit dem Bauelement mit um getrennte jedoch zueinander und zur Kreisachse parallele Achsen verbunden.

Die z.B. von Gleitstiften oder Kreuzfedergelenken gebildeten parallelen Achsen der Verbindungselemente weisen dabei im Verhältnis zum Radius des Kreises gerin ge Abstände auf, wobei die Verbindungselemente mit einem Winkel von 60° zum je weiligen Radius des Kreises angeordnet sind.

Figurenbeschreibung

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrie ben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf die Halterung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit den darauf angeordneten Lagerstellen 1 bis 3,

Fig. 2 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Schnitt parallel zu der Linie A der Fig. 1,

Fig. 3 eine detaillierte Darstellung eines Verbindungselements, vergrößert,

Fig. 4 ein Diagramm,

Fig. 5 die Bewegung der Lagerstellen bei Temperaturerhöhung,

Fig. 6 eine detaillierte Darstellung der Lagerstelle 3, vergrößert.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf die Halterung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit den darauf angeordneten Lagerstellen 1 bis 3.

In Fig. 1 ist mit 4 die topfförmige, z.B. aus Aluminium bestehende Halterung, be zeichnet. Auf dem Boden der topfförmigen Halterung 4 sind symmetrisch auf dem Umfang eines Kreises 5 die drei Lagerstellen 1 bis 3 angeordnet. Die Lagerstelle 1 ist eine starre Verbindung zwischen Halterung 4 und dem in der Halterung 4 an geordneten Bauelement 7 (z.B. ein Spiegel) (siehe Fig. 2). Für die Lagerstelle 1 kann z.B. ein Stift gewählt werden, der beide Teile, Halterung 4 und Spiegel 7, fest miteinander verbindet.

Die Lagerstellen 2 und 3 bestehen aus Verbindungselementen 8 (siehe Fig. 3), welche je einen Verbindungshebel 11 und zwei z.B. Kreuzfedergelenke 12, 13 auf weisen. Die Kreuzfedergelenke 12, 13 sind diagonal auf der einen Seite mit dem, parallel zu den Torsionsachsen 9, 10 steifen, Verbindungshebel 11 und auf der anderen Seite mit dem Spiegel 7 oder mit der Halterung 4 verbunden. Die Torsions achsen 9, 10 der Kreuzfedergelenke 12, 13 müssen parallel zueinander und parallel zur Kreisachse 6 ausgerichtet sein.

Die Verbindungselemente 8 sind so auf dem Umfang des Kreises 5 angeordnet, daß die von Kreisachse und jeweiliger Lagerstelle 1 bis 3 gebildeten Radien r ₁, r ₂, r ₃ jeweils 120° zueinander stehen und die Verbindungshebel 11 im Ruhezustand der Vorrichtung einen Winkel von 60° zum entsprechenden Radius r ₂ bzw. r ₃ bilden.

Die Fig. 4 zeigt ein Diagramm, in dem die Längenänderung Δ 1 der Verbindungsele mente 8 in Abhängigkeit von der Temperaturänderung für einen bestimmten Abstand 1=20 mm der Torsionsachsen 9, 10 der Kreuzfedergelenkte 12, 13 dargestellt ist.

Man erkennt, daß im relevanten Bereich bei dem angenommenen Abstand 1=20 mm eine praktisch vernachlässigbar kleine Längenänderung von ca. 1 µm auftritt.

Fig. 5 zeigt die Bewegung der Lagerstellen bei Temperaturerhöhung.

Bei Annahme einer homogenen Erwärmung der topfförmigen Halterung 4, bewegen sich die mit der Halterung 4 verbundenen Kreuzfedergelenke 17 der Verbindungselemente 8 und die Lagerstelle 1 radial nach außen 19, 20 (bei r=0,15 m, Δ T=60°C und Material Aluminium ist Δ r=0,225 mm).

Der Spiegel dehnt sich über den Temperaturbereich nicht oder nur sehr wenig aus. Da die Lagerstelle 1 eine starre Verbindung ist, wird der ganze Spiegel 7 in der radialen Richtung von der Lagerstelle 1 mitgenommen, d.h. parallel verschoben. Die mit dem Spiegel 7 verbundenen Kreuzfedergelenke 16 verschieben sich ebenso in diese Richtung (siehe Fig. 6). Bei der Translationsbewegung der Verbindungs hebel 11 machen sie, bei realisierbaren Abmessungen der Vorrichtung, eine prak tisch vernachlässigbar kleine Längenänderung.

Bezugszeichenliste.

1 Lagerstelle 1
2 Lagerstelle 2
2 a am Bauelement gelagert
2 b an Halterung gelagert
3 Lagerstelle 3
3 a am Bauelement gelagert
3 b an Halterung gelagert
4 Halterung
5 Kreis
6 Kreisachse
7 Bauelement, z. B. Spiegel
8 Verbindungselement
9, 10 Torsionsachsen der Kreuzfedergelenke
11 Verbindungshebel
12, 13 Kreuzfedergelenke
14, 15 mit dem Bauteil bzw. mit der Halterung verbundenen Teile der Kreuzfedergelenke
16 mit dem Bauteil verbundenes Kreuzfedergelenk
17 mit der Halterung verbundenes Kreuzfedergelenk
18 Bewegungsrichtung des mit dem Bauteil verbundenen Kreuzfedergelenks bei Temperaturerhöhung
19 Bewegungsrichtung des mit der Halterung verbundenen Kreuzfedergelenks bei Temperaturerhöhung
20 Bewegungsrichtung der starren Verbindung bei Temperaturerhöhung

Claims

1. Vorrichtung zur kräftefreien Lagerung von Bauelementen mit hohen mechanischen Anforderungen an die Oberfläche (z.B. eines Spiegels), wobei die Bauelemente über eine Dreipunktlagerung an einer Halterung gelagert sind, dadurch ge kennzeichnet, daß die drei Lagerstellen (1 bis 3) der Dreipunktlagerung sym metrisch auf den Umfang eines Kreises (5) angeordnet sind, daß eine Lager stelle (1) eine starre Lagerung zwischen Bauelement (7) und Halterung (4) darstellt, daß die beiden anderen Lagerstellen (2, 3) je ein Verbindungsele ment (8) aufweisen, das einerseits mit der Halterung (4) und andererseits mit dem Bauelement (7) mit getrennte jedoch zueinander und zur Kreisachse (6) parallele Achsen (9, 10) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zueinander parallelen Achsen (9, 10) der Verbindungselemente (8) geringe Abstände zu einander aufweisen.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente (8) Kreuzfedergelenke (12, 13) aufweisen.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente (8) mit einem Winkel von 60° zum jeweiligen Radius des Kreises (5) angeordnet sind.