DE69604947T2

DE69604947T2 - Pneumatische Vorrichtung zur Verriegelung oder Entriegelung eines Rotors an einem Stator

Info

Publication number: DE69604947T2
Application number: DE69604947T
Authority: DE
Inventors: Christophe Bernus; Sylvain Leconte; Emmanuel Truchot
Original assignee: Alcatel SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1995-03-02
Filing date: 1996-02-12
Publication date: 2000-05-31
Anticipated expiration: 2016-02-13
Also published as: EP0729885A1; EP0729885B1; FR2731203B1; DE69604947D1; US6006871A; FR2731203A1; JPH08247182A

Description

Die Erfindung betrifft die sowohl axiale als auch radiale Lagestabilität eines Rotors gegenüber einem Stator, insbesondere bezüglich Vibrationen. Dieser Rotor ist z. B. Teil eines Reaktionsrades; es kann sich um ein Reaktionsrad für ein Raumfahrzeug handeln, in welchem Fall eine wirksame Verriegelung erfordert ist, insbesondere, um den während des Abschusses vom Boden erzeugten Vibrationen zu widerstehen.
Man kennt bereits mechanische Lösungen zur Sicherstellung einer solchen Verriegelung/Entriegelung.
So schlägt z. B. das Dokument FR-2 619 176 (oder das Dokument US-4 872 357 (AEROSPATIALE)) eine zeitweilige Lagestabilisierung des Rotors durch ein ringförmiges Kabel vor, das radial auf den Rotor Blockierungsarme anlegt, die mit Nocken versehen sind. Die Entriegelung erfolgt durch Kappen des Kabels.
Diese mechanischen Lösungen sind zufriedenstellend. Dennoch haben sie den Nachteil, komplex, teuer und mühsam zu sein, und nebenbei erlauben sie kaum Mehrfachzyklen des Verriegelns/Entriegelns (diese Notwendigkeit ist jedoch selten).
Ziel der Erfindung ist die Behebung der genannten Nachteile, und im Fall einer Stellung am Boden ermöglicht sie eine sehr einfache Fernsteuerung (unter dem Vorbehalt einfacher Anschlußoperationen).
Hierzu schlägt sie eine Vorrichtung für die Verriegelung und die Entriegelung eines Rotors gegenüber einem Stator, zumindest parallel zur Rotationsachse dieses Rotors, vor, aufweisend:
- einen transversal zur Achse angeordneten ringförmigen Rotorflansch,
- eine ringförmige Statoranlagefläche, die transversal zur Achse angeordnet ist und zumindest teilweise axial gegenüber dem ringförmigen Flansch angeordnet ist,
- eine bewegliche ringförmige Anlagefläche, die transversal zur Achse angeordnet ist und zumindest teilweise axial gegenüber dem ringförmigen Flansch auf der anderen Seite der ringförmigen Statoranlagefläche angeordnet ist, wobei diese ringförmige bewegliche Anlagefläche auf einem Druckring ausgespart ist, der radial an einem Statorabschnitt eingespannt ist und gegenüber diesem einen axialen Ausschlag ermöglicht,
- einen ringförmigen füllbaren Balg, der in diesem Statorabschnitt axial zwischen einem Boden des Statorabschnittes und dem Druckring eingefügt ist, wobei dieser Balg mit Mitteln zum Einlaß/Auslaß eines pneumatischen Fluids versehen ist.
Man wird erkennen, daß die Durchführung eines kontinuierlichen, einer ringförmigen Zone entsprechenden Flansches einen guten mechanischen Halt gewährleistet, der die Gefahren einer Vibrationserzeugung minimiert. Selbstverständlich ist die Lagestabilität umso besser, je größer der Flanschdurchmesser ist.
Das Interesse an der Verwendung einer pneumatischen Quelle für die Entriegelungsenergie, selbst im Zusammenhang mit dem Weltraumvakuum, besteht darin, daß sich eine große Einfachheit der Verwendung anbietet.
Gemäß den - gegebenenfalls kombinierten - bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung:
- umfaßt der ringförmige Rotorflansch zwei transversale parallele Flächen,
- ist der ringförmige Rotorflansch radial auskragend am radial äußeren Umfang des Rotors ausgespart,
- weist der Statorabschnitt eine zylindrische Führungswand auf, die diesen Ring radial hält, wobei sie ihn bei seinem axialen Ausschlag axial führt,
- erstreckt sich die zylindrische Wand bis zur ringförmigen Statoranlagefläche, wobei sie den ringförmigen Rotorflansch radial umläuft,
- umschließt diese Führungswand den Druckring mit Spiel,
- weist der Statorabschnitt zwei einander radial gegenüberliegende zylindrische Wände auf, die mit dem Statorboden eine ringförmige Aufnahme begrenzen, in der der füllbare ringförmige Balg im wesentlichen vollständig eingefügt ist,
- ist eine der zylindrischen Wände axial durch eine zylindrische Führungswand vom selben Durchmesser verlängert, die diesen Ring radial hält, wobei sie ihn bei seinem axialen Ausschlag axial führt,
- umschließt diese Führungswand den Druckring mit Spiel,
- umfassen die Mittel zum Einlaß/Auslaß mindestens einen Kanal, der den Statorboden durchquert,
- weisen die Mittel zum Einlaß/Auslaß eine Vielzahl von Kanälen auf, die in den Balg münden und von denen jeder an einen Verteiler angeschlossen ist,
- weist der Balg zwei transversale Flächen und zwei radial innere und äußere Scheiben auf, die akkordeonförmig angeordnet sind,
- weist jede der radial inneren und äußeren Scheiben die Form eines Ungleichzeichens, und zwar > oder < , auf,
- weisen die radial inneren und äußeren Scheiben eine axiale Elastizität auf, welche sie in eine zusammengezogene Stellung zurückführt.
Aufgaben, Charakteristika und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden exemplarisch und nicht einschränkend gegebenen Beschreibung bezüglich der beigefügten Zeichnungen wiedergegeben, in welchen:
Fig. 1 eine schematische Halbansicht im Axialschnitt eines Stator-Rotor-Ensembles ist, das mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, und zwar in der Entriegelungsstellung, versehen ist,
Fig. 2 eine Halbansicht dieses Ensembles ist, wobei die Vorrichtung in Verriegelungsstellung ist,
Fig. 3 eine schematische Ansicht des pneumatischen Kreislaufs der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist,
Fig. 4 eine Halbansicht im Axialschnitt eines Ausführungsbeispiels des Rotor-Stator-Ensembles und der Vorrichtung in der Stellung von Fig. 1 ist, und
Fig. 5 eine Halbansicht im Axialschnitt der Stellung von Fig. 2 ist.
Die Fig. 1 und 2 zeigen in schematischer Weise einen beweglichen Rotor B, der sich um eine Rotationsachse Z-Z gegenüber einem Stator A in Rotation ist. Selbstverständlich läßt sich dies auch umkehren: der Stator wird so als derjenige von zwei Körpern angesehen, auf welchen man die relative Bewegung des anderen Körpers bezieht.
Der Rotor B weist einen ringförmigen Rotorflansch 1 auf, der transversal zur Achse angeordnet ist.
Der Stator A weist eine fixierte ringförmige Anlagefläche 2 und eine bewegliche ringförmige Anlagefläche 3 auf, die - mindestens teilweise - axial zum Flansch 1 angeordnet sind, indem sie beiderseits desselben angeordnet sind.
Die ringförmigen Anlageflächen sind transversal zur Achse angeordnet.
Die ringförmige bewegliche Anlagefläche 3 ist auf einem Druckring 4 ausgespart, der radial an einem Statorabschnitt 5 eingespannt ist, was somit eine radiale Lagestabilität in einer konzentrischen Stellung gewährleistet. Dieser Druckring 4 erlaubt einen axialen Ausschlag zwischen einer Entriegelungsstellung, wo die ringförmigen Anlageflächen beabstandet sind und eine freie Rotationsbewegung des Flansches 1 und damit des Rotors zulassen (ebenso wie einen radialen und axialen Ausschlag), und einer Verriegelungsstellung, in welcher die ringförmigen beweglichen Anlageflächen axial in Richtung auf die ringförmige fixierte Anlagefläche in solcher Weise gepreßt wird, um den Flansch zusammenzupressen und ihn so zu immobilisieren.
Die Bewegung des Druckrings zwischen diesen Stellungen wird durch einen füllbaren ringförmigen Balg 6 gewährleistet, der in den Statorabschnitt 5 zwischen dem Statorboden 7 und dem Druckring eingreift.
Die Mittel zum Einlaß/Auslaß, die in den Fig. 1 und 2 nicht dargestellt und in Fig. 3 schematisch dargestellt sind, sind vorgesehen, um pneumatisches Fluid für die Verriegelung in den Balg zu führen, oder um dieses Fluid für die Entriegelung abzulassen.
In dem betreffenden Beispiel beinhaltet der ringförmige Rotorflansch 1 zwei transversale parallele Flächen. Eine radiale Lagestabilität des Flansches und damit des Rotors kann in wirksamer Weise durch einfache Reibung an den Zwischenflächen des Flansches mit jeder der ringförmigen Anlageflächen sichergestellt werden.
Der ringförmige Rotorflansch ist vorzugsweise radial auskragend am Umfang des Rotors ausgespart, um die Lagestabilität für einen vom Rotor vorgegebenen Raumbedarf zu optimieren. In einer nicht dargestellten Variante kann der Flansch jedoch auch unter oder über dem Rotor ausgespart sein, entsprechend den an eine besondere Verwendung gebundenen Montageforderungen.
Der Statorabschnitt 5 beinhaltet vorzugsweise eine zylindrische Führungswand 8, die den Druckring 4 radial hält und ihn bis zu seinem Ausschlag zwischen den Stellungen der Verriegelung und Entriegelung axial führt.
Diese Führungswand erstreckt sich vorzugsweise bis zur ringförmigen Statoranlagefläche, wobei sie den Flansch radial umläuft.
Diese Führungswand 8 umschließt somit den Druckring (mit ausreichend Spiel für einen erleichterten axialen Ausschlag). Dennoch kann in einer nicht dargestellten Variante die Führungswand im Inneren des Ringes - und zwar entweder in Kombination mit einem Flansch, der, ausgehend von einem Teil des Rotorumfangs, radial gegen die Achse von ausgespart ist, oder in Kombination mit einer fixierten ringförmigen Anlagefläche, die nicht direkt an den Statorabschnitt anschließt - angeordnet sein.
Der Statorabschnitt weist vorzugsweise zwei einander radial gegenüberliegende zylindrische Wände auf, die mit dem Statorboden 7 eine ringförmige Aufnahme begrenzen, in welcher der füllbare ringförmige Balg im wesentlichen vollständig aufgenommen ist. Eine dieser Wände ist vorteilhafterweise die oben genannte Führungswand 8 (die sich bis zur fixierten Anlagefläche verlängert oder nicht), und die andere Wand ist durch die Bezugsziffer 9 bezeichnet.
Der füllbare ringförmige Balg 6 weist vorzugsweise zwei transversale Flächen und zwei radial innere und äußere Scheiben auf, die akkordeonförmig angeordnet sind. Diese Scheiben können vorzugsweise einfach die Form des Ungleichzeichens, nämlich < oder > , aufweisen.
Wie aus Fig. 3 hervorgeht, weisen die Mittel zum Einlaß/Auslaß vorteilhafterweise eine Vielzahl von Kanälen 10 auf, die in einer Vielzahl von winkelig getrennten Stellen in den Balg münden, von denen jeder an einen gemeinsamen Verteiler 11 angeschlossen ist, der aufweist:
- eine Beschickungsleitung 12, d. h. eine Leitung für die Zufuhr der pneumatischen Energie,
- eine Leitung 13 der Drucksteuerung oder manueller Entriegelung, d. h. eine Leitung, die mit steuerbaren Mitteln zum Verschließen und Mitteln zur Druckmessung versehen ist,
- eine Zufuhrleitung 14, versehen mit einem Schieber 15, der die Verbindung an eine Fluidquelle erlaubt, oder mit einem Auslaß.
In einer vereinfachten Variante gibt es nur einen einzigen Kanal (wobei kein Verteiler ausgeführt ist). Dies schien nicht zu wirklichen Gefahren eines Kippens zu führen.
Die Fig. 4 und 5 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellten Ensembles. Es handelt es sich hier um ein Reaktionsrad.
Das Statorelement 5 ist hier am Gehäuse 20 des Ensembles befestigt; die Kanäle 10 münden am Boden der den Balg aufnehmenden Aufnahme.
Der Rotor B ist nahe seines inneren peripheren Anschlags mit einem verschraubten ringförmigen Teil versehen, das den Flansch 1 bildet.
Die Bezugsziffer 20 bezeichnet einen pyrotechnischen Schieber, wobei kein Verteiler dargestellt ist. Er ist. z. B. auf dem Schieber 20 angeordnet.
Die Kontaktzone zwischen der fixierten Statoranlagefläche und dem Flansch ist hier am äußeren Umfang dieses Flansches sehr eng. Diese Kontaktzone ist der beweglichen ringförmigen Anlagefläche axial nur knapp gegenüberstehend. Dennoch genügt dies für eine wirksame Lagestabilisierung des Rotors unter der Vorbedingung, daß der Reibungskoeffizient zwischen den Kontaktflächen wirksam gesteuert ist.
Der Kolbenhub ist in entriegelter Stellung mindestens gleich der Summe der vorherrschenden axialen Spiele zwischen dem Flansch und den fixierten und beweglichen ringförmigen Anlageflächen.
Man erkennt, daß sich der Balg axial stärker als radial verformt, was zu einer guten Gleichförmigkeit der Deformation entlang dem Balg beiträgt. Er hat vorzugsweise eine entsprechende Starrheit (aber er kann auch angefügte elastische Mittel aufweisen), die ihn ohne die Notwendigkeit der Durchführung irgendeiner Aspiration elastisch in seine entriegelte Stellung zurückführen; hierzu ist der Balg vorteilhafterweise aus Metall hergestellt (z. B. aus rostfreiem Stahl) oder aus mit Stoff verstärktem Elastomer. Er kann auch elastische Elemente zwischen den oben genannten akkordeonartigen Faltungen aufweisen (z. B. einen Elastomerstreifen, der an den sich nach außen öffnenden Kanten verklebt ist). So erfolgt die Entriegelung durch einfache Öffnung des (pyrotechnischen oder elektrischen) Schiebers 15.
Beispielsweise hat die Vorrichtung der Fig. 4 und 5 die folgenden Eigenschaften:
- Hub 6,5 mm
- Verriegelungskraft ≥ 36 kN
- Betriebstemperatur zwischen -30 und 70ºC
- Lebensdauer 13 Jahre
- erholte Radialkraft bis 20 kN
- Masse 5 kg
Selbstverständlich wurde die vorstehende Beschreibung nur als Beispiel und nicht einschränkend gegeben, und der Fachmann kann zahlreiche Varianten vorschlagen, ohne von dem in den Ansprüchen definierten Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Vorrichtung für die Verriegelung und die Entriegelung eines Rotors gegenüber einem Stator, zumindest parallel zur Rotationsachse dieses Rotors, aufweisend:

- einen transversal zur Achse angeordneten ringförmigen Rotorflansch (1),

- eine ringförmige Statoranlagefläche (2), die transversal zur Achse angeordnet ist und zumindest teilweise axial gegenüber dem ringförmigen Flansch angeordnet ist,

- eine bewegliche ringförmige Anlagefläche (3), die transversal zur Achse angeordnet ist und zumindest teilweise axial gegenüber dem ringförmigen Flansch auf der anderen Seite der ringförmigen Statoranlagefläche angeordnet ist, wobei diese ringförmige bewegliche Anlagefläche auf einem Druckring (4) ausgespart ist, der radial an einem Statorabschnitt (5) eingespannt ist und gegenüber diesem einen axialen Ausschlag ermöglicht,

- einen ringförmigen füllbaren Balg (6), der in diesem Statorabschnitt axial zwischen einem Boden (7) des Statorabschnittes und dem Druckring eingefügt ist, wobei dieser Balg mit Mitteln zum Einlaß/Auslaß eines pneumatischen Fluids versehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Rotorflansch zwei transversale parallele Flächen aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Rotorflansch (1) radial auskragend am radial äußeren Umfang des Rotors ausgespart ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Statorabschnitt eine zylindrische Führungswand (8) aufweist, die diesen Ring radial hält, wobei sie ihn bei seinem axialen Ausschlag axial führt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die zylindrische Wand (8) bis zur ringförmigen Statoranlagefläche (2) erstreckt, wobei sie den ringförmigen Rotorflansch radial umläuft.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß diese Führungswand (8) den Druckring mit Spiel umschließt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Statorabschnitt (5) zwei einander radial gegenüberliegende zylindrische Wände (8, 9) aufweist, die mit dem Statorboden eine ringförmige Aufnahme begrenzen, in der der füllbare ringförmige Balg (6) im wesentlichen vollständig eingefügt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine der zylindrischen Wände sich axial durch eine zylindrische Führungswand (8) vom selben Durchmesser verlängert, die diesen Ring radial hält, wobei sie ihn bei seinem axialen Ausschlag axial führt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß diese Führungswand den Druckring mit Spiel umschließt.

10. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Einlaß/Auslaß mindestens einen Kanal (10) umfassen, der den Statorboden durchquert.

11. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Einlaß/Auslaß eine Vielzahl von Kanälen (10) aufweisen, die in den Balg münden und von denen jeder an einen Verteiler (11) angeschlossen ist.

12. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Balg zwei transversale Flächen und zwei radial innere und äußere Scheiben aufweist, die akkordeonförmig angeordnet sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jede der radial inneren und äußeren Scheiben die Form eines "Ungleichzeichens" aufweist, und zwar "> " oder "< ".

14. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die radial inneren und äußeren Scheiben eine axiale Elastizität aufweisen, welche sie in eine zusammengezogene Stellung zurückführt.