DE69721621T2

DE69721621T2 - Geschwindigkeitsregler und mechanischer Motor für Anwendungen bei Satelliten in thermischem Vakuum

Info

Publication number: DE69721621T2
Application number: DE69721621T
Authority: DE
Inventors: Angel Nunez Valladares
Original assignee: Construcciones Aeronauticas CASA SA
Current assignee: EADS Casa Espacio SL
Priority date: 1996-03-21
Filing date: 1997-03-17
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2017-03-18
Also published as: US5931045A; CA2200260A1; EP0796785A3; ES2131439A2; DE69721621D1; ES2203776T3; ATE239641T1; EP0796785A2; CA2200260C; ES2131439R; EP0796785B1; ES2131439B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 eine Drehzahlreglervorrichtung und einen mechanischen Motor für Anwendungen im Thermovakuum auf Satelliten. Insbesondere ist diese Vorrichtung auf die Entfaltung von Strukturen oder auf Experimente auf einem Satellit anwendbar, sei es, daß er er sich auf einer Umlaufbahn bewegt, oder er in jeder beliebigen Umgebung angeordnet ist, ist jedoch hauptsächlich auf Anwendungen im Thermovakuum gerichtet.
Das Grundziel der Vorrichtung der Erfindung ist es, es zuzulassen, daß die Entfaltung von Strukturen, die an Satelliten angebracht sind, in einer fortschreitenden Weise mit einer vorbestimmten konstanten Geschwindigkeit stattfindet, so daß diese Strukturen nicht der schädlichen Wirkung hoher Spannungen ausgesetzt werden.
Die Vorrichtung der Erfindung kann als ein Motorelement zum direkten Antrieb der Struktur oder einer Probe dienen, die durch den Satelliten befördert wird, zu welchem Zweck die Vorrichtung eine Feder enthält, die die Drehmomentanforderungen erfüllt, die zur Entfaltung benötigt werden. Alternativ kann die Vorrichtung der Erfindung als Drehzahlregler dienen, der die Entfaltung der Probe mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit zuläßt, wodurch unerwünschte Beschleunigungen und Endgeschwindigkeiten der Öffnung vermieden werden, und der es im Gegenteil ermöglicht, daß das er forderliche Drehmoment zur Gänze angewendet wird, um Trägheitskräfte und Reibungen plus Sicherheitsspannen zu überwinden, ohne eine Zunahme der Geschwindigkeit der Probe, und wobei hohe Stoßbelastungen darauf vermieden werden.
Stand der Technik
Der Stand der Technik hat sich schon mit dem Entwurf von Vorrichtungen beschäftigt, die zum Zusammenfalten und zur Entfaltung von Strukturen in Raumfahrzeugen geeignet sind. So beschreibt EP-A-0 354 837 eine Anordnung, die auf die Entfaltung einer Satelliten-Sonnenzellen-Fläche anwendbar ist, die zwei Armaturen aufweist, die mittels zweier zylindrischer Oberflächen aufeinander rollen können, wobei eine Führung des Rollens mit Bändern sichergestellt wird, deren Enden an den Armaturen befestigt sind und zwischen den zylindrischen Oberflächen hindurchgehen, wobei sie sich überkreuzen. Das Antriebsdrehmoment, das die automatische Entfaltung der Anordnung und ihr Unbeweglichmachen am Ende ihrer Bewegung erzeugt, wird durch elastische Streifen bereitgestellt, die durch zwei überlappende Bänder gebildet werden, die die beiden Armaturen verbinden.
EP-A-0 309 650 beschreibt eine Laufradvorrichtung für ausdehnbare und faltbare Glieder eines Raumfahrzeugs, in der dafür gesorgt wird, daß sich ein drehbarer Arm, der ein Funktionsglied hält, so an einem Hauptgehäuse dreht, daß er sich zwischen einer Ruheposition und einer Arbeitsposition bewegt. Eine Drehwelle ist ebenfalls in dem Gehäuse angebracht und kann durch eine Feder mit einer Drehbewegung bewegt werden, die durch eine Verbindung, die ein Getriebe, eine Kurbel und Nutverbindung zwischen der Welle und dem Getriebe aufweist, in eine partielle Wechseldrehung des Armes umgewandelt wird. Befestigungseinheiten sind in einer feststehenden Weise bezüglich des Gehäuses angebracht, und jede von ihnen weist eine Verriegelung auf, die durch eine Feder zusammengedrückt wird, zur Sicherung des Armes, wenn er seine Ruhe- und Arbeitspositionen erreicht.
EP-A-0 330 550 beschreibt ein System zur Anpassung entfaltbarer Elemente, wie Sonnenzellen-Flächen, an eine Struktur, wie eine Raumvorrichtung, mit der Hilfe einer Stange, die durch die Elemente geht und die mittels einer Vorrichtung im Moment der Entfaltung der Elemente befreit werden kann, nachdem die Stange in ihre Anfangsposition zurückkehrt.
Schließlich beschreibt EP-A-0 296 936 eine Vorrichtung, die in einem Raummotor verwendbar ist, die aus einem elastischen Element, wie einer Feder oder einem Gastank besteht, das zwischen einem Motorglied und einem Schubglied angeordnet ist. Die Antriebsenergie zum Betreiben der Vorrichtung wird zum Beispiel durch eine pyrotechnische Ladung geliefert, die auf das Motorglied angewendet wird, das eine begrenzte Bewegung erfährt. Etwas dieser Energie wird auf das elastische Element übertragen, die es an das Schubglied abgibt. Die Vorrichtung läßt eine perfekte Steuerung der Geschwindigkeit und Beschleunigung der Teile zu, auf die es wirkt.
Zusammenfassung der Erfindung
Obwohl die Dokumente des Stands der Technik, die gerade erwähnt worden sind, Vorrichtungen abdecken, die zur Entfaltung von Strukturen an Raumfahrzeugen beitragen, hat keine von ihnen das Problem angepackt oder daher gelöst, der sich die vorliegende Erfindung widmet, nämlich die Schaffung einer Vorrichtung, die als ein Drehzahlregler und als ein mechanischer Motor dienen kann, und die in einem Thermovakuum verwendet werden kann, wobei sie zum Bewirken der Entfaltung von Strukturen oder zum Ausführen von Expe rimenten auf einem Satelliten geeignet ist, der in eine Umlaufbahn gebracht oder in jeder beliebigen Umgebung angeordnet ist.
Die Erfindung löst das angesprochene Problem mittels einer Vorrichtung der Art, die anfänglich angegeben worden ist, die die Merkmale des kennzeichnenden Abschnitts des Anspruchs 1 aufweist.
Weitere Merkmale der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 5 gezeigt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im folgenden detaillierter beschrieben, während auf ein Beispiel ihrer Ausführung bezug genommen wird, das in den beigefügten Zeichnungen dargestellt wird. Es zeigen:
1 eine allgemeine Ansicht der Vorrichtung der Erfindung und
2 einen Schnitt, der durch die Linie A-A der 1 vorgenommen ist.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Wie aus den Zeichnungen hervorgeht, weist die Vorrichtung der Erfindung ein Hemmungsrad 1 auf, das an die Welle 2 gekoppelt ist, zur Verbindung mit der (nicht dargestellten) zu entfaltenden Struktur, entweder direkt oder indirekt durch ein Übersetzungszahnradgetriebe 3 und 4. Das Hemmungsrad 1 arbeitet mit einer Auslösung 5 zusammen, mit deren Welle 6 wiederum ein Schwungrad 7 verbunden ist.
Damit die Vorrichtung der Erfindung als ein Motor für den direkten Antrieb der zu entfaltenden Struktur verwendet werden kann, ist eine Feder 8, die dazu bestimmt ist, die Energie bereitzustellen, die für die Entfaltung erforderlich ist, mit dem Hemmungsrad 1 verbunden. Wenn die Vorrichtung als ein Drehzahlregler dient, wird das Hemmungsrad durch dieselbe Vorrichtung betätigt, die es regelt und mit der es durch die Welle 2 verbunden ist.
Die Geometrie und Synchronisation der beiden Grundelemente der Vorrichtung der Erfindung, d. h. des Hemmungsrades 1 und der Auslösung 5, bedeuten, daß die Auslösung 5 abwechselnd das Hemmungsrad 1 kontinuierlich freigibt und einfängt, wodurch folglich die komplette Freigabe des Hemmungsrades 1 verhindert wird und es ermöglicht wird, daß das zur Entfaltung erforderliche Drehmoment auf das Rad wirkt, wobei das letztgenannte es auf die zu entfaltenden Struktur überträgt und dadurch sicherstellt, daß die letztgenannte in einer ununterbrochenen Weise entfaltet wird, wenn die Vorrichtung als ein Motor dient. Wenn die Vorrichtung als ein Regler dient, wird das Entfaltungsdrehmoment für sie durch die Vorrichtung bereitgestellt, deren Geschwindigkeit durch das Hemmungsrad geregelt wird und mit der das letztgenannte durch die Antriebswelle 2 verbunden ist.
Da das Schwungrad 7 mit der Welle 6 der Auslösung 5 verbunden ist, werden die Impulse, die die Auslösung vom Hemmungsrad 1 empfängt, in Bewegungsenergie des Schwungrades 7 umgewandelt, wobei das letztgenannte die Richtung mit jeder Halbperiode der Auslösung 5 ändert und folglich verhindert wird, daß sich die Energie aufschaukelt.
Das Übersetzungszahnradgetriebe 3 und 4, das mit dem System des Hemmungsrades 1 und der Auslösung 5 verbunden ist, ermöglicht es, daß sich die Vorrichtung der Erfindung selbst so anpaßt, daß sie jedes Drehmoment (oder Kraft) mit jeder Entfaltungsgeschwindigkeit überträgt. Vorzugsweise wird das zu übertragende Drehmoment zwischen 0,5 und 10 Nm variieren und die Entfaltungsgeschwindigkeit wird zwischen 0,01 und 1 min^–1 liegen.
Wie vorher angegeben, ist die Vorrichtung der Erfindung dazu bestimmt, in einem Thermovakuum zu arbeiten, und zu diesem Zweck sollte das in dieser Konstruktion verwendete Material so beschaffen sein, daß es mit dem Thermovakuum zwischen ±100°C oder mehr kompatibel gemacht wird, wobei die Vorrichtung bezüglich der Leistung kaum beeinträchtigt wird, die unter Umgebungsbedingungen erzielt wird. Unter den unterschiedlichen Materialien, die eingesetzt werden können, um die Vorrichtung der Erfindung aufzubauen, werden die folgenden bevorzugt: Titanlegierungen, Aluminiumlegierungen, Vespel und MOS₂.
Mit der Absicht, einen umgekehrten Lauf zu erleichtern, sei die Vorrichtung der Erfindung ein Motor oder lediglich ein Drehzahlregler, enthält die Welle des Zahnrades (4) eine Kupplung zur Trennung des Hemmungsrades und der Auslösung. Die Lager der Welle tragen Nuten, die es ermöglichen, daß sich das Hemmungsrad und die Auslösung entkoppeln, wenn das Rad (4) verursacht durch den umgekehrten Lauf und aufgrund der Nuten sich in die entgegengesetzte Richtung bewegt. In der Arbeitsposition lagert die Welle des Rades (4) auf dem Gehäuse und wird in dieser Position durch zwei Torsionsfedern (9) gehalten, die dessen korrekten Betrieb sicherstellen.
Die mit der erfindungsgemäß aufgebauten Vorrichtung durchgeführten Experimente haben gezeigt, daß sie eine fortschreitende und allmähliche Entfaltung der an dem Satelliten angebrachten Struktur zuläßt, ohne unpassende Beschleunigungen und Endgeschwindigkeiten der Öffnung der Struktur zu erzeugen und ohne daß daher die letztgenannte der Wirkung hoher Stoßbelastungen ausgesetzt wird. Als Ergebnis ist es möglich gewesen, daß die Struktur entfaltet wird, bis sie ihre Arbeitsposition erreicht, ohne irgend eine Art von Beeinträchtigung zu erfahren, die durch eine unkontrollierte Entfaltung verursacht wird.
Obwohl das Vorhergehende beschrieben hat, was gegenwärtig als die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrachtet wird, werden Fachleute verstehen, daß es möglich sein wird, Modifikationen im Detail darin einzuführen, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Daher wird die letztgenannte so betrachtet, daß sie nur durch den Inhalt der beigefügten Ansprüche beschränkt ist.

Claims

Drehzahlregelungsmechanismus und mechanischer Motor, für Anwendungen in Thermovakuum, wobei der Mechanismus dafür konstruiert ist, Strukturen zu entfalten oder Experimente auf in einer Erdumlaufbahn oder in einer beliebigen Umgebung angeordneten Satelliten durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, daß der Mechanismus aufweist: ein Schaltrad (1), das entweder durch eine Feder aktiviert wird, wenn der Mechanismus als Motor arbeitet, oder durch die gleiche Vorrichtung, deren Drehzahl es regelt, wenn der Mechanismus als Regler arbeitet; eine mit dem Schaltrad verbundene Antriebswelle (2) für eine Verbindung mit der zu entfaltenden Struktur über ein Übersetzungsgetriebe (3, 4); und eine Rastklinke (5) mit einem Schaft (6), wobei die Rastklinke (5) das Schaltrad (1) kontinuierlich abwechselnd freigibt und arretiert, und mit einem Schwungrad (7), das mit der Welle (6) der Rastklinke (5) so verbunden ist, daß durch die Rastklinke vom Schaltrad (1) empfangene Impulse in Bewegungsenergie des Schwungrads umgewandelt werden, wobei das Schwungrad bei jeder Halbperiode der Sperrklinkenbewegung seine Drehrichtung ändert.
Mechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für seine Verwendung als Motor zum direkten Antreiben der zu entfaltenden Struktur eine Feder (8) mit dem Schaltrad (1) verbunden ist, deren Größe derart ist, daß sie die für den Entfaltungsvorgang erforderliche Energie bereitstellt.
Mechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsgetriebe (3, 4) eine derartige Größe hat, daß bei Entfaltungsdrehzahlen im Bereich von 0,01 bis 1 U/min Drehmomente innerhalb eines Bereichs von 0,5 bis 10 Nm übertragen werden.
Mechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß seine Komponenten aus einem Material konstruiert sind, das sie zur Verwendung in Thermovakuum bei Temperaturen zwischen mindestens ±100°C geeignet macht.
Mechanismus nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Komponenten aus Titanlegierungen, Aluminiumlegierungen, Vespel und MoS₂ ausgewählt wird.