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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist allgemein auf Winkelpositionierungsplattformen
gerichtet. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung auf Winkelpositionierungsplattformen
oder Aufhängungen
zur Positionierung einer Nutzlast ausgerichtet, wie beispielsweise
einem Weltraumfahrzeug-Motor, um eine erste und eine zweite Achse.
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Positionierungsplattformen,
wie sie beispielsweise in
US
5,463,432 , gegenüber
der Anspruch 1 abgegrenzt ist, oder
GB 2 075 114 A1 oder
FR 2 039 484 A1 offenbart
sind, werden allgemein verwendet, um ein Objekt auf einer ersten
und einer zweiten Achse zu bewegen. Typischerweise sind die erste
und die zweite Achse rechtwinklig zueinander. Herkömmliche
Winkel- bzw. Neigungsplattformen besitzen eine Anzahl von Einschränkungen.
Heim Positionieren einiger Objekte ist ein großer Drehbewegungsbereich notwendig.
Beispielsweise mussten ein Triebwerk bzw. ein Motor in einigen Weltraumfahrzeugen
von einer verstauten Position während des
Starts in eine Arbeitsposition während
der Übergangs-Umlaufbahn
(Transfer-Umlaufbahn) und schließlich in eine neue Arbeitsposition
bewegt werden, wenn die Endstation erreicht ist. In den Arbeitspositionen
benötigt
der Motor eine bidirektionale Winkelverstellung. Die Bewegung der
verstauten Position in die Transfer-Umlaufbahn-Arbeitsposition oder von
dieser Position in eine Endstation-Arbeitsposition kann eine große Winkeldrehung
(beispielsweise 25 bis 35 Grad) erfordern. In den Arbeitspositionen
benötigen
die Motoren periodische kleine Winkelverstellungen (beispielsweise
0 bis 5 Grad).
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Einigen
herkömmlichen
Winkelpositionierungsplattformen mangelt es an einem Drehbereich, der
groß genug
ist, um eine Nutzlust (beispielsweise ein Motor) aus der verstauten
Position in eine Arbeitsposition (beispielsweise die Transfer-Umlaufbahnposition)
und aus einer Arbeitsposition in die andere Arbeitsposition (beispielsweise
die Endstations-Position) zu tragen. Diese Anwendungen erfordern
im Allgemeinen zwei Vorrichtungen: einen Entfaltungsaktuator für große Winkelbewegungen
aus der verstauten Position in die Arbeitsposition und eine Positionierungsvorrichtung
für die
kleine Winkeleinstellung, die in der Arbeitsposition erforderlich
ist. Ein solches System kann üblicherweise
nicht zwei Arbeitspositionen bedienen.
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Ein
weiterer Nachteil einiger herkömmlicher Winkelpositionierer,
insbesondere jener Positionierer, die zwei Außen-Getriebeboxen besitzen, ist der Raumbedarf
und das Gewicht, das für
solche Positionierer erforderlich ist.
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Ein
weiterer Nachteil einiger herkömmlicher Winkelpositionierungsplattformen
besteht in ihrer Anfälligkeit
für Beschädigungen
während
hoher Belastungen, wie sie beispielsweise während des Starts in einem Weltraumfahrzeug
entstehen. Winkelpositionierungsplattformen umfassen üblicherweise
präzise Getriebe-
und Lager-Anordnungen. Während
des Starts erfahren die Getriebe- und Lageranordnungen Spannungen,
die deren spätere
Leistung der Positionierungsplattform beeinträchtigen können. Diese Spannungen, die
die Getriebe- und Lageranordnungen erfahren, sind größer, wenn
die Positionierungsplattform ein schweres Objekt trägt. Somit
sind viele herkömmliche
Positionierungsplattformen nicht in der Lage, schwere Lasten zu
tragen, wie beispielsweise schwere Motoren (beispielsweise Ionentriebwerke). Bei
einigen herkömmlichen
Plattformen müssten schwere
Komponenten verwendet werden, um Ausweichstabilität zu haben,
um Spannungen zu widerstehen, die während des Starts auftreten.
Somit sind diese schweren Komponenten stärker als sie sein müssten, um
während
des Betriebs in der Umlaufbahn zu arbeiten.
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Somit
besteht ein Bedarf nach zwei Zwei-Achsen-Positionierungsplattformen, die einen großen Winkelbereich
besitzen und die ebenfalls kompakt, leichtgewichtig und in der Lage
sind, hohen Spannungen zu widerstehen, wie beispielsweise Spannungen,
die während
des Starts auftreten. Es gibt ebenfalls einen Bedarf nach Zwei-Achsen-Positionierungsplattformen,
die die Belastungen reduzieren, die die schwachen Komponenten der
Plattform während
des Starts erfahren.
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Einige
Antriebsmechanismen für
motorgetriebene Positionierungsplattformen, wie beispielsweise in
DE 21 33 237 A1 offenbart,
umfassen Schneckenradanordnungen oder Getriebeboxen bzw. Getriebe,
um eine Drehung eines Motors in eine Drehung eines Bauteils um eine
bestimmte Achse umzuwandeln. Schneckenrad-Anordnungen haben typischerweise eine
Schneckenwelle mit einer Schnecke, ein Schneckenrad mit Zähnen, die
mit der Schnecke in Eingriff stehen, und einer Hauptwelle, die mit
dem Schneckenrad verbunden ist. Ein Flankenspiel zwischen dem Schneckenrad
und der Schneckenwelle wird in einigen herkömmlichen Schneckenrad-Anordnungen minimiert
durch Torsionsfedern, die um die Hauptwelle angeordnet sind. Das
Drehmoment, das von den Torsionsfedern geliefert wird, variiert
jedoch im Rahmen von Herstellungstoleranzen und erfordert folglich
herkömmliche Anordnungen,
die größere, schwerere
Federn verwenden, als sie notwendig wären, um die Variationen zu
tolerieren und das Drehmoment im gewünschten Bereich zu liefern.
Alternativ können
teurere Torsionsfedern gefordert werden, die mit engeren Toleranzen
gefertigt werden.
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Ferner
kommen Torsionsfedern häufig
in Kontakt mit der Hauptwelle und erzeugen Reibung, die das Drehmoment
wirksam vermindern, das von den Federn geliefert wird, und erzeugen
möglicherweise
Abrieb. Um eine Reduzierung des Drehmoments bedingt durch Reibung
zu kompensieren, werden manchmal schwerere und stärkere Federn
erforderlich. Somit gibt es ein Bedürfnis nach einem Anti-Flankenspielmechanismus,
der die Reibung zwischen den Federn und der Hauptwelle reduziert.
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Bei
einigen typischen Vorrichtungen mit Schneckenrad-Anordnungen ist ein Bauteil mit der Hauptwelle
der Schneckenrad-Anordnung für
eine Drehung mit der Hauptwelle verbunden. In einigen dieser Vorrichtungen
wird die Drehung der Schneckenwelle gestoppt, wenn gewünscht, durch
Behinderung bzw. Erschwe ren der Bewegung des Bauteils. Die Behinderung
des Bauteils stoppt die Drehung der Hauptwelle, die ihrerseits die
Drehung des Schneckenrads stoppt. Bei diesen herkömmlichen Schneckenrad-Anordnungen
stoppt die Schnecke mit der Drehung, wenn die Reibung und andere
Kräfte
zwischen der Schnecke und den Schneckenradzähnen eine weitere Drehung der
Schnecke verhindert.
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Wenn
die Schnecke wie beschrieben gestoppt wird, tritt eine Reihe von
unerwünschten
Folgen auf. Die Komponenten im Antriebsstrang zwischen dem Schneckenrad
und dem Bauteil, das an der Hauptwelle angebracht ist, werden unter
Spannung gesetzt. Die Schnecke wird auch gegen die Schneckenrad-Zähne verkeilt.
Dieses Verkeilen bzw. Festklemmen der Schnecke erzeugt an der Schneckenrad-Anordnung
Abrieb und kann – falls
die Rotationskraft der Schnecke hoch genug ist – entweder die Schnecke oder
die Schneckenrad-Zähne
permanent deformieren. Ferner könnte
die Schnecke so kraftvoll mit den Schneckenrad-Zähnen verkeilen, dass die Schnecke
in dem Schneckenrad stecken bleibt und nicht weiter in entgegengesetzte
Richtung gedreht werden kann. Ein solcher Umstand würde eine
nachfolgende Neupositionierung der Plattform verhindern.
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Somit
besteht ein Bedarf nach einer Schneckenrad-Anordnung mit einem Anti-Flankenspielsystem
ohne die zuvor erwähnten
Probleme. Es gibt ebenfalls ein Bedarf nach einem Mechanismus zum Stoppen
der Drehung des Schneckenrads ohne die zuvor erwähnten Probleme.
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Wenn
ein Triebwerk auf einer Positionierungsplattform angebracht wird,
kann das Triebwerk eine große
Winkeldrehung erfahren. Die Treibstoffleitung besitzt ein Ende,
das mit dem Triebwerk verbunden ist, so dass die Treibstoffleitung
in der Lage sein muss, der Drehung des Triebwerks zu widerstehen und
sie nicht zu verhindern. Ionentriebwerke sind besonders empfindlich
gegenüber
Verunreinigungen und Wasserdampf. Herkömmliche flexible Materialien,
wie beispielsweise Kunststoff, sind häufig nicht für eine Benutzung
bei Ionentriebwerken geeignet, aufgrund der Abgabe von Verunreinigungen
und der Tendenz herkömmlicher
flexibler Materialien, Wasserdampf einzuschließen.
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Metallene
Treibstoffleitungen können
eingesetzt werden, um diese Probleme des Wasserdampfs und anderer
Verunreinigungen zu vermeiden. Allerdings sind feste metallene Treibstoffleitungen
hinsichtlich ihrer Winkelflexibilität eingeschränkt und sind anfällig für Ermüdungsfehler,
was deren Lebensdauer bei Anwendungen mit zyklischer Biegung begrenzt.
Gewellte oder mit Balg versehene Röhren haben eine sehr viel größere elastische
Winkelflexibilität
und können
wirksam um eine einzelne Achse verwendet werden. Bei einer Zweiachsenanwendung würde eine
einzelne Balgröhre
axiale Torsion zusätzlich
zum Biegen erfahren. Die Balgröhre
besitzt keine elastische Flexibilität bezüglich Torsion und würde deshalb
dieser Bewegung nicht widerstehen und würde vorzeitig wegen Ermüdung ausfallen.
Eine separate Balgröhre
könnte
für jede
Achse verwendet werden, dies würde
jedoch zusätzliche
Isolations- und Befestigungshardware erfordern und damit größeren Raumbedarf
und Gewicht erfordern.
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Ebenfalls
sind einige herkömmliche
Treibstoffleitungen aus Materialien hergestellt, die es erforderlich
machen, dass die Treibstoffleitungen relativ lang sind um die erforderliche
Flexibilität
bereitzustellen. Solche langen Treibstoffleitungen erfordern Schleifen
und Führungen,
die dem Weltraumfahrzeug zusätzliches
Gewicht hinzufügen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
zuvor erwähnten
Nachteile des Standes der Technik werden von einer Vorrichtung der
vorliegenden Erfindung überwunden.
Insbesondere umfasst eine Winkelpositionierungsplattform zum Positionieren
von Objekten um eine erste und eine zweite Achse eine Basis, einen
Abschuss-Verriegelungssitz, der mit der Basis verbunden ist, eine
Zwischenstufe mit einer ersten und einer zweiten Seite, ein erstes Schwenkmittel,
das eine erste Schneckenwelle und einen ersten Satz von Lagern aufweist,
die ausgelegt sind, um mit der ersten Schneckenwelle zusammenzuwirken,
wobei das erste Schwenkmittel an der Basis und der ersten Seite
der Zwischenstufe angebracht ist, um die Zwischenstufe um die erste
Achse zu verschwenken, und ein zweites Schwenkmittel, das eine zweite
Schneckenwelle und einen zweiten Satz von Lagern aufweist, die ausgelegt
sind, um mit der zweiten Schneckenwelle zusammenzuwirken, wobei
das zweite Schwenkmittel mit der zweiten Seite der Zwischenstufe
verbunden ist. Die Winkelpositionierungsplattform umfasst ferner
eine obere Stufe, die mit dem zweiten Schwenkmittel verbunden ist, wobei
das zweite Schwenkmittel die obere Stufe um die zweite Achse schwenkt.
Mittel zur Isolierung empfindlicher Komponenten (beispielsweise
Lager und Getriebe) gegenüber
Lasten sind vorgesehen innerhalb des einen oder beider Schwenkmittel.
Das Isolationsmittel zum Isolieren von Vibrationen von den Lagersätzen kann
ein Mittel aufweisen, das eine Schneckenwelle aus dem Sitz in einem
benachbarten Satz von Lagern bringen kann. Die Schneckenwelle kann außer Eingriff
aus dem Satz von Lagern gebracht werden, während die obere Stufe in einer
verstauten Position verriegelt ist. Die verstaute Position ist die Abschuss-
bzw. Startverriegelungsposition, wobei der Lastpfad zwischen den
Schneckenwellen und den jeweiligen Lagern beseitigt ist, und damit
die Lager und die Getriebe von schweren Lasten isoliert.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
ist die Winkelpositionierungsplattform zum Positionieren eines Objekts
längs einer
ersten und einer zweiten Achse auf einem Weltraumfahrzeug platziert
und umfasst eine Basis, die mit dem Weltraumfahrzeug verbunden ist,
einen Abschuss-Verriegelungssitz, der mit der Basis verbunden ist,
ein Innen-Ausgangsgetriebe, das an der Basis angebracht ist, und
eine Zwischenstufe mit einer ersten und einer zweiten Seite. Die
erste Seite ist im Wesentlichen parallel zu der ersten Achse, die
zweite Seite ist im Wesentlichen parallel zu der zweiten Achse,
die erste Seite ist mit dem Innen-Ausgangsgetriebe verbunden, und
das Innen-Ausgangsgetriebe positioniert das Objekt längs der
ersten Achse. Die Plattform umfasst ebenfalls ein Außen-Ausgangsgetriebe,
das mit der zweiten Seite der Zwischenstufe verbunden ist, wobei
das Außen-Ausgangsgetriebe
das Objekt längs
der zweiten Achse positioniert, und eine obere Stufe, die mit dem
Außen-Ausgangsgetriebe
verbunden ist, um das Objekt zu befestigen. Die erste und die zweite Achse
sind im Wesentlichen koplanar und im Wesentlichen rechtwinklig zueinander.
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Die
erste und die zweite Seite der Zwischenstufe können zwischen sich einem Raum
definieren, in welchem zumindest ein Teil des Abschuss-Verriegelungssitzes
liegt. Die obere Stufe kann mit dem Abschuss-Verriegelungssitz kämmend zusammenwirken, wenn
die Plattform in einer verriegelten Position ist. Wenn ferner die
Winkelpositionierungsplattform in der verriegelten Position ist,
kann ein fester Lastpfad von der oberen Stufe zu dem Abschuss-Verriegelungssitz
gebildet werden, wobei der feste Lastpfad normalerweise die Belastungen
in eine Richtung leitet, die die Zwischenstufe umgeht.
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Ein
weiterer Gesichtspunkt der Erfindung ist in einem Anti-Flankenspielmechanismus
für ein
Ausgangsgetriebe mit einem Schneckenrad zu sehen. Der Mechanismus
umfasst eine Hauptwelle, die mit dem Schneckenrad verbunden ist
und eine Feder, die um die Hauptwelle angebracht ist, um das Schneckenrad
vorzuspannen und das ein erstes Ende, einen ersten Endabschnitt,
ein zweites Ende und einen zweiten Endabschnitt aufweist. Der Mechanismus umfasst
ebenfalls eine Feder-Halteplatte mit einem Loch zur Aufnahme des
ersten Endes der Feder. Das Schneckenrad besitzt ein Loch zur Aufnahme
des zweiten Endes der Feder. Entweder das Schneckenrad, die Feder-Halteplatte
oder sowohl das Schneckenrad als auch die Feder-Halteplatten haben
eine Vielzahl von Löchern
zur Aufnahme eines Endes der Feder.
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Der
Anti-Flankenspielmechanismus kann in einer Winkelpositionierungsplattform
zum Positionieren von Objekten längs
einer ersten und einer zweiten Achse, wie beispielsweise Plattformen,
die zuvor erläutert
wurden, verwendet werden.
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Ein
weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist in einem Ausgangsgetriebe
zu sehen, das eine Hauptwelle, ein Schneckenrad, das mit der Hauptwelle
verbunden ist, und Zähne
und Raum zwischen den Zähnen
in einem Umfangsabschnitt des Schneckenrads umfasst, und eine Schneckenwelle aufweist,
die eine Schnecke besitzt, die ausgelegt ist, um mit den Zähnen des
Schneckenrads zusammenzuwirken, wobei die Schnecke ein Gewinde besitzt, das
an einem ersten Ende endet. Das Schneckenrad besitzt einen ersten
Anschlag, der benachbart von einem der Zähne angeordnet ist, um die
Drehung der Schneckenwelle zu unterbrechen, indem das erste Ende
des Schneckengewindes berührt
wird. Das erste Ende der Schnecke kann im Wesentlichen flach sein
und eine Ebene definieren, die im Wesentlichen parallel zu einer
Längsachse
der Schneckenwelle ist. Der erste Anschlag kann im Wesentlichen
flach sein und eine Ebene definieren, die im Wesentlichen rechtwinklig
zu der Hauptwelle ist.
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Ein
Ausgangsgetriebe umfasst ein Schneckenrad mit einem Anschlag zum
Unterbrechen der Drehung einer Schneckenwelle und kann in einer Winkelpositionierungsplattform
zur Positionierung von Objekten längs einer ersten und einer
zweiten Achse vorgesehen sein.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst eine Treibstoffleitungsanordnung ein Winkelgelenk mit einer
ersten und einer zweiten Öffnung
und einem Durchlass dazwischen, eine erste Metall-Balg-Röhre, die
mit der ersten Öffnung
verbunden ist, und eine zweite Metall-Balg-Röhre, die mit der zweiten Öffnung verbunden
ist. Die erste Röhre und
die zweite Röhre
können
im Wesentlichen rechtwinklig zueinander in einem freien Zustand
sein. Eine Antriebsröhre
mit einem ersten und einem zweiten Ende kann die erste Röhre mit
einem Ionentriebwerk verbunden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine perspektivische Darstellung einer Aufhängung gemäß der vorliegenden Erfindung in
einer maximalen Reiseposition;
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2 ist
eine perspektivische Ansicht der Aufhängung von 1 in
einer verstauten Position und ist mit einem Kegeladapter gezeigt;
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3 ist
eine andere perspektivische Ansicht der Aufhängung von 1 in
der verstauten Position;
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4 ist
eine Seitenansicht eines Ausgangsgetriebes, des Motors und eines
Getriebekopfes entsprechend der vorliegenden Erfindung;
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5 ist
eine Schnittansicht des Ausgangsgetriebes, des Motors und des Getriebekopfes
von 4, wobei der Schnitt längs der Linie 5-5 von FIG. genommen
ist;
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6 ist
eine Schnittansicht des Ausgangsgetriebes, Motors und Getriebekopfes
von 4, entlang der Linie 6-6 von 4;
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7 ist
eine Schnittansicht der Aufhängung von 1 längs der
Linie 7-7 von 3;
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8 ist
eine perspektivische Ansicht, wobei Bereiche des Gehäuses entfernt
sind, eines Ausgangsgetriebes entsprechend der vorliegenden Erfindung;
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9 ist
eine Explosionsdarstellung einer Anti-Flankenspiel-Federanordnung, die Federhalteplatten
entsprechend der vorliegenden Erfindung aufweist, wobei die Hauptwelle
aus Übersichtlichkeitsgründen entfernt
ist;
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10 ist
eine Seitenansicht der Federhalteplatte von 9;
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11a ist eine unvollständige Seitenansicht, bei der
Abschnitte aufgebrochen sind, eines Ausgangsgetriebes in einer Position,
die mit einer Aufhängung übereinstimmt,
die im Arbeitsbereich arbeitet;
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11b ist eine unvollständige Seitenansicht, bei der
Bereiche aufgebrochen sind, des Ausgangsgetriebes von 11a in einer Position, die der Aufhängung entspricht,
die vorliegt, wenn eine obere Stufe, die schematisch gezeigt ist,
mit einem Abschuss-Verriegelungssitz kämmend zusammenwirkt, was ebenfalls
schematisch gezeigt ist;
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11c ist eine unvollständige Seitenansicht, bei der
Abschnitte aufgebrochen sind, des Ausgangsgetriebes von 11a in einer Position, die mit der Drehung der
Schneckenwelle in dem Ausgangsgetriebe übereinstimmt, die gestoppt
wurde;
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12 ist
eine Seitenansicht einer Ausführungsform
eines Schneckenrads entsprechend der vorliegenden Erfindung;
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13 ist
eine perspektivische Ansicht des Schneckenrads von 12,
wobei einzelne Zähne des
Zahnabschnitts nicht gezeigt sind;
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14a ist eine perspektivische Ansicht einer der
Bewegungsanschläge
des Schneckenrads von 12;
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14b–14g sind verschiedene Seitenansichten der Bewegungsanschläge von 12;
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15 ist
eine Seitenansicht einer Schneckenwelle entsprechend der vorliegenden
Erfindung;
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16 ist
eine perspektivische Ansicht einer Aufhängung in der verstauten Position
mit einer Treibstoffleitungsanordnung entsprechend der vorliegenden
Erfindung;
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17 ist
eine perspektivische Ansicht der Treibstoffleitungsanordnung der
Aufhängung
von 16;
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18 ist
eine perspektivische Ansicht der Treibstoffleitungsanordnung von 17 in
einem freien Zustand; und
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19 ist
eine Seitenansicht einer Balg-Röhre,
die zur Verwendung bei der Treibstoffleitungsanordnung von 17 geeignet
ist.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
ist mit dem Bezugszeichen 30 gekennzeichnet und in verschiedenen
Stufen der Ausdehnung in 1–3 dargestellt.
Wie am besten in 1 zu sehen ist, umfasst die
kardanisch aufgehängte
Plattform oder Winkelpositionierer 30 eine Basis 33,
die mit einem Weltraumfahrzeug (nicht gezeigt) verbunden sein kann, eine
Zwischen stufe 39 mit einer ersten Seite 42, die mit
der Basis verbunden ist, und einer zweiten Seite 45. Eine
obere Stufe 48 der kardanisch aufgehängten Plattform 30 ist
mit der zweiten Seite 45 der Zwischenstufe 39 verbunden.
Die obere Stufe 48 kann ausgebildet sein, um einen Motor,
wie beispielsweise ein Ionentriebwerk zu halten.
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Ein
Innen- oder erstes Ausgangsgetriebe 51, das ein Gehäuse 54 umfasst,
ist auf der Basis 33 befestigt und hat eine Hauptwelle 57,
die an der ersten Seite 42 der Zwischenstufe 39 angebracht
ist. Ein Außen-
oder zweites Ausgangsgetriebe 60 mit einem Gehäuse 63 ist
an der zweiten Seite 45 der Zwischenstufe 39 befestigt
und hat eine Hauptwelle 66, die an der oberen Stufe 48 angebracht
ist. Das erste Ausgangsgetriebe 51 bewegt die Zwischenstufe 39 bezüglich der
Basis 33 um eine erste Achse. Das zweite Ausgangsgetriebe 60 bewegt
die obere Stufe 48 bezüglich
der Zwischenstufe 39 um eine zweite Achse. Die erste Achse
kann im Wesentlichen rechtwinklig zu der zweiten Achse sein.
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Wie
am besten in 5, 6 und 8 zu sehen
umfasst das Innen-Ausgangsgetriebe 51 eine Schneckenwelle 87 mit
einem Schneckenabschnitt oder Schnecke 93, die ausgelegt
ist, um mit einem Schneckenrad 96 kämmend zusammenzuwirken, das
benachbart der Schnecke 93 angeordnet ist. Die Schneckenwelle 87 kann
entfernbar in einem ersten Satz von Lagern 98 und einem
zweiten Satz von Lagern 100 befestigt sein. Die Lagersätze 98, 100 können Duplexlager,
Rollenlager oder jedes andere geeignete Lager sein. Ein einzelnes
Lager kann geeignet sein anstelle des ersten Satzes von Lagern 98, und
ein einzelnes Lager kann anstelle des zweiten Satzes von Lagern 100 geeignet
sein.
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Um
das erste Ausgangsgetriebe 51 anzutreiben, ist ein Motor 75 mit
einem Getriebekopf 81 verbunden, der mit der Schneckenwelle 87 gekoppelt
ist über
eine Keilnutverbindung 90 oder eine andere Verbindung,
die eine Längsbewegung
der Schneckenwelle 87 relativ zu dem Getriebekopf 81 erlaubt. Der
Motor 75 ist vorzugsweise ein Schrittmotor.
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An
dem Schneckenrad 96 und davon ausgehend ist die Hauptwelle 57 mit
den Enden 102 angebracht. Die Hauptwelle 57 des
Innen-Ausgangsgetriebes 51 ist an der ersten Seite 42 der
Zwischenstufe 39 an den Enden 102 der Hauptwelle über einen Stift 108 (3)
angebracht, der sich durch die Zwischenstufe 39 und durch
die Hauptwelle 57 erstreckt. Eine Klammer 111 (1 und 3),
die mit der Hauptwelle 57 verbunden ist, sichert auch die
Zwischenstufe 39 an der Hauptwelle 57. Die erste
Seite 42 der Zwischenstufe 39 ist somit zur Drehung
mit der Hauptwelle 57 des Innen-Ausgangsgetriebes 51 um
die erste Achse befestigt.
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Das
Außen-Ausgangsgetriebe 60 ist
in 7 gezeigt und ist ähnlich zu dem Innengetriebe 51 des
Gehäuse 63 des
Außen-Ausgangsgetriebes 60 an
der zweiten Seite 45 der Zwischenstufe 39 befestigt.
Das Außen-Ausgangsgetriebe 60 umfasst eine
Schneckenwelle 114 mit einem Schneckenabschnitt oder einer
Schnecke 117, die ausgelegt ist, um mit einem Schneckenrad 120 kämmend zusammenzuwirken,
das benachbart der Schnecke 117 angeordnet ist. Die Schneckenwelle 114 kann
entfernbar in einem ersten Lagersatz 122 und einem zweiten Lagersatz 124 befestigt
sein. Die Lagersätze 122, 124 können Duplexlager,
Rollenlager oder andere geeignete Lager sein. Ein einzelnes Lager
kann anstelle des ersten Lagersatzes 122 geeignet sein,
und ein einzelnes Lager kann anstelle des zweiten Lagersatzes 124 geeignet
sein.
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Um
das zweite Ausgangsgetriebe 60 anzutreiben, ist ein Motor 78 mit
einem Getriebekopf 84 verbunden, der die Schneckenwelle 114 über eine Keilnutverbindung 115 oder
eine andere Verbindung koppelt, die eine Längsbewegung der Schneckenwelle 114 relativ
zu dem Getriebekopf 84 erlaubt. Der Motor 78 ist
ein Schrittmotor.
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An
dem Schneckenrad 120 und davon ausgehend ist die Hauptwelle 66 mit
Enden 126 angebracht. Die Hauptwelle 66 des Außen-Ausgangsgetriebes 60 ist
an der oberen Stufe 48 über
Stifte 132 (1) angebracht, die sich durch
die obere Stufe 48 und durch die Enden 126 der
Hauptwelle 66 erstrecken. Klammern 135 (1),
die mit der Welle 66 verbunden sind, sichern die Zwischenstufe 39 an
der Hauptwelle 66. Die obere Stufe 48 ist damit
für eine Drehung
mit der Hauptwelle 66 des Außen-Ausgangsgetriebes 60 um die
zweite Achse befestigt. Wenn eine Nutzlast verwendet wird, die bei
hohen Temperaturen arbeitet, wie beispielsweise ein Ionentriebwerk,
kann eine wärmeisolierende
Schicht, beispielsweise ein geeignetes Nichtmetall, zwischen der Hauptwelle 66 und
der oberen Stufe 48 platziert werden.
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Die
Hauptwelle 57 des Innen-Ausgangsgetriebes 51 kann
an der Zwischenstufe 39 über andere Mittel, wie beispielsweise
Verzahnungen, Keilnuten, Schrauben und Klammern angebracht sein.
Die Hauptwellen 57, 66 sind an einem ersten Lagersatz 138 (8)
und einem zweiten Lagersatz 139 (8) angebracht.
Die Schnecken 93, 117 und die Schneckenräder 96, 120 sind
mit einem geringflüchtigen
Schmiermittel geschmiert.
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Beispiele
einer Leistungscharakteristik der Ausgangsgetriebe 51, 60 sind
wie folgt. Die Schneckenräder 96, 120 haben
ein Getriebeverhältnis
von etwa 40:1. Die Motoren 75, 78 können vier
Phasen unipolare 90° Schrittmotoren
sein. Die Getriebeköpfe 81, 84 können dreistufige
Planetengetriebeköpfe
mit einem Getriebeverhältnis
von etwa 180:1 bis 345:1 sein. Allgemeiner ist jede Getriebekombination
geeignet, falls das Getriebe zu der gewünschten Präzision beim Ausgang der Hauptwellen 57, 66 führt. Falls
beispielsweise ein 0,0125°-Schritt
der Motoren 75, 78 gewünscht ist, würde dann
ein 40:1 Schneckenrad 96, 120 und 180:1 Schneckenkopf 81, 84 diesen
Ausgangspräzisionsgrad
erreichen, aber Kombinationen, die Schneckenräder 96, 120 und Schneckenköpfe 81, 84 mit
anderen Getriebeverhältnissen
benutzen, die zu 0,0125°-Schritt
führen
würden,
wären ebenfalls
geeignet. Strukturelle Komponenten, wie die Basis 33, die
Zwischenstufe 39 und die obere Stufe 48 können aus
Aluminium gefertigt werden.
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Wie
in 1–3 und 7 zu
sehen, kann die obere Stufe 48 lösbar an einem Abschuss-Verriegelungssitz 141 angebracht
sein. In dieser Position, einer verstauten oder verriegelten Position,
ist die kardanisch aufgehängte
Plattform 30 kompakt. Der Abschuss-Verriegelungssitz 141 ist
zylindrisch und verschraubt mit der Basis 33 oder auf andere
Weise verbunden. Der untere Teil beziehungsweise Boden der oberen
Stufe 48 steht in kämmendem
Eingriff mit dem Abschuss-Verriegelungssitz 141, wenn die
kardanisch aufgehängte
Plattform 30 in der verstauten Position ist, indem ein
Kamm 143 (1) auf dem Abschuss-Verriegelungssitz 141 aufgenommen
wird. Die L-förmige
Zwischenstufe 39 definiert einen Raum für den Abschuss-Verriegelungssitz 141 zwischen
der ersten und der zweiten Seite 42, 45. Mit anderen
Worten sind in der verstauten Position die erste und die zweite
Seite 42, 45 der Zwischenstufe 39 jeweils
benachbart zu der Peripherie des Abschuss-Verriegelungssitz 141 angeordnet. Da
ferner das Innen- und das Außen-Ausgangsgetriebe 51, 60 auf
benachbarten Seiten der Zwischenstufe 39 liegen, sind die
Ausgangsgetriebe 51, 60 koplanar, wie in 1–3 zu
sehen. Diese Anordnung der Ausgangsgetriebe 51, 60 ist
relativ kompakt und ermöglicht
eine schwere Nutzlast (beispielsweise ein Ionentriebwerk), die direkt über dem
Abschuss-Verriegelungssitz 141 befestigt ist.
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Eine
Trennmutter-Anordnung 150 ist mit dem Abschuss-Verriegelungssitz 141 verschraubt
oder auf andere Weise verbunden, der mit der Basis 33 verschraubt
oder auf andere Weise verbunden ist. Die Trennmutter-Anordnung 150 wirkt
mit einer Schraube 156 (7) während des
Verriegelns zusammen. Die Schraube 156 wirkt ebenfalls
während der
Verriegelung mit einer Schraubeneinfangröhre 159 (1 und 7)
zusammen, die mit der oberen Stufe 48 verbunden ist. Somit
ist die Schraube 156 in Spannung, wenn die obere Stufe 48 in
einen kämmenden
Eingriff mit dem Abschuss-Verriegelungssitz 141 verriegelt
ist. Die Trennmutter-Anordnung 150 kann eine pyrotechnische
Mutter 153 (7) umfassen, die ein mit Gewinde
versehenes Ende besitzt, das die Schraube 156 aufnimmt.
Andere pyrotechnische Trennungsvorrichtungen können verwendet werden, wie
beispielsweise ein Schraubenschneider, eine Trennschraube oder ein
Stiftzieher. Ähnliche
nicht-pyrotechnische Anordnungen können ebenfalls verwendet werden.
Wenn die obere Stufe 48 von dem Abschuss-Verriegelungssitz 141 gelöst werden
soll, wird die pyrotechnische Mutter 153 gezündet, so
dass sie die Schraube 156 löst. Die obere Stufe 48 ist
dann in der Lage, bezüglich
des Abschuss-Verriegelungssitzes 141 sich zu bewegen.
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Wenn
die obere Stufe 48 an dem Abschuss-Verriegelungssitz 141 befestigt
ist (das heißt verriegelt
ist), besitzt die kardanisch aufgehängte Plattform 30 einen
Lastpfad, der die meiste Kraft, die von der oberen Stufe 48 ausgeht,
nach unten von der oberen Stufe 48 über den Abschuss-Verriegelungssitz 141 in
die Basis 33 leitet. Der Lastpfad umfasst die Schraubenauffangröhre 159.
Der Lastpfad umgeht allgemein die Zwischenstufe 39 und
reduziert somit die Belastungen, die die Ausgangsgetriebe 51, 60 erfahren.
Ohne diese Anordnung könnten
während
des Starts große
Belastungen, die sich aus einem schweren auf der Plattform 30 angebrachten Triebwerk
ergeben, möglicherweise
die Ausgangsgetriebe 51 und 60 beschädigen. Die
Offset-Anordnung der Antriebsachsen und des Abschuss-Verriegelungssitzes 141 erlauben
eine Winkelpositionierung in großem Maßstab ohne Verwendung eines
separaten Entfaltungsaktuators.
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Der
Betrieb der Innen-Ausgangsgetriebe 51 schwenkt die Zwischenstufe 39 um
die erste Achse, die parallel zu der Hauptachse 57 des
Innen-Ausgangsgetriebe 51 ist. Die Hauptachse 57 ist
in der ersten Seite 42 der Zwischenstufe 39 aufgenommen. Der
Betrieb des Motors 75 treibt den Getriebekopf 81 an,
der die Schneckenwelle 87 dreht, die die Schnecke 93 dreht,
die wiederum das Schneckenrad 96 dreht. Die Hauptwelle 57 dreht
dann um die erste Achse. Auf diese Weise dreht die Zwischenstufe 39 um
die erste Achse, die die zweite Seite 45 der Zwischenstufe 39 bezüglich der
Basis 33 hebt. Das Gehäuse 54 des
ersten Ausgangsgetriebes, das Gehäuse des Motors 75 und
das Gehäuse
des Getriebekopfs 81 bewegen sich bezüglich der Basis 33 und während des
Betriebs normalerweise nicht.
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Das
zweite Ausgangsgetriebe 60 arbeitet ähnlich wie das erste Ausgangsgetriebe 51.
Der Motor 78, der mit dem Getriebekopf 84 verbunden
ist, treibt den Getriebekopf 84 an, der die Schneckenwelle 114 des
zweiten Ausgangsgetriebe 60 dreht. Die Schnecke 117 dreht
dann und bringt das kämmende Schneckenrad
120 zum Drehen. Die Hauptwelle 66 dreht dann. Die Drehung
der Hauptwelle 66 lässt
die obere Stufe 48 um die zweite Achse drehen, welche die
Achse parallel zu der Hauptachse 66 in dem zweiten oder
Außen-Ausgangsgetriebe 60 ist.
Auf diese Weise kann die obere Stufe 48 zur Positionierung
eines Objekts gedreht werden, das in der obere Stufe 48 platziert
ist. Bis zu 67 Grad an Drehung kann um jede Achse erreicht werden.
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Ein
Anti-Flankenspielmerkmal kann eingesetzt werden, um eine präzise Bewegung
der Schneckenräder 96, 120 zu
gewährleisten.
Aus Vereinfachungsgründen
wird das Flankenspiel und das Anti-Flankenspielmerkmal nur für die Komponenten
des ersten Ausgangsgetriebes 51 nachfolgend diskutiert, aber ähnliche
Flankenspiel- und ähnliche
Anti-Flankenspiel-Merkmale können
auch für
das zweite Ausgangsgetriebe 60 verwendet werden. Die Schneckenradzähne 162 sind
schmaler als der Raum zwischen benachbarten Gewindegängen 165 der Schnecke 93.
Ohne das Anti-Flankenspielmerkmal würde ein
Flankenspiel teilweise auftreten, wenn die Richtung der Schneckendrehung 93 umgedreht
wird. Ohne das Anti-Flankenspielmerkmal führt ein Richtungswechsel der
Schneckendrehung 93 dazu, dass die Schnecke 93 zuerst
an einer Seite der Schneckenradzähne 162 lagert
und dann gegen die andere Seite der Schneckenradzähne 162.
Um dieses Umschalten zu erreichen, muss die Schnecke 93 gedreht
werden, bis das Schneckengewinde 165 mit den Schneckenradzähnen 162 zusammenwirkt.
Die Drehung umfasst den Betrieb des Motors 75 ohne eine
begleitende Drehung des Schneckenrads 96 und deshalb ohne
eine begleitende Drehung der Zwischenstufe 39 um die erste
Achse. Ein solches Flankenspiel führt zu verlorener Bewegung
und folglich einer Ungenauigkeit der Positionierungsplattform 30, da
der Motor 75 sich ohne entsprechende Drehung der Zwischenstufe 39 um
die erste Achse bewegt.
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Das
Anti-Flankenspielmerkmal umfasst Torsions- oder Anti-Flankenspielfedern 168 (5 und 9)
innerhalb der Ausgangsgetriebe 51, um ein Flankenspiel
in der Schneckenwelle 87 und dem Schneckenrad 96 zu
reduzieren oder zu beseitigen. Die Federn 168 verhindern
ein Flankenspiel, indem sie ein Drehmoment bereitstellen, das die
Schneckenradzähne 162 gegen
eine Seite des Gewindes 165 der Schnecke 93 vorspannt.
Wenn die Drehrichtung der Schneckenwelle 87 dann umgekehrt
wird, bleiben die Schneckenradzähne 162 an
der gleichen Seite des Gewindes 165 gelagert, die die Schneckenradzähne 162 während der
Drehung der Schneckenwelle 87 in die andere Richtung berührt haben. Ein
Flankenspiel wird verhindert, da die Schneckenradzähne 162 nicht
ihre Lagerung an einer Seite des Gewindes 165 zu der gegenüberliegenden
Seite des Gewindes 165 wechseln, wenn die Richtung der Schneckenwellendrehung 87 umgedreht
wird.
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Die
Federn 168 sind um die Hauptwelle 57 angebracht
und jede Feder 168 hat ein erstes Ende 171 (9)
und ein zweites Ende 174 (9). Das Schneckenrad 96 besitzt
eine Vielzahl von Löchern 177 zur
Aufnahme des ersten Endes 171 der Federn 168.
Obgleich ohne Zähne 162 in 9 gezeigt,
hat das Schne ckenrad 96 in 9 Zähne 162.
Sechs Löcher 177 in
dem Schneckenrad 96 sind in den Figuren gezeigt. Das zweite
Ende 174 jeder Feder 168 ist in einer Federhalteplatte 180 verankert.
Die Federhalteplatte 180 besitzt eine Vielzahl von Löchern 183 (in
den Figuren sind vier gezeigt). Die Löcher 183 sind so ausgerichtet,
dass die Löcher 183 nicht
auf identischen Positionen bezüglich
benachbarter Ecken der Halteplatte 180 sind. Dies kann
am besten in 10 gesehen werden, in der die
durch die Positionen der Löcher 183 und
der Mitte der Halteplatte 180 definierten Winkel nicht
gleich sind. Die Winkel, die zwischen Löchern 183 und einer
Linie gebildet sind, die die zwei gegenüberliegenden Seiten der Halteplatte 180 teilt,
die in 10 gezeigt ist, sind 43,13°, 50,62°, 46,87° und 39,38°.
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Jede
Federhalteplatte 180 kann in dem Gehäuse 54 des Ausgangsgetriebes 51 in
einer von vier Positionen installiert werden. Mit anderen Worten kann
in Ausführungsformen
mit vier Löchern 183 die Halteplatte 180 so
ausgerichtet werden, dass irgendeines der vier Löcher 183 benachbart
einer bestimmten Ecke des Gehäuses 54 platziert
ist. Da es in dieser Ausführungsform
vier unterschiedlich ausgerichtete Löcher 183 in der Halteplatte 180 gibt
und da die Halteplatte in vier unterschiedlichen Positionen in dem
Gehäuse 54 positioniert
werden kann, gibt es sechzehn Platzierungen relativ zu dem Gehäuse 54,
in denen ein Ende der Feder 168 positioniert sein kann,
wenn sie in der Halteplatte 180 befestigt wird.
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Die
Lochmuster in dem Schneckenrad 96 und den Federhalteplatten 180 und
die Wahl der Ausrichtung der Halteplatte 180 liefert somit
eindeutige Anfangspositionen für
die Torsionsfedern 168 in Ausführungsformen mit sechs Löchern 177 in
dem Schneckenrad 96 und vier Löcher 183 in der Halteplatte 180.
Die Federn 168 können
innerhalb von 1,88' installiert
werden, was zu einer sehr genauen Einstellbarkeit des Drehmoments
führt.
Kostengünstige
Torsionsfedern 168 mit relativ geringen Toleranzen bezüglich Drehmoment
und relativ geringen Toleranzen bezüglich Ausrichtungen der ersten
und der zweiten Federenden 171, 174 können folglich
verwendet werden, während
immer noch ein hoher Präzisionsgrad
der vorbelasteten Anordnung bereitgestellt wird. Diese Anordnung
spart Platz, da kleinere Federn verwendet werden können, um
ein vorgegebenes minimales Drehmoment bereitzustellen. Eine einzelne
Anti-Flankenspielfeder 168 kann ausreichend sein, um ein
gewünschtes
Drehmoment zu erhalten, wobei in diesem Fall nur eine einzelne Anti-Flankenspielfeder 168 pro
Schneckenrad 96 erforderlich ist.
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Die
Halteplatten 180 und das Schneckenrad 96 stellen
ebenfalls Federausrichtungsmerkmale dar, die ein Aufrichten verhindern,
wenn die Feder 168 belastet wird. Dies wird mit einem Kragen
bzw. Manschette 186 auf jeder Seite des Schneckenrads 96 und
einem Kragen bzw. Manschette 189 auf der Federhalteplatte 180 erreicht.
Jeder Kragen 186 beziehungsweise Manschette ist dimensioniert,
so dass ein Teil der Feder 168 an jedem Ende 171, 174 eng gegen
die Manschette 186, 189 passt, wenn die Feder 168 in
die Anfangsposition der Feder belastet wird. Dieses Merkmal hält die Ausrichtung
aufrecht und beseitigt ein Reiben der Feder 168 an der
Hauptwelle 57 oder dem Gehäuse 54, so dass ein
höheres Drehmoment
und weniger Reibung geliefert werden. Das Halten und Ausrichten
wird ohne zusätzliche
Teile und Befestigungsmittel erreicht, die allgemein für Torsionsfederanordnungen
erforderlich sind. Manschetten, die ähnlich zu den Manschetten 186 beziehungsweise 189 sind,
können
auf dem Schneckenrad 120 und der Federhalteplatte 180 des
zweiten Ausgangsgetriebes 60 angeordnet sein.
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Wie
zuvor erläutert,
wenn die Aufhängung 30 in
der verstauten Position ist, werden Lasten allgemein von der oberen
Stufe 48 in Richtung der Basis 33 gerichtet, wobei
die Ausgangsgetriebe 51, 60 umgangen werden und
damit die Ausgangsgetriebe 51, 60 gegenüber schweren
Lasten geschützt
werden. Die Ausgangsgetriebe 51, 60 insbesondere
die Lager 98, 100, 122, 124 und
die Schneckenräder 96, 120 werden
zusätzlich über einen
Mechanismus zum Isolieren der Schnecken 93, 117 gegenüber ihren
jeweiligen Lagern 98, 100, 122 und 124 geschützt.
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Der
Betrieb des Isolationsmechanismus ist in 11a–11c gezeigt. Die Schnecke 93 besitzt eine
erste Schulter 190, die ausgelegt ist, um in dem ersten
Lagersatz 98 zu sitzen, und eine zweite Schulter 192 ist
ausgelegt, um in dem zweiten Lagersatz 100 zu sitzen. 11a zeigt das erste Ausgangsgetriebe 51 in
einer Position, die übereinstimmt
mit der Aufhängung 30 in
dem Arbeitsbereich (d.h. wenn die Aufhängung 30 ausgestreckt
ist, so dass die obere Stufe 48 nicht in Kontakt mit dem
Abschuss-Verriegelungssitz 141 ist). Die obere Stufe 48 und
der Abschuss-Verriegelungssitz 141 sind in 11a–11c schematisch gezeigt. Ebenfalls ist die Richtung
der Schneckendrehung 93 in 11a–11c dargestellt, die eine Bewegung der oberen
Stufe 48 in Richtung des Abschuss-Verriegelungssitzes 141 verursacht.
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Das
Drehmoment von den Federn 168, wenn im Arbeitsbereich,
spannt das Schneckenrad 96 im Gegenuhrzeigersinn vor (wenn
betrachtet wie in 11a gezeigt), was das Schneckenrad 96 gegen die
Schnecke 93 vorbelastet. Wie im vergrößerten Ausschnitt von 11a zu sehen, lagern einige der Schneckenradzähne 162 an
dem Schneckengewinde 165, während das Schneckenrad 96 gegen
die Schnecke 93 vorgespannt wird. Dies führt dazu,
dass die Schneckenwelle 87 gegen den zweiten Lagersatz 100 vorgespannt
wird. Somit sitzt die zweite Schulter 192 der Schneckenwelle 87 auf
dem zweiten Lagersatz 100 während des normalen Betriebs.
Während des
normalen Betriebs gibt es jedoch einen Spalt, wie in 11a zu sehen ist, zwischen der ersten Schulter 190 der
Schneckenwelle 87 und dem ersten Lagersatz 98.
Es ist anzumerken, dass die Aufhängung 30 so
konfiguriert werden kann, dass die Federn 168 Drehmoment
in Richtung entgegengesetzt zu der in 11a–11c gezeigten bereitstellen.
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Bezug
nehmend auf 11b, wenn die obere Stufe 48 zuerst
in der Abschuss-Verriegelungssitz 141 sitzt, kann die Hauptwelle 57 und
das Schneckenrad 96 nicht länger in die Richtung drehen,
die normalerweise die obere Stufe 48 näher zu dem Abschuss-Verriegelungssitz 141 bewegt
(in 11a–11c im
Gegenuhrzeigersinn). Das Aufsetzen der oberen Stufe 48 auf
den Abschuss-Verriegelungssitz 141 kann beispielsweise
erwünscht
sein, wenn die obere Stufe 48 mit dem Abschuss-Verriegelungssitz 141 verriegelt
wird, um eine verstaute Position zu erhalten. Nach dem Beginn der
Kontaktierung der oberen Stufe 48 mit dem Abschuss-Verriegelungssitz 141 spannt
das Drehmoment, das von den Federn 168 bereitgestellt wird,
das Schneckenrad 96 nicht länger gegen die Schnecke vor.
Die Schneckenwelle 87 dreht sich weiter, ohne jedoch eine
entsprechende Drehung des Schneckenrads 96.
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Die
Drehung der Schneckenwelle 87 gegen das harte Schneckenrad 96 führt dazu,
dass die Schneckenwelle 87 auf ihrer Längsachse in Richtung des ersten
Lagersatzes 98 sich translatorisch bewegt. Diese translatorische
Bewegung der Schneckenwelle 87 ist in Richtung des ersten
Lagersatzes 98, da in der Konfiguration die in 11a–11c gezeigt ist, während des Betriebs im normalen
Bereich, die Schnecke 93 begonnen hat, die Schneckenradzähne 162 gegen
den zweiten Lagersatz 100 zu drücken. Wenn das Schneckenrad 96 nicht
länger in
diese Richtung drehen könnte,
würde sich
die Schneckenwelle 87 in die entgegengesetzte Richtung
translatorisch bewegen (d.h. weg von dem zweiten Lagersatz 100).
Diese translatorische Bewegung, d.h. Verschiebung, bringt die Schneckenwelle 87 aus dem
Sitz mit dem zweiten Lagersatz 100, erzeugt einen Spalt
(in 11c zu sehen) zwischen der zweiten
Schulter 192 der Schneckenwelle 87 und dem zweiten
Lagersatz 100. Ein Spalt verbleibt zwischen der ersten
Schulter 190 und dem ersten Lagersatz 98, jedoch
ist dieser Spalt kleiner als der Spalt zwischen der ersten Schulter 190 und
dem ersten Lagersatz 98, wenn die Aufhängung 30 im Arbeitsbereich ist.
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Nachdem
die Schneckenwelle 87 in eine Position zwischen dem ersten
und dem zweiten Lagersatz 98, 100 verschoben wurde,
verhindert ein Stoppmechanismus, wobei ein solcher Stoppmechanismus in
größerem Detail
nachfolgend beschrieben werden wird, eine weitere Drehung der Schneckenwelle 87 und
hält damit
die Schneckenwelle 87 isoliert zwischen dem ersten und
dem zweiten Lagersatz 98, 100 und hindert die
Schneckenwelle 87 daran, soweit verschoben zu werden, dass
die erste Schulter 190 an dem ersten Lagersatz 98 aufsitzt. 11c zeigt das erste Ausgangsgetriebe 51 in
einer Position, bei der die Drehung der Schneckenwelle 87 unterbrochen
wurde, und die Schneckenwelle 87 ist in einer Position
zwischen dem ersten und dem zweiten Lagersatz 98, 100.
Mit den Spalten zwischen der Schneckenwelle 87 und dem
ersten und dem zweiten Lagersatz 98, 100 ist die
Schneckenwelle 87 frei in ihrer Längsbewegung und ist deshalb
isoliert von Lasten, die von der oberen Stufe 48, der Hauptwelle 57 oder
anderen Teilen des Antriebsstrangs aufgebracht werden.
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Wenn
die Schneckenwelle 87 anders isoliert ist, kann sie sich
frei bewegen bezüglich
der Lagersätze 98, 100 auf
einer Längsachse,
die von der Schneckenwelle 87 gebildet wird, so dass ein
fester Lastpfad durch die Aufhängung 30 beseitigt
wird. Wie in dem vergrößerten Ausschnitt
von 11c zu sehen ist, lagern die
Schneckenradzähne 162 nicht
an dem Schneckengebinde 165, wenn die Schneckenwelle 87 isoliert
ist. Die Schneckenwelle 87 ist mit dem Getriebekopf 81 über eine
Keilnutwelle 90 oder über
eine andere Verbindung gekoppelt, die eine Längsbewegung der Schneckenwelle 87 bezüglich des
Getriebekopfs 81 erlaubt, während die obere Stufe 48 in
dem Abschuss-Verriegelungssitz 141 verriegelt
ist. Da der starre Lastpfad beseitigt ist, sind die Lagersätze 98, 100 ebenfalls
gegenüber
den Lasten isoliert, wenn die Aufhängung 30 in der verstauten Position
ist.
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Die
Trennmutter 153 muss gezündet werden, um die Schraube 156 freizugeben,
bevor die Aufhängung 30 aus
der verstauten Position bewegt werden kann. Entweder das Innengetriebe 51 oder das
Außengetriebe 60 oder
beide können
benutzt werden, um die obere Stufe 48 weg von dem Abschuss-Verriegelungssitz 141 zu
bewegen. Aus Übersichtlichkeitsgründen werden
nur die Bewegungen und die Komponenten des Innengetriebes 51 nachfolgend
be schrieben, aber ein ähnlicher
Betrieb gilt für
das Außengetriebe 60.
Nach der Freigabe bzw. dem Lösen
der Trennmutter 152 sind das Getriebe 50, die
obere Stufe 48 und der Abschuss-Verriegelungssitz 141 wie in 11c gezeigt. Aus dieser Position führt eine
Anfangsdrehung der Schneckenwelle 87 in entgegengesetzte
Richtung zu der in 11a–11c gezeigten
dazu, dass sie verschoben wird bis eine Berührung zwischen der Schulter der
Schneckenwelle 87 und den Lagern 100 auftritt. Eine
weitere Drehung der Welle 87 führt dazu, dass sich das Schneckenrad 96,
die Hauptwelle 57 und deshalb die obere Stufe 48 aus
der Position, die in 11b gezeigt ist, weg von dem
Abschuss-Verriegelungssitz 141 in eine Arbeitsposition
bewegt, die in 11c gezeigt ist. Sobald die
obere Stufe 48 den Kontakt mit dem Abschuss-Verriegelungssitz 141 verliert,
spannen die Anti-Flankenspielfedern 168 die Schneckenradzähne 162 gegen
das Gewinde 165 der Schnecke 93 vor, und die Schneckenwelle 87 gegen
den zweiten Lagersatz 100. Zusätzlicher Raum zwischen den
Schultern 190, 192 der Schneckenwelle 87 und
der jeweiligen Lagersätze 98, 100 kann
notwendig sein, um die Schneckenwelle 87 zu isolieren. Mit
anderen Worten kann der Abstand von einer Schulter 190 zu
der Schulter 192 auf einer einzelnen Schneckenwelle 87 reduziert
werden, um der Schneckenwelle 87 eine Längsbewegung über eine
größere Distanz
zu ermöglichen,
wenn sie aus dem Sitz auf den Lagersätzen 98, 100 gelangt.
Der zusätzliche Raum
zwischen jedem Lager und der benachbarten Schneckenwellenschulter
beeinträchtigt
nicht den Betrieb des Ausgangsgetriebes 51, da wenn ein
Antrieb erwünscht
ist und die Schneckenwelle 87 auf dem zweiten Lagersatz 100 aufsitzt,
das Vorspannen durch die Anti-Flankenspielfedern 168 die
Schneckenradzähne 162 in
Kontakt mit der Schnecke 93 ist und die Schneckenwellenschulter 192 in
ihrem Sitz auf dem Lagersatz 100 hält.
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Das
zweite Außengetriebe 60 kann
einen Mechanismus zum Isolieren der Schnecke 117 gegenüber den
Lagersätzen 122, 124 aufweisen,
der ähnlich
ist zu dem Mechanismus, wie er zum Isolieren der Schnecke 93 gegenüber den
Lagersätzen 98, 100 vorgeschrieben
wurde.
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Ein
Flankenspiel kann alternativ zusätzlich
in anderen Teilen des Außengetriebes
erzeugt werden, um den Lagersatz 98, 100 und das
Schneckenrad 96 gegenüber
Kräften
zu isolieren. Beispielsweise kann eine lose passende Verzahnungswelle,
eine lose passende Keilnutverbindung, oder eine lose passende Stiftverbindung
eingesetzt werden, um das Schneckenrad 96 mit der Hauptwelle 97 zu
verbinden, oder um eine oder mehrere der Hauptwelle 57, 66 mit
entsprechenden Stufen 39, 48 zu verbinden und
damit ein Flankenspiel zu erzeugen. Allerdings würde ein Flankenspiel, das von
diesen Quellen ausgeht, Anti-Flankenspielfedern erfordern, die in
Positionen platziert würden,
die sich von den Federn 168 unterscheiden.
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Es
wird nun auf die 12 und 13 Bezug
genommen. Das Schneckenrad 96 besitzt einen Aufbau zum
Unterbrechen der Drehung der Schnecke 93. Der Umfangsbereich
des Schneckenrads 96 hat einen Zahnbereich 195,
der sich über
weniger als 360° des
Schneckenradumfangs 96 erstreckt. Obgleich das Schneckenrad 96 in 13 ohne
Zähne 162 in
dem Zahnbereich 195 dargestellt ist, besitzt das Schneckenrad
von 13 Zähne 162.
Das Zahngebiet 195 endet in einem zahnlosen Umfangsabschnitt 198.
Die Schneckenradzähne 162 definieren
Räume 201 in
dem Umfangs abschnitt des Schneckenrads 96. Ein erster Bewegungsanschlag 204 mit
einer ersten Kontaktfläche 207 ist
an einem Ende des Zahnbereichs 195 angeordnet, und ein zweiter
Bewegungsanschlag 208 mit einer zweiten Kontaktfläche (nicht
gezeigt) ist an dem anderen Ende des Zahngebiets 195 angeordnet.
Der Betrag der Drehung, den das Schneckenrad 96 erfahren kann,
wird durch den Winkel des Bogens bestimmt, der zwischen dessen ersten
und zweiten Anschlägen 204, 208 gebildet
wird (d.h. dem Bogenwinkel, der von dem Zahngebiet 195 gebildet
wird), und die Anzahl der Drehungen, die von dem Gewinde der Schnecke 165 zwischen
dessen ersten und zweiten Anschlagsflächen 116, 222 besitzt.
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Bezug
nehmend auf die 15 endet die Schnecke 93 an
einem ersten Ende 213 mit einer ersten Kontaktfläche 216 und
einem zweiten Ende 219 mit einer zweiten Kontaktfläche 222.
Der erste Anschlag 204 ist an einer Position platziert,
die den Fortschritt der Schnecke 93 durch das Schneckenrad 96 unterbrechen
wird, indem das erste Ende 313 der Schnecke 93 berührt wird.
Diese Position ist hauptsächlich
dort, wo Raum zwischen den Zähnen
läge, falls
das Zahngebiet 195 in das zahnlose Umfangsgebiet 198 fortgesetzt
würde.
Der zweite Anschlag 208 ist an einer Position platziert,
die die Weiterbewegung der Schnecke 93 über das Schneckenrad 96 unterbrechen
wird, indem das zweite Ende 229 der Schnecke 93 berührt wird.
Diese Position ist insbesondere dort, wo ein Raum zwischen den Zähnen läge, falls
das Zahngebiet 195 in das zahnlose Umfangsgebiet 198 fortlaufen
würde.
Eine Drehung der Schnecke 93 in eine Richtung wird von
dem ersten Anschlag 204 unterbrochen, wenn ein bestimmter Grad
der Schneckenraddrehung 96 aufgetreten ist, und eine Drehung
der Schnecke 93 in die entgegengesetzte Richtung wird von
dem zweiten Anschlag 208 unterbrochen, wenn ein bestimmter
Grad an Drehung in diese Richtung aufgetreten ist.
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Die
Anschläge 204, 208 in
dem Schneckenrad 96 liefern einen Mechanismus zum Unterbrechen,
da nachdem eines der Enden 213, 219 der Schnecke 93 über den
Zahn 162 benachbart von einem der Anschläge 204, 208 gedreht
hat, dieses Ende der Schnecke 93 die Kontaktflächen der
Anschläge 204, 208 berühren wird
und dann an einer weiteren Drehung in diese Richtung gehindert wird. Der
Schneckenradanschlag bzw. Unterbrechungsmechanismus ist vorteilhaft,
da er eine Drehung der Schnecke 93 unterbricht, indem zwei
relativ flache Flächen
(d.h. die jeweiligen Kontaktflächen
der Anschläge 204, 208 und
der Enden 213, 219 der Schnecke 93) in
Kontakt miteinander gelangen, so dass die Schnecke 93 keine
hohen Spannungen aus dem Verkeilen im Schneckenrad 96 und
ein mögliches
Verklemmen mit dem Schneckenrad 96 erfahren wird. Da das
Drehmoment des Schneckenrads 96 sehr viel größer ist
als das Drehmoment der Schneckenwelle 87 wird auch eine
geringere Kraft benötigt,
um die Schneckenwelle 87 anzuhalten.
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Bei
Ausführungsformen
der Aufhängung 30 mit
dem Schneckenradanschlagmechanismus ist die Kontaktfläche 216 der
Schnecke 93 in Kontakt mit der Kontaktfläche 207 des
Anschlags 204, wenn die Aufhängung 30 in der verstauten
Position ist. Die Kontaktfläche 222 der
Schnecke 93 ist auch in Kontakt mit der Kontaktfläche des
Anschlags 208, wenn die Aufhängung 30 in ihrer
maximalen Reiseposition ist. Der Schneckenradanschlagmechanismus
kann mit dem Isolationsmechanismus verwendet werden, der zuvor beschrieben
wurde, um die Schneckenwellendrehung zu unter brechen und die Schneckenwelle 87 zwischen
dem ersten und dem zweiten Lagersatz 98, 100 aus
ihrem Sitz freigegeben zu halten.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
erfolgt der Kontakt der Schneckenfläche 222 mit der Anschlagsfläche 208 und
der Schneckenfläche 216 mit
der Anschlagsfläche 214 über im Wesentlichen flache
und parallele Flächen,
die in der Mittelebene des Schneckenrads auftreten (senkrecht zu
der Hauptwelle). Dies ist eine Ebene, die ebenfalls die Längsachse
der Schnecke enthält.
Die Schneckenflächen 222, 216 sind
deshalb radial bezüglich
des Schneckengewindegangdurchmessers und parallel zu der Längsachse
der Schnecke. Ebenfalls sind Anschlagflächen 208 und 214 bezüglich dem
Schneckenradgewindegangdurchmesser radial und rechtwinklig zu der
Hauptachse.
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Ähnliche
kämmende
Anschlagflächen
können
verwendet werden, die einen Kontakt mit Ebenen herstellen, anders
als diejenigen, die in der bevorzugten Ausführungsform beschrieben wurden.
In diesen Fällen
würden
die Anschlagflächen-Positionen
und Ausrichtungen entsprechend eingestellt werden. Andere mögliche Ausführungsformen
können
Anschlag-Kontaktflächen
benutzen, die zueinander passen und parallel sind, aber nicht flach
sind, oder die einen anderen als einen Flächenkontakt haben. Beispielsweise
können
sich die Kontaktflächen 216, 222 der
Schnecke 93 zu einem stumpfen Punkt und nicht zu einer
Abflachung verjüngen.
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Die
Anschläge 204, 208 können in
Räumen 201 zwischen
benachbarten Schneckenradzähnen 162 platziert
sein, eher als an Enden des Zahngebiets 195. Auf diese
Weise kann ein Schneckenrad 96 mit einem Zahngebiet 195,
das sich über
360° entlang
des Umfangs des Schneckenrads 96 erstreckt (d.h. ein Schneckenrad 96 zusammen
mit einem fehlenden zahnlosen Umfangsabschnitt 198) zwei
Anschläge 204, 208 besitzen.
Die Anschläge 204, 208 in
einer solchen Ausführungsform
können
einfach durch zumindest teilweises Füllen eines Raums 201 zwischen
beliebige zwei benachbarte Zähne 162 eingefügt werden.
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Die
Anschläge 204, 208 können verschiedene
Formen aufweisen. Beispielsweise kann, wie in 12, 13 und 14a–14g zu sehen ist, der Anschlag 204 auf
einem Bauteil 225 sein, das an der Seite des Schneckenrads 96 benachbart
dem Ende des Zahngebiets 195 angebracht ist, indem eine
Schraube 228 und eine Nut 231 verwendet werden,
oder andere geeignete Befestigungsmittel. Der Anschlag 208 kann
auf einem Bauteil 226 sein, das ähnlich oder identisch zu dem
Bauteil 225 ist, aber auf der gegenüberliegenden Seite des Schneckenrads 96 befestigt
ist und eine Kontaktfläche
besitzt, die einer Richtung zugewandt ist, die entgegengesetzt zu
der Kontaktfläche 207 ist.
Alternativ können die
Anschläge 204, 208 ein
Epoxydharzfüllstoff
in einem Raum sein, der zwischen dem zahnlosen Umfangsabschnitt 198 und
dem Zahngebiet 195 gebildet wird. Die Anschläge 204, 208 können Stifte
sein (nicht gezeigt), die in radialen Bohrungen (nicht gezeigt)
in dem Schneckenrad 96 teilweise eingesetzt sind, wobei
Abschnitte der Stifte sich aus den Bohrungen heraus erstrecken und
als Anschläge
dienen. Die Anschläge 204, 208 können materiell
an dem Schneckenrad 96 in jeder geeigneten Weise angebracht
sein, wie beispielsweise durch Klebstoff oder durch Schweißen. Die
Anschläge 204, 208 können integraler
Bestandteil mit dem Zahn oder den Zähnen 162 sein, die
unmittelbar benachbart der Anschläge 204, 208 liegen.
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Die
aufgehängte
Plattform kann einen sehr großen
Drehwinkel aus der verstauten Position in die vollständig ausgestreckte
Position durchlaufen. Falls die aufgehängte Plattform benutzt wird,
um ein Ionentriebwerk für
ein Weltraumfahrzeug zu positionieren, ist dann eine spezielle Treibstoffleitungsanordnung
erforderlich. Eine geeignete Treibstoffleitungsanordnung ist in 16–18 gezeigt
und mit dem Bezugszeichen 250 gekennzeichnet. Die Treibstoffleitungsanordnung 250 umfasst
eine erste und eine zweite Metall-Balg-Röhre 253, 257,
die über
ein Winkelfittung 262 mit einer ersten und einer zweiten Öffnung verbunden
sind. Die Balg-Röhren 253, 257 sind schematisch
in den 16–18 gezeigt,
aber 19 zeigt eine Balg-Röhre in größerem Detail, die zur Verwendung
als eine der Röhren 253, 257 geeignet
ist.
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Vorzugsweise
sind die erste und die zweite Röhre 253, 257 mit
dem Winkelfitting 262 verbunden, um einen rechten Winkel
in ihrem freien Zustand auszubilden. Der freie Zustand einer Röhre ist
derjenige Zustand, bei dem die Röhre
keine Spannung erfährt. Die
zweite Röhre 257 ist
gekrümmt
in 16 und 17 gezeigt,
da diese Figuren die Anordnung 250 in der Position zeigen,
die mit der Aufhängung 30 übereinstimmt,
die in der verstauten Position ist. Wenn die Aufhängung in
der verstauten Position ist, erfährt
die zweite Röhre 257 Spannungen
und ist nicht im freien Zustand.
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Vorzugsweise
ist die Anordnung 250 so angebracht, dass die Röhren 253, 257 in
ihrem freien Zustand sind, wenn sowohl die Zwischenstufe 39 als auch
die obere Stufe 48 in etwa im Mittelpunkt der Bewegung
um die jeweilige erste bzw. zweite Achse des jeweiligen ersten und
zweiten Ausgangsgetriebes liegen. Um dies zu erreichen, schneidet
eine Ebene, die sowohl die erste als auch die zweite Röhre 253, 257 enthält, wenn
diese Röhren
beide in ihrem freien Zustand sind, den rechten Winkel, der durch
die erste und die zweite Achse des jeweiligen ersten und zweiten
Ausgangsgetriebes gebildet werden.
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Wie
zuvor angegeben ist, wenn die Aufhängung 30 nicht in
der verstauten Position ist, ist die zweite Röhre 257 nicht in dem
freien Zustand. In einem anderen Extrem, wenn die Aufhängung vollständig ausgedehnt
ist, zieht sich die zweite Röhre
in die andere Richtung. Das Problem der Torsion um die Achsen der
ersten und der zweiten Röhre 253, 357 wird
durch Verwendung dieser Anordnung beseitigt, da die Torsion um eine
der Röhren 253, 257 wesentlich
erleichtert wird durch die Biegeflexibilität der anderen. Die Ermüdungslebensdauer
der Treibstoffleitungsanordnung 350 ist in großem Maße verbessert, da
die gesamte Flexibilität
innerhalb des elastischen Bereichs der Röhren 253, 257 liegt.
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Wenn
die zweite Röhre 297 zum
Verbinden eines Treibstofftanks (nicht gezeigt) mit einen Ionentriebwerk
eines Weltraumfahrzeugs benutzt wird, wird sie mit einem Ende der
Winkelverbindung 262 verbunden, und das andere Ende der
zweiten Röhre 257 wird
mit Installationen verbunden, die an dem Treibstofftank enden. Eine
herkömmliche
Antriebsröhre 275 mit
einem ersten und einem zweiten Ende 278, 281 können auch
eine Komponente der Treibstoffleitungsanordnung 250 sein.
Die Antriebsröhre 257 besitzt
ein erstes Ende 278, das mit einem Ende der ersten Röhre 253 verbunden
ist, und das zweite Ende 281 ist mit dem Ionentriebwerk
(nicht gezeigt) verbunden. Die Antriebsröhre 275 ist nicht
Teil der Erfindung, aber die Antriebsröhre 275 ist ein Teil
einer herkömmlichen
Treibstoffleitung. Der Abschnitt der Treibstoffleitung 250 mit
dem Winkelgelenk 262 und der ersten und der zweiten Röhre 253, 257 ist
wirksam, wobei ein Weg zur Verbindung eines Treibstofftanks mit
einer herkömmlichen
Treibstoffröhre
angegeben ist, die wiederum mit einem Ionentriebwerk verbunden ist.
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Die
vorhergehende detaillierte Beschreibung wird nur zur Klarheit und
Verständlichkeit
benutzt und nicht zu unnötigen
Beschränkungen
mit Ausnahme der in den nachfolgenden Ansprüchen angegeben Ansprüchen.