WO2000056604A1 - Niederhalter für bewegliche elemente eines satelliten, insbesondere satelliten-solargeneratoren - Google Patents

Niederhalter für bewegliche elemente eines satelliten, insbesondere satelliten-solargeneratoren Download PDF

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WO2000056604A1
WO2000056604A1 PCT/DE2000/000652 DE0000652W WO0056604A1 WO 2000056604 A1 WO2000056604 A1 WO 2000056604A1 DE 0000652 W DE0000652 W DE 0000652W WO 0056604 A1 WO0056604 A1 WO 0056604A1
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holding
locking
locking sleeve
bolt
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PCT/DE2000/000652
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Thorsten Ziegler
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Daimlerchrysler Ag
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    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/42—Arrangements or adaptations of power supply systems
    • B64G1/44—Arrangements or adaptations of power supply systems using radiation, e.g. deployable solar arrays
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    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
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    • B64G1/222—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles for deploying structures between a stowed and deployed state
    • B64G1/2228—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles for deploying structures between a stowed and deployed state characterised by the hold-down or release mechanisms
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    • B64G1/222—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles for deploying structures between a stowed and deployed state
    • B64G1/2221—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles for deploying structures between a stowed and deployed state characterised by the manner of deployment
    • B64G1/2222—Folding

Definitions

  • Hold-down device for movable elements of a satellite, in particular satellite solar generators
  • the invention relates to a hold-down device for movable elements of a satellite, in particular satellite solar generators, according to the preamble of patent claim 1.
  • the panel packages of satellite solar generators are pressed together in the folded state via hold-down bolts, which are detachably locked in a hold-down housing attached to the satellite, during the launch and flight phase of the satellite.
  • a hold-down with a pyrocutter is also very expensive to produce
  • the object of the invention is to provide a hold-down device which is inexpensive to manufacture and use and which, in the case of movable elements, in particular in the case of satellite solar generators, enables tripping, which takes place almost shock-free even with larger pretensioning forces.
  • any number of unfolding processes can be carried out with the same hardware using a magnetic trigger.
  • This concept also eliminates the procurement costs for spare parts that were previously required for the pyro shots or at the system level during the tests preceding the start. That is advantageous
  • Handling detonators and explosive charges for the pyrocutter e.g. when testing or transporting the satellite to the launch pad, only authorized persons with special training are allowed. Special guidelines must be followed even for the storage of these components. In addition, complex customs regulations for land transport must be observed and export licenses must be available for the country of destination.
  • Hold-down magnets can not be applied, so in the solution according to the invention the triggering of the ball or bolt closure can also be done via a small one Explosive charges are made.
  • the resulting shock loads are, however, much lower than those which occur when a pyrocutter is triggered, because in this embodiment the expansion energy is only required for the displacement of a closure sleeve.
  • Fig. 4 shows a hold-down with locking bolt and detonator in the holding state
  • FIG. 5 shows the hold-down device shown in FIG. 4 in the tripped state.
  • the hold-down device 1 shown in FIG. 1 consists of a housing with a guide sleeve 8 fastened therein, a locking sleeve 5 movable in the housing, two locking balls 4, a compression spring 13 and a magnetic release 10 with a hold-down magnet 11 and a current source 12.
  • the hold-down device 1 holds a hold-down bolt 2 against a pretensioning force F which is exerted on the hold-down bolt 2 by a folded panel package of a satellite solar generator (not shown in FIG. 1).
  • the hold-down pin 2 is held in the hold-down device 1 by the locking balls 4, which protrude into a rotationally symmetrical annular groove 3 of the hold-down pin 2.
  • the locking balls 4 are received in guide bores 9 of the guide sleeve 8 rigidly arranged in the hold-down device 1.
  • the To this end, locking sleeve 5, which is slidably mounted on the guide sleeve in the hold-down device 1, is held in a position in the holding state in which it prevents the locking balls from being pressed out of the annular groove.
  • Openings of the guide bores 9 is positioned and thereby allows the locking balls to be pressed out of the annular groove.
  • the hold-down magnet 11 is supplied with current by a remote-controlled current source 12.
  • the magnetic flux of the hold-down magnet 1 1 acts on a magnetizable insert 7 in the bottom of the locking sleeve 5.
  • the compression spring 13 serves to hold the locking sleeve 5 in the closed position. Accelerating forces can act on the locking sleeve during flight, which forces the locking sleeve out of the closed position. In contrast, the frictional forces act between the locking balls and the inner surface of the locking sleeve 5. Supporting these frictional forces by the compression spring 13 is only necessary if the acceleration forces are greater than the aforementioned frictional forces. In the event that the acceleration forces are smaller than the friction forces, a weak compression spring is sufficient, which has only the task of holding the locking sleeve 5 against its own weight in the closed position when the hold-down bolt is inserted.
  • the hold-down device 1 can be designed, for example, according to the specification listed below:
  • Diameter of the locking balls 4 4.5 mm max. Shear strength of the locking balls 4 595 N / mm2 Number of locking balls 4 2
  • Compression spring 13 approx. 1 N
  • the design of the hold-down device 1 described above is well suited for holding panel packs up to a pretensioning force of 8000 N, since this holds the pulling force of the hold-down magnet within suitable limits. If the hold-down device described above is also to be used for pre-tensioning forces> 8000 N, the safety factors used in the design, which are very conservative in design, can be optimized to maintain suitable tightening forces for the hold-down magnet. Furthermore, the coefficient of friction ⁇ 1 between the locking balls and the locking sleeve could be improved, for example, by a molycotized inner surface of the locking sleeve.
  • the number of locking balls 4 may differ from the example described here, depending on the design case.
  • FIG. 3 shows another exemplary embodiment which, in contrast to the exemplary embodiment described above, is equipped with locking bolts 14 instead of locking balls 4, which are slidably arranged in suitable guide bores 9 in the guide sleeve 8. Except for the locking bolts 14 and the design of the guide bores 9, the hold-down device shown in FIG. 3 corresponds in its functions and structure to the exemplary embodiment described above and will not be described again here; Likewise, an additional representation of the release status of this variant is therefore omitted.
  • the same reference numerals in FIGS. 1 to 3 identify identical components.
  • locking bolts 14 are used to secure in the guide bores 9 and thus generate a frictional force between the guide bolts and the wall surface of the guide bores. Since this frictional force of the transverse component counteracts the pretensioning force F, a lower tightening force of the hold-down magnet 11 is required for the same pretensioning force F. With a predetermined tightening force for the hold-down magnet, a hold-down device with sliding locking bolts can reliably release panel packs with greater pretensioning forces F compared to a hold-down device with locking balls.
  • a hold-down device 1 according to FIG. 3 can be designed, for example, according to the specification listed below for holding a panel package with a pre-tensioning force F of 8000 N. Diameter of the hold-down bolt 1 7.23 mm max. Tensile strength of the hold-down bolt 1 1 100 N / mm2
  • Locking sleeve 5 0J coefficient of friction ⁇ 3 between locking pin H and
  • Compression spring 13 approx. 1 N
  • the hold-down device allows simple coordination of the constructive changes that relate to the coefficient of friction ⁇ 3 between the locking bolts 14 and the wall surface of the guide bores 9, a coordination between the biasing force F and the required tightening force of the hold-down magnet.
  • the coefficient of friction ⁇ 3 can be changed by changing the surface of the locking bolts 14 or the wall surface of the guide bores, e.g. can be influenced by molycotization.
  • an explosive release is also used instead of the magnetic release usable.
  • the release of the The hold-down bolt is no longer completely shock-free, but the shock load is significantly lower than when released with a pyrocutter.
  • Fig. 4 shows a hold-down device with bolt lock and explosive release in the holding state.
  • the same reference numerals are used below for components already described above.
  • the hold-down device consists of a housing with a guide sleeve 8 fastened therein, a locking sleeve 5 movable in the housing, two locking bolts 14, an explosive trigger 15 with an explosive charge 16 with detonator, an expansion space 17 with gas inlets 20 and an ignition control 18.
  • the hold-down device 1 holds the hold-down bolt 2 against a pretensioning force F which is exerted on the hold-down bolt 2 by a panel package of a satellite solar generator, not shown in FIG. 4.
  • the hold-down pin 2 is held in the hold-down device 1 by the locking pins 4, which protrude into an annular groove 3 of the hold-down pin 2.
  • the locking bolts 14 are received in guide bores 9 of the guide sleeve 8.
  • a pressing out of the locking bolts from the annular groove by a transverse component of the biasing force F transmitted from the annular groove to the locking balls is prevented during the holding state by the locking sleeve 5, which encloses the guide sleeve.
  • the locking sleeve 5, which is slidably mounted on the guide sleeve 8 in the hold-down device 1 is held in the hold-down device in a position in the holding state in which it prevents the locking balls from being pressed out of the annular groove.
  • a shoulder 19 and a compression spring 21 hold the locking sleeve 5 in the holding position. The same principle applies to the design of the compression spring 21 as for the hold-down devices with magnetic release described above.
  • the locking sleeve 5 shows the release state of the hold-down device described above.
  • the locking sleeve 5 is moved by the gas pressure of the detonated explosive charges 16 against the action of a frictional force between the locking balls and the inner surface of the locking sleeve 5 on the guide sleeve 8 so that the annular recess 6 in the inner surface of the locking sleeve 5 over the Opening of the guide holes 9 is positioned and thereby Pressing the locking bolts out of the annular groove of the hold-down bolt allows.
  • the detonators integrated into the explosive charges 16 are activated by the ignition control 18.
  • the hold-down bolt 2 is pulled out of the hold-down clamp 1 by the pretensioning force F and releases the panel package for deployment.
  • hold-down device with detonation can alternatively also be carried out with locking balls 4 instead of the locking bolts 14 described.
  • the surfaces of the locking balls / bolts, guide bores and locking sleeve can also be constructed in this exemplary embodiment, e.g. by molycotization.

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Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Niederhalter zu schaffen, der kostengünstig in der Herstellung und Anwendung ist und eine Auslösung ermöglicht, die auch bei grösseren Vorspannkräften nahezu schockfrei erfolgt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Niederhalter (1) mindestens eine Verschlusskugel (4) oder mindestens einen Verschlussbolzen (14) aufweist, die/der jeweils beweglich in einer lotrecht zur Längsachse des Niederhaltebolzens (2) angeordneten Führungsbohrung (9) aufgenommen ist/sind und die zur Arretierung in eine Ringnut (3) des Niederhaltebolzens (2) hineinragen und von einer Verriegelungshülse (5) gegen eine wirkende Querkomponente der Vorspannkraft (F) in dieser Position in der Führungsbohrung (9) gehalten sind und dass der Niederhaltebolzen durch ein ferngesteuertes Verschieben der Verriegelungshülse (5) freigegeben wird, wobei eine Aussparung (6) in der Verrieglungshülse (5) über die der Ringnut abgewandte Öffnung der Führungsbohrung/en (9) positioniert wird und dadurch die Verschlusskugeln /-bolzen aus der Ringnut (3) von der Querkomponente der Vorspannkraft herausgedrückt werden können. Die Erfindung findet Anwendung bei einem Niederhalter für bewegliche Elemente eines Satelliten, insbesondere Satelliten-Solargeneratoren, mit einer lösbaren Arretierung eines Niederhaltebolzens (2), mit dem das bewegliche Element gehalten wird, insbesondere ein gefaltetes Panel-Paket gegen eine Vorspannkraft (F) des Panels zusammengehalten ist und sich bei einer Lösung der Arretierung des Niederhaltebolzens durch ein von der Vorspannkraft bewirktes herausziehen des Niederhaltebolzens aus dem Niederhalter entfaltet.

Description

Niederhalter für bewegliche Elemente eines Satelliten, insbesondere Satelliten-Solargeneratoren
Die Erfindung betrifft einen Niederhalter für bewegliche Elemente eines Satelliten, insbesondere Satelliten-Solargeneratoren, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Panel-Pakete von Satelliten-Solargeneratoren werden im zusammengefalteten Zustand über Niederhaltebolzen, die lösbar in einem am Satelliten befestigten Niederhaltergehäuse arretiert sind, während der Start- und Flugphase des Satelliten zusammengedrückt.
Es ist bekannt, die Arretierung der Niederhaltebolzen dadurch zu lösen, daß in dem Niederhalter eine von einer ferngezündeten Sprengladung angetriebene Schneide (ein sog. "Pyrocutter") den Niederhaltebolzen abschert. Bei diesem Abschervorgang treten Schocklasten auf, die direkt in die Satellitenstruktur eingeleitet werden. Für das Halten von größeren Panel-Paketen sind stärkere Niederhaltebolzen erforderlich , bei denen ein in der bekannten Art ausgeführter Abschervorgang zu unerwünscht hohen Schockbelastungen führt.
Ein Niederhalter mit einem Pyrocutter ist außerdem sehr kostenaufwendig in der
Herstellung und Anwendung. Für die in der satellitengestützten Telekommunikation in großen Stückzahlen benötigten Kleinsatelliten spielt der Kostenaspekt von Komponenten eine nicht unbedeutende Rolle.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Niederhalter zu schaffen, der kostengünstig in der Herstellung und Anwendung ist und bei beweglichen Elementen, insbesondere bei Satelliten-Solargeneratoren, eine Auslösung ermöglicht, die auch bei größeren Vorspannkräften nahezu schockfrei erfolgt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in dem Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die erfindungsgemäße Lösung verwendet anstelle des Pyrocutters einen Kugel-oder Bolzenverschluß, der von einem Magnetauslöser oder von einer kleinen Sprengladung aktiviert wird.
Im Gegensatz zum Pyrocutter, der nur einmal verwendet werden kann, können mit einem Magnetauslöser beliebig viele Entfaltungsvorgänge mit der gleichen Hardware durchgeführt werden. Somit entfallen bei diesem Konzept auch die Beschaffungskosten für Ersatzteile, welche man bisher während der dem Startvorangehenden Tests für die Pyroschüsse beziehungsweise auf Systemebene benötigt hat. Vorteilhaft ist die
Verwendung eines Magnetauslösers auch deshalb, weil die gleichen Auslösemechanismen getestet werden, die auch in der Flugkonfiguration zum Einsatz kommen. Auch wird die Handhabung während der Tests dadurch erleichtert, daß nach einer Auslösung der Auslösemechanismus nicht mehr ausgetauscht werden muß.
Die Handhabung von Zündern und Sprengladungen für den Pyrocutter, z.B. bei den Tests oder beim Transport des Satelliten zur Abschußrampe, ist nur autorisierten Personen mit spezieller Ausbildung erlaubt. Selbst für die Lagerung dieser Bauteile müssen besondere Richtlinien befolgt werden. Zudem müssen für den Landtransport aufwendige Zollbestimmungen eingehalten werden und für das Bestimmungsland Exportlizenzen vorhanden sein.
Freiwerdende Partikel in der Form von Splittern beim Abscheren des Niederhaltebolzens oder Rußpartikel durch austretende Gase sind bei dem Auslösen eines Pyrocutters kaum zu vermeiden. Da mit der erfindungsgemäßen Lösung das Auslösen des Kugel- oder Bolzenverschlusses durch das Lösen eines Formschlusses erfolgt, werden bei dieser Variante in vorteilhafter Weise keine unerwünschten Partikel freigesetzt.
Sollte für einen bestimmten Satelliten ein Magnetauslöser nicht realisierbar sein, weil z.B die aus einer hohen Vorspannkraft resultierende Anzugskraft von geeigneten
Niederhaltemagneten nicht aufgebracht werden kann, so kann in der erfindungsgemäßen Lösung die Auslösung des Kugel- oder Bolzenverschlusses auch über eine kleine Sprengladung erfolgen. Die daraus resultierenden Schocklasten sind jedoch wesentlich geringer als diejenigen, die bei dem Auslösen eines Pyrocutters auftreten, denn in dieser Ausführungsform wird die Expansionsenergie nur für das Verschieben einer Verschlußhülse benötigt.
Anhand der Zeichnung werden nachstehend Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Die nachstehenden Figuren zeigen die Ausführungsbeispiele als Prinzipskizzen.
Fig.1 zeigt einen Niederhalter mit Verschlußkugeln und Magnetauslöser im Haltezustand,
Fig.3 zeigt einen Niederhalter mit Verschlußbolzen und Magnetauslöser im Haltezustand,
Fig.4 zeigt einen Niederhalter mit Verschlußbolzen und Sprengauslöser im Haltezustand und
Fig.5 zeigt den in Fig.4 dargestellten Niederhalter im Auslösezustand.
Der in Fig.1 gezeigte Niederhalter 1 besteht aus einem Gehäuse mit einer darin befestigten Führungshülse 8 , einer in dem Gehäuse beweglichen Verriegelungshülse 5, zwei Verschlußkugeln 4, einer Druckfeder 13 und einem Magnetauslöser 10 mit einem Niederhaltemagneten 1 1 und einer Stromquelle 12. Der Niederhalter 1 hält einen Niederhaltebolzen 2 entgegen einer Vorspannkraft F, die von einem in Fig.1 nicht gezeigten, zusammengefalteten Panel-Paket eines Satelliten-Solargenerators auf den Niederhaltebolzen 2 ausgeübt wird.
Der Niederhaltebolzen 2 wird von den Verschlußkugeln 4 , die in eine rotationssymmetrische Ringnut 3 des Niederhaltebolzens 2 hineinragen, in dem Niederhalter 1 gehalten. Die Verschlußkugeln 4 sind in Führungsbohrungen 9 der im Niederhalter 1 starr angordneten Führungshülse 8 aufgenommen. Ein Herausdrücken der Verschlußkugeln aus der Ringnut durch eine von der Ringnut auf die Verschlußkugeln übertragene Querkomponente der Vorspannkraft F wird während des Haltezustandes durch die Verriegelungshülse 5 verhindert, welche die Führungshülse 8 umschließt. Die Verriegelungshülse 5 , die in dem Niederhalter 1 gleitend auf der Führungshülse gelagert.ist, ist dazu während des Haltezustandes in einer Position gehalten, in der sie ein Herausdrücken der Verschlußkugeln aus der Ringnut verhindert.
Fig.2 zeigt den Auslösezustand des vorangehend beschriebenen Niederhalters. Zum Auslösen des Niederhaltebolzens 2 wird die Verriegelungshülse 5 von dem Niederhaltemagneten 1 1 des Magnetauslösers 10 gegen eine zwischen den Verschlußkugeln und der Innenfläche der Verriegelungshülse 5 wirkenden Reibungskraft und gegen dieWirkung der Druckfeder 13 auf der Führungshülse 7 so verschoben, daß eine ringförmige Aussparung 6 in der Innenfläche der Verriegelungshülse 5 über die
Öffnungen der Führungsbohrungen 9 positioniert wird und dadurch ein Herausdrücken der Verschlußkugeln aus der Ringnut ermöglicht. Zum Verschieben der Verriegelungshülse wird der Niederhaltemagnet 1 1 von einer ferngesteuerten Stromquelle 12 mit Strom beaufschlagt. Der Magnetfluß des Niederhaltemagnetes 1 1 wirkt auf einen magnetisierbaren Einsatz 7 im Boden der Verriegelungshülse 5. Bei vollständig aus der Ringnut 3 herausgedrückten Verschlußkugeln 4 wird der Niederhaltebolzen 2 von der Vorspannkraft F aus dem Niederhalter 1 herausgezogen und gibt das Panel-Paket zur Entfaltung frei.
Die Druckfeder 13 dient zum Halten der Verriegelungshülse 5 in der Verschlußposition. Während des Fluges können auf die Verriegelungshülse 5 Beschleunigungskräfte einwirken, welche die Verriegelungshülse aus der Verschlußposition drängen. Demgegegenüber wirken die Reibungskräfte zwischen den Verschlußkugeln und der Innenfläche der Verriegelungshülse 5. Eine Unterstützung dieser Reibungskräfte durch die Druckfeder 13 ist nur dann erforderlich wenn die Beschleunigungskräfte größer als die vorgenannten Reibungskräfte sind. Für den Fall, daß die Beschleunigungskräfte kleiner als die Reibungskräfte sind genügt eine schwache Druckfeder, welche nur die Aufgabe hat, die Verriegelungshülse 5 beim Einführen des Niederhaltebolzens gegen ihr Eigengewicht in der Verschlußposition zu halten. Für das Halten eines Panel-Paketes mit einer Vospannkraft F von 8000 N kann der Niederhalter 1 beispielsweise gemäß der nachfolgend aufgelisteten Spezifikation ausgelegt sein :
Durchmesser des Niederhaltebolzens 1 8, 13 mm max. Zugfestigkeit des Niederhaltebolzens 1 1 100 N/mm2
Tiefe der Ringnut 3 2,2 mm
Durchmesser der Verschlußkugeln 4 4,5 mm max. Scherfestigkeit der Verschlußkugeln 4 595 N/mm2 Anzahl der Verschlußkugeln 4 2
Reibkoeffizient μ1 zwischen Verschlußkugeln und
Verriegelungshülse 0, 1
Druckfeder 13 ca. 1 N
Anzugskraft des Niederhaltemagneten 1 1 ca. 18 N
Dabei ist angenommen, daß auf die Verriegelungshülse 5 in ihrer axialer Richtung max. eine Flugbeschleunigung von 25 g einwirkt und ihre Masse 150 gr beträgt. Unter diesen
Annahmen ist die Druckfeder nur zum Halten der Verriegelungshülse 5 während des
Einführens des Niederhalteboizens 2 in den Niederhalter erforderlich und der Niederhaltemagnet muß zum Freigeben des Niederhaltebolzens hauptsächlich die
Reibkraft zwischen den Verschlußkugeln und der Innenfläche der Verriegelungshülse überwinden; die außerdem zu überwindende Federkraft beträgt in diesem Fall nur ca. 1 N.
Für eine kleinere Vorspannkraft F von z.B. 7000 N würde sich bei ansonsten - wie voranstehend angegeben - gleicher Auslegung des Niederhalters eine erforderliche Anzugskraft des Niederhaitemagneten 1 1 von 15 N ergeben.
Die vorangehend beschriebene Auslegung des Niederhalters 1 ist für das Halten von Panel-Pakten bis zu einer Vorspannkraft von 8000 N gut geeignet, da diese die Anzugskraft des Niederhaltemagneten in geeigneten Grenzen hält. Soll der vorangehend beschriebenen Niederhalter auch für Vorspannkräfte > 8000 N Verwendung finden, so bietet sich zum Einhalten von geeigneten Anzugskräften für den Niederhaltemagneten eine Optimierung der bei der Auslegung sehr konservativ angesetzten Sicherheitsfaktoren an. Weiterhin könnte der Reibkoeffizient μ1 zwischen den Verschlußkugeln und der Verriegelungshülse z.B durch eine molykotisierte Innenfläche der Verriegelungshülse verbessert werden.
Die Anzahl der Verschlußkugeln 4 kann je nach Auslegungsfall von dem hier beschriebenen Beispiel abweichen.
Fig.3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, das gegenüber dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeipsiel anstelle von Verschlußkugeln 4 mit Verchlußbolzen 14 ausgerüstet ist, die in geeignet ausgebildeten Führungsbohrungen 9 der Führungshülse 8 gleitbar angeordnet sind. Bis auf die Verschlußbolzen 14 und der Ausgestaltung der Führungsbohrungen 9 stimmt der in Fig.3 gezeigte Niederhalter in seinen Funktionen und im Aufbau mit dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel überein und soll hier nicht noch einmal beschrieben werden; ebenso wird deshalb auf eine zusätzliche Darstellung des Auslösezustandes dieser Variante verzichtet. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren 1 bis 3 kennzeichnen übereinstimmende Bauteile.
Der Vorteil bei der Verwendung von Verschlußbolzen 14 liegt darin, daß diese in den Führungsbohrungen 9 gleiten und somit eine Reibungskraft zwischen den Führungsbolzen und der Wandfläche der Führungsbohrungen erzeugen. Da diese Reibungskraft der Querkomponente der Vorspannkraft F entgegenwirkt, ist bei gleicher Vorspannkraft F eine geringere Anzugskraft des Niederhaltemagneten 1 1 erforderlich. Bei einer vorgegebenen Anzugskraft für den Niederhaltemagneten kann ein Niederhalter mit gleitenden Verschlußbolzen im Vergleich zu einem Niederhalter mit Verschlußkugeln Panel-Pakete mit größeren Vorspannkräften F zuverlässig freigeben.
Für das Halten eines Panel-Paketes mit einer Vospannkraft F von 8000 N kann ein Niederhalter 1 gemäß Fig.3 beispielsweise gemäß der nachfolgend aufgelisteten Spezifikation ausgelegt sein : Durchmesser des Niederhaltebolzens 1 7,23 mm max. Zugfestigkeit des Niederhaltebolzens 1 1 100 N/mm2
Tiefe der Ringnut 3 1,75 mm Durchmesser der Verschlußbolzen 14 5,00 mm max. Scherfestigkeit der Verschlußbolzen 14 595 N/mm2
Anzahl der Verschlußbolzen 14 2 Reibkoeffizient μ1 zwischen Verschlußbolzen 14 und
Verriegelungshülse 5 0J Reibkoeffizient μ3 zwischen Verschlußbolzen H und
Führungsbohrung 9 0,3
Druckfeder 13 ca. 1 N
Anzugskraft des Niederhaltemagneten 1 1 ca. 12 N
Für die Auslegung der Druckfeder 13 sind wieder dieselben Bedingungen angenommen, wie bei dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, so daß die Druckfeder 13 nur zum Halten der Verriegelungshülse 5 gegen ihr Eigengewicht während der Einführung des Niederhaltebolzens 2 dient.
Ein weiterer Vorteil dieser Variante liegt darin, daß der Niederhalter mit einfachen konstruktiven Änderungen, die den Reibkoeffizienten μ3 zwischen den Verschlußbolzen 14 und der Wandfläche der Führungsbohrungen 9 betreffen, eine Abstimmung zwischen der Vorspannkraft F und der erforderlichen Anzugskraft des Niederhaltemagneten ermöglicht. Dazu kann der Reibkoeffizienten μ3 über eine konstruktive Oberflächenveränderung der Verschlußbolzen 14 oder der Wandfläche der Führungsbohrungen, z.B. durch eine Molykotisierung, beeinflußt werden.
Sollte aus bestimmten Gründen, die durch das Gesamtsystem vorgegeben sein können oder die darauf beruhen, daß die für eine große Vorspannkraft F erforderliche Anzugskraft des Niederhaltemagneten mit zur Verfügung stehenden Magneten nicht realisierbar ist, so ist für die vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiele anstelle der Magnetauslösung auch eine Sprengstoffauslösung verwendbar. Die Freigabe des Niederhaltebolzens erfolgt damit zwar nicht mehr vollkommen schockfrei, jedoch ist die Schockbelastung wesentlich geringer als bei der Freigabe mit einem Pyrocutter.
Fig.4 zeigt einen Niederhalter mit Bolzenverschluß und Sprengstoffauslösung im Haltezustand. Nachstehend sind gleiche Bezugszeichen für schon vorangehend beschriebenen Bauteile verwendet. Der Niederhalter besteht aus einem Gehäuse mit einer darin befestigten Führungshülse 8, einer in dem Gehäuse beweglichen Verriegelungshülse 5, zwei Verschlußbolzen 14, einem Sprengauslöser 15 mit einer Sprengladung 16 mit Zünder, einem Expansionsraum 17 mit Gaseinlässen 20 und einer Zündsteuerung 18. Der Niederhalter 1 hält den Niederhaltebolzen 2 entgegen einer Vorspannkraft F, die von einem in Fig.4 nicht gezeigten, zusammengefalteten Panel-Paket eines Satelliten- Solargenerators auf den Niederhaltebolzen 2 ausgeübt wird.
Der Niederhaltebolzen 2 wird von den Verschlußbolzen 4 , die in eine Ringnut 3 des Niederhaltebolzens 2 hineinragen, in dem Niederhalter 1 gehalten. Die Verschlußbolzen 14 sind in Führungsbohrungen 9 der Führungshülse 8 aufgenommen. Ein Herausdrücken der Verschlußbolzen aus der Ringnut durch eine von der Ringnut auf die Verschlußkugeln übertragene Querkomponente der Vorspannkraft F wird während des Haltezustandes durch die Verriegelungshülse 5 verhindert, welche die Führungshülse umschließt. Die Verriegelungshülse 5 , die in dem Niederhalter 1 gleitend auf der Führungshülse 8 gelagert ist, ist dazu während des Haltezustandes in dem Niederhalter in einer Position gehalten, in der sie ein Herausdrücken der Verschlußkugeln aus der Ringnut verhindert. Ein Absatz 19 und eine Druckfeder 21 halten die Verriegelungshülse 5 in der Halteposition. Für die Auslegung der Druckfeder 21 gilt das gleiche Prinzip wie bei den voranstehend beschriebenen Niederhaltern mit Magnetauslöser.
Fig.5 zeigt den Auslösezustand des vorangehend beschriebenen Niederhalters. Zum Auslösen des Niederhaltebolzens 2 wird die Verriegelungshülse 5 von dem Gasdruck der gezündeten Sprengladungen 16 gegen die Wirkung einer Reibkraft zwischen den Verschlußkugeln und der Innenfläche der Verriegelungshülse 5 auf der Führungshülse 8 so verschoben, daß die ringförmige Aussparung 6 in der Innenfläche der Verriegelungshülse 5 über die Öffnung der Führungsbohrungen 9 positioniert wird und dadurch ein Herausdrücken der Verschlußbolzen aus der Ringnut des Niederhaltebolzens ermöglicht. Dazu werden die in die Sprengladungen 16 integrierte Zünder von der Zündsteuerung 18 aktiviert.Bei aus der Ringnut 3 herausgedrückten Verschlußbolzen 14 wird der Niederhaltebolzen 2 von der Vorspannkraft F aus dem Niederhalter 1 herausgezogen und gibt das Panel-Paket zur Entfaltung frei.
Der vorangehend beschriebene Niederhalter mit Sprengauslösung ist alternativ auch mit Verschlußkugeln 4 anstelle der beschriebenen Verschlußbolzen 14 ausführbar.
Zur Auswahl einer geeigneten Sprengladung bei vorgegebener Vorspannkraft F können auch bei diesem Ausführungsbeispiel die Oberflächen der Verschlußkugeln/-bolzen, Führungsbohrungen und Verriegelungshülse konstruktiv, z.B. durch Molykotisierung, angepaßt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Niederhalter für bewegliche Elemente eines Satelliten, insbesondere für Satelliten- Solargeneratoren, mit einer lösbaren Arretierung eines Niederhaltebolzens (2), mit dem das bewegliche Element gehalten wird, insbesondere ein gefaltetes Panel-Paket gegen eine Vorspannkraft (F) des Panels zusammengehalten ist, und sich bei einer Lösung der Arretierung des Niederhaltebolzens durch ein von der Vorspannkraft bewirktes Herausziehen des Niederhaltebolzens aus dem Niederhalter entfaltet, wobei der Niederhalter (1) mindestens eine Verschlußkugel (4) oder mindestens einen
Verschlußbolzen (14) aufweist, die/der jeweils beweglich in einer lotrecht zur Längsachse des Niederhaltebolzens(2) angeordneten Führungsbohrung (9) aufgenommen ist/sind und die zur Arretierung in eine Ringnut (3) des Niederhaltebolzens (2) hineinragen und von einer Verriegelungehülse (5) gegen eine wirkende Querkomponente der Vorspannkraft (F) in dieser Position in der
Führungsbohrung (9) gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederhaltebolzen durch ein ferngesteuertes Verschieben der Verriegelungshülse (5) freigegeben wird, wobei eine Aussparung (6) in der Verriegelungshülse (5) über die der Ringnut abgewandten Öffnung der Führungsbohrung/en (9) positioniert wird und dadurch die Verschlußkugeln /-bolzen aus der Ringnut (3) von der Querkomponente der Vorspannkraft herausgedrückt werden können.
2. Niederhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschieben der Verriegelungshülse (5) von einem Magnetauslöser (10) bewirkt wird, der aus einem auf die Verriegelungshülse (5) einwirkenden Niederhaltemagneten (1 1) und einer steuerbaren Stromquelle ( 12) zur Speisung des Magneten besteht.
3. Niederhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschieben der Verriegelungshülse (5) von einem Sprengauslöser (15) bewirkt wird, der aus einem auf die Verriegelungshülse (5) wirkenden Expansionsraum (17), Gaseinlässen (20) , mindestens einer Sprengladung (16) und einer Zündsteuerung (18 ) für die Sprengladung (16) besteht. Niederhalter nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß über eine konstruktive Gestaltung der Oberflächen der Verschlußkugeln/-bolzen (4J4) , Wandfläche der Führungsbohrungen (9) und Innenfläche der Verriegelungshülse (5) die Reibkoeffizienten (μ1) und (μ3) zwischen diesen Oberflächen zur Erzielung einer geeigneten Verschiebekraft für die Verriegelungshülse (5) bei vorgegebener Vorspannkraft (F) eingestellt sind.
PCT/DE2000/000652 1999-03-23 2000-03-02 Niederhalter für bewegliche elemente eines satelliten, insbesondere satelliten-solargeneratoren WO2000056604A1 (de)

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