DE2441555A1

DE2441555A1 - Traegheitssteuerrad

Info

Publication number: DE2441555A1
Application number: DE2441555A
Authority: DE
Inventors: Adolph Ernst; Pierre Lamico; Jean Peisino
Original assignee: Societe Europeenne de Propulsion SEP SA
Current assignee: Societe Europeenne de Propulsion SEP SA
Priority date: 1973-09-04
Filing date: 1974-08-30
Publication date: 1975-04-03
Also published as: NL178901C; FR2242607B1; DE2441555B2; US3977273A; NL7411738A; NL178901B; FR2242607A1; DE2441555C3; JPS5736451B2; JPS5053769A

Description

Dr.D.Thomsen , PATENTANWALTSBÜRO

Telefon (069) 530211

Dr. I. Ruch ^⁰²¹² 2441555

^ ... . Telex 5-24303 topat

Dr. H. Agular

PATENTANWÄLTE M0ncl»n: Fnnkfurt/HL: Dr. rar. net D. Thornten Dlpl.-Ing. W. Welnktuff

Dr. rer. nat I. Ruch (Fuchthohl 71) Dipl.- Ing. Dr. H. Agular

8000 München 2

Kailwr-Ludwlfl-PIatze 3o. August 1974

SOCIETE EUROPEENNE DE PROPULSION
92080 PARIS LA DEFENSE, FRANKREICH

Trägheitssteuerrad

Die Erfindung bezieht sich auf ein Trägheitssteuerrad mit geringer Masse und genauer auf ein Steuerrad, das zur Verwendung bei der Steuerung von Raumfahrtmotoren bestimmt ist, bei der bestimmte Korrekturen mittels Reaktionen des Steuerrades bewirkt werden, indem besonders auf die Umlaufgeschwindigkeit eingewirkt wird.

Zu diesem Zweck ist es erforderlich, die Masse des

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Steuerrades in einem Radkranz zu konzentrieren; die Umlaufgeschwindigkeit wird durch die Widerstandsfähigkeit des gewählteii Materials und wesentlich durch die Widerstandsfähigkeit der äußeren Faser begrenzt, welche die maximale Zentrifugalkraft aushalten muß. Es ist möglich, diese Grenze durch eine zusammengesetzte Lösung zu vergrößern, indem man den Radkranz mit einer fest aufgebrachten Faserurakleidung hoher Widerstandsfähigkeit umgibt. Ein so einfaches System erfordert eine äußere Aufhängung an dem großen Durchmesser des Radkranzes. Dies verbietet schon das Gewicht der gesamten Anordnung von Steuerrad und Aufhängung, ohne von den sehr schwierig zu beherrschenden Problemen der Stabilität, der Zentrierung, der Vibration usw. zu sprechen.

Aus diesen Gründen ist es vorzuziehen, diesen Ring an der Achse unter Hinzüfügung einer Scheibe aufzuhängen. Man stellt dann eine Konzentration der Kräfte oder Beanspruchungen am Fuß der Scheibe in Richtung der Achse fest. Eine Einbringung von Masse in diesen Bereich wird notwendig, um die Zwangskräfte auszuhalten. Dann aber hat man nicht mehr die Verteilung der Aufgaben: Wiederaufnahme der Kräfte durch die fest aufgebrachte Umkleidung und Trägheit durch die Masse des Radkranzes,

Aufgabe der Erfindung ist es, die vorgenannten Nach-5098U/0280

teile zu beseitigen und ein Trägheitssteuerrad vorzuschlagen, das für eine gegebene Masse ermöglicht, einen großen Radius aufzuweisen, wobei die Eigenschaften der axialen Aufhängung beibehalten werden.

Dies wird erfinduiigsgemäß dadurch erreicht, daß das Trägheitssteuerrad von einem an sich bekannten Radkranz und wenigstens einer Fadepflache oder Fadenhüllstruktur gebildet ist, von der wenigstens ein Teil den Radkranz in direkter Berührung umhüllt, und daß sich xvenigstens .ein Teil der Fäden wenigstens in Höhe der theoretischen Achse des Radkranzes -kreuzt.

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung wird die Fadenhüllstruktur ausgehend von einem einzigen Faden gebildet, der einesteils eine in der theoretischen Achse des Radkranzes angeordnete Nabe teilweise umgibt, bevor er tangential zu der Nabe und dann nahezu radial in Richtung des Radkranzes gehalten wird, und der andernteils oberhalb des Radkränzen verläuft, um nahezu radial zu der Nabe gehalten und tangential an dieser aufgehängt oder festgelegt zu werden. Auf diese Weise wird die Aufhängung oder Befestigung des Fndens an der Nabe ohne Einsatz besonderer Aufhängungs- oder Verankerungsorgane zwangläufig durchgeführt.

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Infolge des geringen Gewichtes des Fadens, der von einer zusammengesetzten Masse hoher Widerstandsfähigkeit wie Kohlenstoff oder Bor gebildet ist, wird nahezu die gesamte Masse auf dem Radkranz konzentriert. Dies ermöglicht somit, die größtmögliche Trägheit für eine gegebene Masse zu haben.

Gemäß einem anderen Merkmal bildet die Fadenhüllstruktur beiderseits der Nabe, im Normalschnitt gesehen, zwei Hüllstrukturbereiche, die jeweils eine größere Dicke nahe der Nabe aufweisen, wobei diese Dicke in Richtung des Radkranzes abnimmt, wodurch die Zwangskräfte, die sich in der Nähe der Nabe entwickeln, ausgeholfen und charakteristische mechanische "Variable definiert werden können, die über die Dicke dieser HüllStrukturbereiche wirken. Außerdem kann die axiale Starrheit verbessert werden, indem der Abstand der beiden Hüllstrukturbereiche in Höhe der Nabe gewählt wi rd.

Gemäß einem anderen wichtigen Merkmal ermöglicht die dann nahezu radiale tangentiale Ausrichtung der Fadensegmente zwischen der Nabe und dem Radkranz ebenfalls, charakteristische mechanische Variable als Funktion des Steunrradradius zu definieren und zwar aufgrund der Tatsache, daß der Kreuzungswinkel der Fadensegmente nicht überall gleich ist.

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Andere Vorteile und Merkmale sind aus der weiteren Beschreibung ersichtlich, die als nicht begrenzendes Beispiel eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht des Trägheitssteuerrades gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen Grundriß des Trägheitssteuerrades; und

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Trägheitssteuerrades.

Das in Fig. 1 bis 3 dargestellte Trägheitssteuerrad umfaßt einen Radkranz i, in dem der größere Teil der Trägheitsmasse konzentriert ist, und eine Nabe 2, die koaxial zu der theoretischen Achse des Radkranzes angeordnet ist und auf der die Aufhängungsmittel befestigt werden können, die von mechanischen Flüssigkeitslagern, elektromagnetischen Lagern usw. gebildet werden können. Zwischen der Nabe 2 und dem Radkranz 1 und beiderseits des Radkranzes 1 (Fig. 1) ist eine Fläche oder Hüllstruktur angeordnet,' die aus einer oder mehreren Fadenschichten 3 zusammengesetzt ist.; Diese HuIlstruktur bildet zwei HüllStrukturbereiche 4- und 5, deren Abstand gemäß dem Erfordernis der Starrheit und der Stabilität

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des.Steuerrades gewählt werden kann. Jeder Hüllstrukturbereich 4 oder 5 weist in der Nähe der Nabe 2 eine größere Dicke als an dem Radkranz 1 auf, um in einem gleichen Sektor eine bestimmte Anzahl Fäden unterzubringen, wobei auf diese Weise die Zwangskräfte in der Höhe der Nabe 2 ausgehalten werden.

Um eine solche Fläche oder Hüllstruktur zu realisieren, teilt man eine geeignete Länge von einem einzigen Faden 6 ab, der beispielsweise aus einer zusammengesetzten Fasermasse hoher Widerstandsfähigkeit, wie Kohlenstoff, Bor usw., gebildet ist. Eine Masse 7 zur provisorischen Verbindung bildet das Verbindungsorgan zwischen der'Nabe 2 und dem Radkranz im Verlauf der Bewicklung. Es wird bemerkt, daß diese Masse 7 zur provisorischen Verbindung aus einem Material besteht, das durch jedes geeignete Mittel nach Beendigung der Bewicklung entfernt werden kann. Diese Masse kann aus Gip3 oder einem löslichen Material bestehen. Der einzige Faden umgibt teilweise die Nabe und wird dann so gehalten, daß er die Nabe tangential verläßt und in nahezu radialer Richtung auf den Radkranz 1 gelangt. Dann umhüllt man den Radkranz gemäß einem Schritt als Funktion der gewünschten Merkmale •des Steuerrades, so daß der Faden nahezu radial gegen die Nabe 2 gehalten wird, auf die er tangential in einem dem vorhergehenden Berührungspunkt diametral entgegengesetzten

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Punkt gelangt, bevor er erneut gegen den Radkranz 1 gehalten wird. Die Bewicklung wird fortgesetzt, bis die gewünschte Hüllstruktur erhalten wird, die dann den Radkranz umhüllt. Dies ermöglicht, die Umfangsspannungen, die in den Fäden in der Nähe des Radkranzes entstehen, nahezu vollständig zu eliminieren und in radiale oder nahezu radiale Richtungen zurückzuführen. Selbstverständlich kann die so durchgeführte Bewicklung verschiedene Formen annehmen, auch mit zweckmäßig gewickelten Gewebebändern. Die zwischen der Nabe 2 und dem Radkranz 1 befindlichen Fadensegmente können parallel sein, wobei die Kreuzung in Höhe der Nabe 2 erfolgt, oder zwischen der Nabe 2 und dem Radkranz 1 gekreuzt werden. Man kann auch einen Teil des Fadens um einen Teil des Radkranzes wickeln, ohne daß dieser Fadenteil an der Nabe aufgehängt oder festgelegt wird, wenn man einen Teil des Steuerrades verstärken will, beispielsweise durch Vergrößerung oder Verteilung der Trägheitsmasse auf einem Teil des Radkranzes.

In derselben Weise kann ein Teil oder die Gesamtheit der Fadensepimente geneigt werden, anstatt nahezu radial gemäß der erstrebten Wirkung zu verlaufen. In allen Fällen werden die Fadenschichten durch ein Bindemittel, wie ein Harz, versteift.

Schließlich kann man einen Radkranz mit einem Spalt 5098U/0280

realisieren, um sich an die Verlängerungen der gewickelten Fläche oder Hüllstruktur anzupassen, die dann allein die Beanspruchungen aushält. Selbstverständlich kann der Radkranz mitbeansprucht werden, indem ein geeignetes Material gewählt wird. Es können aber auch die Kräfte in dem Radkranz vermindert und eine leichtere Anpassung erreicht werden, indem durch die Bewicklung eine Vorspannung in dem Radkranz hergestellt wird. Diese Vorspannung wird durch die Spannung der Fäden realisiert, die offensichtlich als Funktion der erstrebten Wirkung variabel ist.

Die obige Beschreibung bezieht sich auf ein Steuerrad, das eine Nabe und einen Radkranz aufweist. Man kann aber auch leicht einen anderen Steuerradtyp realisieren, der keine Nabe besitzt. Für diesen Zweck genügt es, die Bewicklung wie vorher durchzuführen, jedoch mit Hilfe einer aus Gips oder einem löslichen Material bestehenden Nabe, die entfernt wird, wenn die Fläche oder Hüllstruktur gebildet und beispielsweise mit einem Harz versteift ist. Der die theoretische Achse des Radkranzes umgebende Raum, der durch die Wegnahme der Nabe frei bleibt, wird ausgenutzt, um die magnetischen Lager oder ein ganz anderes Äufhängungsorgan anzuordnen. Man kann auch die Lager in der Masse der Hüllstruktur während der Bewicklung versenken. Gemäß dieser Ausführungsvariante können die Fadensegmente zwischen der theoretischen

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Achse des Radkranzes und dem äußeren Kranz des Radkranzes entweder parallel sein, wobei sie sich nur in Höhe der theoretischen Achse kreuzen, oder in der gleichen Weise wie in dem Fall des Steuerrades mit einer Nabe und einem Radkranz gekreuzt werden.

Es wird bemerkt, daß die Erfindung nicht auf die beschriebenen oder in Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern auch alle Varianten und abgeänderten Ausführungsformen erfaßt.

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Claims

Patentansprüche

ι 1, /Drägheitssteuerrad, dadurch gekennzeichnet, daß es von einem an sich bekannten Radkranz und wenigstens einer Fadenfläche oder Fadenhüllstruktur gebildet ist, von der wenigstens ein Teil den Radkranz in direkter Berührung umhüllt, und daß sich wenigstens ein Teil der Fäden wenigstens in Höhe der theoretischen Achse des Radkranzes kreuzt.
2. Trägheitssteuerrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden der Fläche oder Hüllstruktur nahezu radial beiderseits des Radkranzes im wesentlichen von der theoretischen Achse an in Richtung des Radkranzes gerichtet sind.
3. Trägheitssteuerrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche oder Hüllstruktur von Fäden gebildet ist, die sich zwischen der theoretischen Achse und dem Radkranz kreuzen.
4. Trägheitssteuerrad nach Anspruch 1, dadurch ge-

¹ kennzeichnet, daß um die theoretische Achse herum ein Durchgang angeordnet ist, in dem geeignete Organe vorgesehen

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werden können, um die Aufhängung und Ingangsetzung des Trägheitssteuerrades zu ermöglichen.
5. Trägheitssteuerrad nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgang vollständig von einer Nabe eingenommen ist, wobei die Aufhängung oder Befestigung der Fäden der Fläche oder Hüllstruktur in Höhe der theoretischen Achse an der Nabe durchgeführt ist.

6. Trägheitssteuerrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fadenfläche oder Fadenhüllstruktur mehrere Schichten aufweist, die durch Bewicklung um den Radkranz herum hergestellt und durch ein Bindemittel versteift sind.

7. Träf^heitssteuerrad nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche oder Hüllstruktur von einem einzigen zwischen, dem Radkranz und der Nabe gewickelten Faden gebildet ist, wobei der größte Teil der Fadensegmente zwischen der Nabe und dem Radkranz tangential zu der Nabe und nahezu radial in ihrem größeren Teil verläuft.

8. Trägheitssteuerrad nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Bewicklung ausgehend von einem Faden durchgeführt ist, der einesteils die Nabe teilweise umgibt",

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"bevor er tangential zu der Nabe und dann nahezu radial in Richtung des Radkranzes gehalten wird, und der andernteils oberhalb des Radkranzes verläuft, um nahezu radial zu der Nabe gehalten und tangential an dieser aufgehängt oder festgelegt zu werden.

9. Trägheitssteuerrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fadenfläche oder Fadenhüllstruktur beiderseits der Nabe, im Normalschnitt gesehen, zwei Hüllstrukturbereiche bildet, die jeweils eine größere Dicke nahe der Nabe und eine abnehmende Dicke in Richtung des Radkranzes aufweisen.

10. Trägheitssteuerrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fadensegmente auf dem Radkranz geneigt sind.

11. Trägheitssteuerrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden der Fläche oder Hüllstruktur von einer zusammengesetzten Fasermasse hoher Widerstandsfähigkeit, wie Kohlenstoff oder Bor, gebildet sind.

12. Trägheitssteuerrad nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Radkranz mit einem Spalt versehen ist.

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15. Trägheitssteuerrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Radkranz im Ruhezustand einer "Vorspannung unterworfen ist, die durch die Fäden hergestellt ist und die bei einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeit des Steuerrades aufgehoben werden kann.

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