DIRECT DRIVE WITH SMALL LOSSES FOR CRYOGENIC TEMPERATURES

Abstract: 1. Direct drive occupying a small amount of space and with a high degree of positioning accuracy for filter wheels, aperture wheels or similar items in space flight equipment operating under zero g conditions and in a cryovacuum, characterised by a rotatably mounted pawl (12) with two arms (14, 16) provided at their ends with engaging parts (18) for engaging in tooth flanks (8) or tooth roots (10) of a ratchet wheel (2) for the step-by-step movement or positioning of the ratchet wheel (2) and by an electromagnet (22), which when energized moves a pawl (12) resting in an initial position in one direction whilst moving forward the ratchet wheel (2) in a step-by-step movement, as well as by a helical spring (24) connected to the pawl (12) and a casing (26) which brings back the pawl (12) into the initial position when the electromagnet is deenergized (22).

Description: Verlust armer Direktantrieb für kryogene Temperaturen Die Erfindung betrifft einen bei O-g-Bedingungen und im Kryovakuum verwendbaren Direktantrieb mittels Sperrklinke mit geringem Platzbedarf und hoher Postionierungsgenauigkeit für Blendenräder oder dgl. in Raumfluggeräten. Es ist bekannt, Blendenräder mittels Schrittmotoren zu positionieren, wobei für die Positionierung ein Zusatzmechanisums erforderlich ist. Aufgabe der Erfindung ist es, Filter, Blendenräder, Spiegel oder andere zu bewegende Teile in Raumfluggeräten zu bewegen und genau zu positionieren, wobei die Funktionsfähigkeit im Temperaturbereich von 1,6 K bis 300 K sichergestellt sein muss und die Druckbedingungen von 10 5 Torr bis 760 Torr reichen. Weiter steht nur beschränkter Platz zur Verfügung, so dass der Antrieb kompakt sein muss. Die Positionierungsgenauigkeit muss bei Filtern und Blendenrädern auf 1,7 arc min. eingehalten werden; die im Inneren freigesetzte Wärme muss minimal sein. Die Anzahl der Zuleitungen und ihre Querschnitte müssen aus Gründen der Wärmeleitung klein sein, da leistungsstarke Stromzuführungen immer auch grosse Wärmebrücken sind, muss auch der Antriebsstrom gering gehalten werden. Diese Antriebs- und Positionierungsaufgaben werden erfindungs gemäss gelöst, durch eine schwenkbar gelagerte Klinke mit zwei Armen, die an ihren Enden Eingriffselemente für den Eingriff in die Zahnflanken eines Zahnrades aufweisen und durch einen Magneten, der bei Erregung die Klinke in einer Richtung bewegt und durch eine mit der Sperrklinke und dem Gehäuse verbundene Spiralfeder, die beim Abschalten des Magneten die Klinke in die Ausgangspostiion zurückholt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Es zeigen: Fig. 1 die prinzipielle Darstellung eines Sperrklinkenan triebs, Fig. 2 eine Teilschnittansicht entlang der Linie A-A von Fig. 1 und Fig. 3 eine axonometrische Darstellung des Sperrklinkenantriebs, Fig. 4 und 5 eine magnetisch wirkende Bremse für das Klinken rad. Fig. 1 zeigt die Draufsicht auf ein Zahnrad 2, das auf einer Achse 4 drehbar gelagert ist. An seinem Umfang weist das Zahn rad im Ausführungsbeispiel 20 Zähne 6 auf, die jeweils aus einer Zahnflanke 8 und einem Zahngrund 10 bestehen. Die in Fig. 1 gezeigte Sperrklinke 12 hat zwei Arme 14, 16, die an ihren Enden Eingriffselemente 18 tragen. Die Eingriffselemente sind deutlich in Fig. 3 dargestellt. Die Sperrklinke ist auf einer Achse 20 gelagert, die deutlich in Fig. 2 zu erkennen ist. In dieser Figur ist auch ein wicklungserregter Antriebsmagnet 22 dargestellt und eine Rückholfeder 24 zu sehen, die sich einerseits an der Achse 20 und andererseits am Gehäuse 26 abstützt. Die Wirkungsweise des Sperrklinkenantriebs ist wie folgt: Ein Arm der Sperrklinke wird vom Magneten 22 auf eine der schrägen Zahnflanken 8 auf den Radumfang gedrückt und bewegt, so dass das Rad um einen halben Schritt weiterrückt. Die Endlage dieses ersten Teils der Bewegung ist dann erreicht, wenn sich das Eingriffselement am Zahngrund 10 befindet. Nach dem Abschalten des Magneten 22 zieht die Feder 24 aus Berylliumbronze die Sperrklinke 12 zurück. Dabei wird der zweite Arm 16 der Sperrklinke auf die in Drehrichtung des Rades um einige Positionen versetzte schräge Zahnflanke 8 gedrückt und eine weitere Drehbewegung des Rades ausgeführt. Mit Erreichen des Zahngrundes 10 wird der Bewegungsschritt zu Ende gebracht. Die Zahl der Zähne auf dem Zahnrad ist im Ausführungsbeispiel so gewählt, dass mit zwei Schritten (Strompulsen) eine Filterbzw. Blendenposition weitergeschaltet wird. Der Sperrklinkenantrieb ist optimierbar durch eine feinere Unterteilung der Schritte oder durch eine Erhöhung der Schrittzahl zum Erreichen der nächsten Position des Filter- oder Blendenelements. Kleine Schwenkbewegungen der Klinke, kleine Magnete und enge Spalte sowie kürzere und chiächere Strompulse führen zu einer Verminderung der erforderlichen Leistung. Durch kleinere Schwenkbewegungen der Klinke wird die induzierte Energie der Klinke geringer. Die aus Magnet und Sperrklinke bestehende Antriebseinheit kann zur Gewichtsersparnis sehr klein gebaut werden. Die Achse 20 kann auch mittels Kreuzfedergelenken (nicht gezeigt) gelagert werden. Werden die Kreuzfedergelenke unter Vorspannung eingebaut, so kann die Feder 24 entfallen. Rad- und Sperrklinken werden vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung gefertigt. Die Achsen 4 und 20 sind in Tieftemperatur geeigneten Kugellagern geführt. Die Magentanordnung 22 besteht aus einem U-förmigen Magnetkörper und einem keilförmigen Anker. Die Form des Ankers gestattet kleine Luftspalte bei grossem Verstellweg der Sperrklinke. Die Erregerwicklung liegt auf zwei identischen Spulen, die in Fig. 3 deutlich dargestellt sind. Fig. 4 und 5 zeigen eine Einrichtung zur Übertragung eines Haltemoments nach erfolgtem Viertelschritt der Positionsverstellung. Durch die verlustarme leichtgängige Bauart sind Resteinflussgrössen (Remanenzen zwischen den Lagerungen, Unwuchten) vorhanden. Um die Filter oder Blenden in Sollposition zu halten, befinden sich im Zahnrad 2 an den Zähnen Eisenteile 25, denen Scheiben 27 aus weichmagnetischem Werkstoff gegenüberliegen. Zwischen den Scheiben 27 ist ein Dauermagnet 28 eingebettet, so dass die Scheiben 27 und der Magnet 28 einen Bügel 30 bilden. Die Scheiben 27 sind gegenüber dem Zahnrad 2 um je einen halben Schritt versetzt angeordnet. Ist das Zahnrad 2 in Ruhelage, dann befindet sich eine Seite des Bügels 30 über einem Eisenteil 25, das in einen Zahn 6 eingesetzt ist. Der magnetische Kreis ist durch den Zahn über die eine Seite der Festhalteeinrichtung geschlossen. Wird das Rad um einen halben Schritt vorwärts bewegt, so wird der magnetische Kreis am nächsten Zahn über die andere Seite der Festhalteeinrichtung geschlossen.

Claims: Patentansprüche 1. Bei 0-g-Bedingungen und im Kryovakuum verwendbarer Direkt antrieb mit geringem Platzbedarf und hoher Positionierungs genauigkeit für Filterräder, Blendenräder oder dgl. in Raum fluggeräten, gekennzeichnet durch eine schwenkbar gelagerte Klinke (12) mit zwei Armen (14, 16), die an ihren Enden Eingriffselemente für den Eingriff in die Zahnflanken eines Zahnrades (2) aufweisen und durch einen Magneten (22), der bei Erregung die Klinke (12) in einer Richtung bewegt und durch eine mit der Sperrklinke (12) und dem Gehäuse (26 ver tundene Spiralfeder (24), die beim Abschalten des Magneten (22) die Klinke (12) in die Ausgangsposition zurückholt. 2. Direktantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Filter oder Blenden im Zahnrad (2) angeordnet sind. 3. Direktantrieb nach Ansprüchen 1 - 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Zahnrad (2) an den Zähnen (6) Eisenteile (25) befinden, die mit Scheiben (27), welche mit einem Dauermag neten (28) in Verbindung stehen eine Festhalteeinrichtung bilden, die bei jedem halben Schritt wirksam wird.

Inventors: BAUER, HORST, BELLEMANN, HEINRICH, MARTIN, WILHELM, DR.
Applicants: MAX-PLANCK-GESELLSCHAFT ZUR FORDERUNG DER WISSENSCHAFTEN E.V.
Application year: 1985
Main classification: G03B9
IPC codes: G03B9