PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE19743654C2 02.09.1999
Titel Befestigungselement für Geräte, die an einem Satelliten angeordnet sind
Anmelder Dornier GmbH, 88039 Friedrichshafen, DE
Erfinder Pitz, Wolfgang, Dipl.-Ing., 88682 Salem, DE;
Wolters, Reinhard, Dipl.-Ing., 88682 Salem, DE
DE-Anmeldedatum 02.10.1997
DE-Aktenzeichen 19743654
Offenlegungstag 15.04.1999
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 02.09.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.09.1999
IPC-Hauptklasse B64G 1/22

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Befestigungselement für Geräte, die an einem Satelliten angeordnet sind.

Hintergrund:

Innerhalb der Projektabwicklung in der Raumfahrt ist die Definition der Satelliten-Tragestruktur zeitkritisch, da diese im Integrations- und Testablauf frühzeitig benötigt wird. Fast alle mechanischer Schnittstellen innerhalb der Struktur selbst, wie auch zu den mitgeführten elektronischen und mechanischen Geräten müssen daher bereits sehr kurz nach der Erstauslegung des Satelliten endgültig festgelegt werden, um eine rechtzeitige Fertigung der Strukturbauteile zu gewährleisten.

Diese frühzeitige Definition ist nur mit einem hohen Aufwand an Personal- und CAD-Rechnerkosten möglich. Dabei ist das Risiko einer falschen oder unvollständigen Definition groß, da zu diesem Zeitpunkt:

  • - nicht alle Schnittstellen ausreichend genau definiert sein können,
  • - sich die Schnittstellen ändern bzw. angepaßt werden müssen,
  • - neue Schnittstellen hinzukommen und
  • - durch die hohe Arbeitsbelastung Fehler bei der Festlegung der Schnittstellen auftreten können.

Um Fehldefinitionen bei den mechanischen Befestigung von Geräten an der Tragestruktur zu vermeiden, ist ein intensives Studium der meist von Fremdfirmen kommenden Einzelteilzeichnungen notwendig. Diese Erkenntnisse sind in die Konfigurations- und Einzelteilzeichnungen des Satelliten und dessen Struktur zu übertragen. Um die Kontrolle der Schnittstellen zu gewährleisten, ist eine umfassende Dokumentation notwendig, die wiederum unter großem Aufwand geprüft werden muß, was alles in allem mit hohen Kosten verbunden ist. Der notwendige Änderungszyklus der Interface-Zeichnungen und die Korrektur falsch gefertigten Hardware selber ist dann ebenfalls nur mit großem Aufwand möglich.

Stand der Technik:

In der Raumfahrt hat sich, in Verbindung mit der immer häufigeren Anwendung von Sandwich-Strukturen, der Einsatz von sogenannten "Inserts" zur Befestigung von Geräten durchgesetzt. An den vordefinierten Stellen werden Drehteile in den Sandwichkern mechanisch tragend mit den Deckschichten eingeklebt. Diese Inserts sind mit einem Gewinde versehen, an dem die Geräte dann festgeschraubt werden können.

Typische Anzahl von Befestigungspunkten sind:

50 Geräte mit je 6 Schraubbefestigungen = 300 Schnittstellen, jede charakterisiert durch 3 Koordinaten mit Toleranzen, Inserttyp, Gewinde/Anzugsmoment und Sonderinformationen.

Das Setzen der Inserts erfolgt meist bereits bei der Vorfertigung der Sandwich-Panels. Dabei sind im Wabenkern und in den Deckschichten Löcher zu positionieren. Dieses Positionieren, als auch die eigentliche Einklebung der Inserts selbst ist ein arbeitsintensiver Vorgang, der eine Reihe von speziellen Vorrichtungen und ein hohes Maß an Erfahrung benötigt.

Falsch gesetzte Inserts (aufgrund ungenauer Definition oder Fertigungsfehlern) lassen sich nicht entfernen. Nachträgliches Einsetzen dieser Befestigungspunkte ist zwar möglich, jedoch ebenfalls zeitraubend und (unter Reinraumbedingungen) sicherheitskritisch.

Der Erfindung liegt die Aufgaben zugrunde, ein strukturellen Befestigungselements für Geräte in der Raumfahrt zu schaffen, mit dem eine

  • - Verringerung des Schnittstellen-Definitionsaufwands und dessen Kontrolle in der Frühphase eines Projektes durch Entkopplung von Konfigurations- und Strukturfestlegung,
  • - damit verbunden, ein verringertes Risiko von Fehldefinitionen und dessen Korrektur,
  • - eine vereinfachte Strukturpanelfertigung durch geringere Anzahl von Inserts (nur für Strukturzusammenbau selbst),
  • - eine erhöhte Flexibilität bei Konfigurationsänderungen (erzwungene oder wünschenswerte Änderungen der Geräteanordnung und zusätzliche Geräte)

    mit dem Ziel der Kostenreduktion in der Entwicklungs- und Integrationsphase ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß wird je Gerätebefestigungspunkt anstelle eines in das Sandwichpanel eingelassenen Inserts ein Montagefuß auf die Deckschicht des Panels geklebt. Dieser Montagefuß besitzt ein Gewinde (z. B. M4 oder M5 mit Gewindeeinsatz) zur Aufnahme einer Gerätebefestigungsschraube.

Das Material des Montagefußes, z. B. Al, Ti oder VESPEL®, kann entsprechend der Festigkeits- und Wärmeleitanforderungen gewählt werden.

Das Aufkleben kann vorteilhaft während der Geräteintegration im Rahmen der Zusammenbau- und Testphase des Satelliten erfolgen.

Der Montagefuß läßt sich durch Erwärmen der Klebeschicht rückstandslos entfernen.

Mit dem erfindungsgemäßen Befestigungselement können insbesondere die folgenden Anforderungen erfüllt werden:

  • - Ähnliche mechanische Trage-Charakteristik wie die bekannte Befestigungsmethode (Inserts);
  • - Gleiche Zuverlässigkeit der Befestigung wie die bekannte Befestigungsmethode;
  • - Verwendung von Materialien, die von der European Space Agency (ESA) zugelassenen Materialien;
  • - Gleiches geräteseitiges Befestigungsprinzip wie bei der bekannten Befestigungsmethode, d. h. die Einführung des erfindungsgemäßen Befestigungselements hat keine Auswirkung auf das bereits bestehende Gerätedesign;
  • - Einfache Verwendung in der Integrationsphase;
  • - Vollständige Entfernbarkeit und Wiederverwendung;
  • - Ähnliche Masse wie bei der bekannten Befestigungsmethode;
  • - Geringere Herstellungs- und Einsatzkosten je Befestigungspunkt als bei der bekannten Befestigungsmethode.

Weitere Vorteile:
  • - Bei Verwendung geeigneter Materialien für den Drehteller (z. B. VESPEL®) können zusätzliche Thermalisolierungen (englisch: thermal washer) entfallen.
  • - Versteifungen der Satelliten-Tragestruktur lassen sich später einfach hinzufügen und befestigen (Streben, Rippen etc.).
  • - Durch den Abstand zwischen Panel und Geräteboden ist für die Kabelführung (englisch: harness rooting) mehr Flexibilität gegeben.
  • - Die Anpassung des Satellitenschwerpunkts wird durch die leichte Versetzbarkeit der Befestigungspunkte vereinfacht.

In Fig. 1 ist die Ausführung eines erfindungsgemäßen Montagefußes dargestellt. Beispielhafte Bemaßungen sind angegeben. Der Montagefuß M kann z. B. aus Al, Ti oder VESPEL® hergestellt werden. An der Klebefläche F des Montagefußes M wird der Montagefuß mit der Deckschicht des Strukturpanels verklebt. Hierfür wird vorteilhaft der raumfahrtqualifizierte Zweikomponentenkleber Scotch Weld EX 2216 verwendet. Zur Aufnahme der Gerätebefestigungsschraube ist das Gewinde G z. B. M4 oder M5 mit Gewindeeinsatz (Helicoil) vorgesehen. Die Gewindebohrung verläuft in dieser Ausführung über die gesamte axiale Dicke des Montagefußes, was insbesondere fertigungstechnisch von Vorteil ist.

Die Form des Montagefußes M ist in dieser Ausführung rotationssymmetrisch ausgebildet, wobei eine der beiden Deckflächen des Rotationskörpers die Klebefläche F bildet. Der Montagefuß M besteht in der gezeigten Ausführung aus einem konischen Bereich, der der Klebefläche F benachbart ist, und einem zylindrischen Bereich. Die konische Basis wurde im Hinblick auf eine großflächige Lasteinleitung gewählt. Beim Angreifen eines Biegemoments wird sich aufgrund der gewählten Geometrie der Montagefuß im konischen Bereich großflächig verbiegen.

Das erfindungsgemäße Befestigungsprinzip wurde durch die folgenden Tests verifiziert:

  • - Vibrationstest mit repräsentativen Mass-Dummy hardmounted auf Sandwich-Panel
  • - Schock-Test (Hammerschlag) auf obengenanntes Panel
  • - Zug- und Biegeversuch an Einzel-Drehtellern auf obengenanntes Panel
  • - Rechnungen der Klebefestigkeit und Wabenbelastung
  • - Temperaturwechsel-Test (Flüssig-Stickstoff + warm)
  • - Messung der elektrischen Leitfähigkeit gegen Alu.


Anspruch[de]
  1. 1. Befestigungselement für die Befestigung von Geräten an einem Satelliten, gekennzeichnet durch einen Montagefuß (M) mit folgenden Merkmalen:
    1. 1. einer Klebefläche (F) zur Verklebung mit der Satellitenstruktur,
    2. 2. einem Gewinde (G) zur Aufnahme einer Schraube für die Gerätebefestigung.
  2. 2. Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Montagefuß (M) aus Aluminium oder Titan oder VESPEL® besteht.
  3. 3. Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Montagefuß (M) einen konischen Bereich aufweist, der benachbart zur Klebefläche (F) liegt.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com