DE10121990A1 - Durchbiegungssteife hängende Tragstruktur und Solargenerator-Entfaltsystem - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hängende Tragstruktur (11), aufweisend ein Schienenelement (1) mit einer Lauffläche für einen Laufschlitten, wobei zumindest die Lauffläche aus einem metallischen Material besteht sowie ein plattenähnliches Versteifungselement (2), wobei das Versteifungselement (2) aus einem Leichtbauwerkstoff besteht und mit dem Schienenelement (1) wirkverbunden ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Entfaltsystem für Solargeneratoren, aufweisend mindestens eine hängende Tragstruktur (11) sowie mindestens einen Laufschlitten (18) zur Aufhängung von Solargenerator-Elementen (15), wobei der mindestens eine Laufschlitten (18) und die mindestens eine Tragstruktur (11) ein Luftlager (13) bilden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hängende Tragstruktur, die auf verbes­ serte Weise eine Durchbiegungssteifigkeit garantiert sowie ein Solargenerator- Entfaltsystem, das mindestens eine solche Tragstruktur beinhaltet.

Es ist bekannt, dass bei hängenden Tragstrukturen, beispielsweise bei einem Laufkran, eine Durchbiegungssteifigkeit der Tragstruktur, auf der der Lauf­ schlitten des Laufkranes läuft, gegeben sein muss. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass durch eine solche Versteifung der Struktur in der Regel ein hoher Materi­ alaufwand mit entsprechend hohem Gewicht notwendig wird und außerdem die Tragstruktur sehr voluminös ausfallen kann. Speziell für Anwendungen bei Solargenerator-Entfaltsystemen werden hängende Tragstrukturen benötigt. Ein solches Solargenerator-Entfaltsystem ist beispielsweise in DE 199 33 379 beschrieben. Dort wird eine Lagerung durch Kompensation der Gewichtskraft des Solargenerators mit Hilfe einer magnetischen Anziehung von Lagerköpfen, speziell von Elektromagneten, an metallische Deckenplatten beschrieben, wo­ bei die Beweglichkeit der Struktur durch Luftlager zwischen den Lagerköpfen und den Deckenplatten erzielt wird. Nachteilig ist jedoch dabei, dass im Feh­ lerfalle, speziell bei einem Ausfall der Elektromagneten, der aufgehängte So­ largenerator ohne weiteren Schutz zu Boden fällt, so dass eine Zerstörung der äußerst teuren Solargenerator-Einrichtung die Folge wäre.

Aufgabe der folgenden Erfindung ist es, verbesserte und insbesondere kom­ paktere hängende Tragstrukturen zu ermöglichen und insbesondere ein ver­ bessertes Solargenerator-Entfaltsystem bereitzustellen, das nicht die Fehler­ anfälligkeit des Standes der Technik aufweist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 7.

Die erfindungsgemäße hängende Tragstruktur weist folgendes auf: ein Schienenelement mit einer Lauffläche für einen Laufschlitten, wobei zu­ mindest die Lauffläche aus einem metallischen Material besteht, sowie ein Ver­ steifungselement, wobei das Versteifungselement aus einem Leichtbauwerk­ stoff besteht, mit dem Schienenelement wirkverbunden ist und in der Ebene, die durch das Schienenelement und die Richtung der von dem Laufschlitten auf das Schienenelement ausgeübten Kraft aufgespannt wird, in Richtung der Kraftwirkung eine größere Ausdehnung aufweist als senkrecht zu dieser Ebe­ ne. In der Regel wird bei einer hängenden Tragstruktur die Kraftwirkung, die durch den Laufschlitten auf das Schienenelement ausgeübt wird, nach unten wirken. Es wäre also eine Durchbiegung des Schienenelementes die Folge. Das Versteifungselement weist aber in Richtung nach unten, also in Vertikal­ richtung, eine größere Ausdehnung auf als in einer Richtung senkrecht dazu, im einfachsten Falle also analog einer Plattenstruktur, bei der eine Stirnseite mit dem Schienenelement wirkverbunden ist. Als Wirkverbindung kommt jede geeignete Verbindung des Versteifungselements mit dem Schienenelement in Frage wie beispielsweise eine mechanische Verbindung (z. B. Verschrauben, Verdübeln, formschlüssige Verbindungen), Verkleben oder ähnliches. Da das Versteifungselement aus einem Leichtbauwerkstoff besteht, wird somit einer­ seits eine Versteifung des Schienenelements gegen Durchbiegung erreicht, andererseits wird durch die Verwendung des speziellen Werkstoffes das Ge­ samtgewicht der Anordnung so gering wie möglich gehalten. Trotzdem ist eine ausreichende Abriebfestigkeit des Schienenelements garantiert, da zumindest dessen Lauffläche aus einem metallischen Material besteht. Durch die Kombi­ nation dieser beiden Maßnahmen kann wiederum das Gesamtvolumen der Anordnung gerade in einer Richtung senkrecht zur Kraftwirkung sowie zur Ausdehnung des Schienenelements reduziert werden.

Das Versteifungselement aus kann insbesondere aus einem Faserverbund­ werkstoff bestehen, beispielsweise aus einem Kohlefaser-Material. Das Schie­ nenelement kann aus einem Stahlrohr bestehen, wobei das Stahlrohr im ein­ fachsten Fall rund ausgebildet ist. Das Stahlrohr kann aber auch einen andern Querschnitt aufweisen, beispielsweise einen ovalen oder eher eckigen Querschnitt. In jedem Fall sind dann die entsprechenden Lager sowie der Lauf­ schlitten an diesen Querschnitt geeignet anzupassen.

Wie bereits erwähnt kann die Wirkverbindung durch jede geeignete Verbin­ dungsart hergestellt werden. Speziell kann das Schienenelement durch Schraubverbindungen mit dem Versteifungselement verbunden sein. Dabei kann durch die Anzahl und durch die Verteilung der Schraubverbindungen entlang der Längsausdehnung des Schienenelements die Durchbiegungsstei­ figkeit eingestellt werden. So kann beispielsweise in solchen Bereichen des Schienenelements, in denen eine stärkere Durchbiegung zu erwarten ist, eine größere Anzahl von Schraubverbindungen vorgesehen werden. Analoges gilt für ähnliche Verbindungsarten, die nicht speziell als Schraubverbindungen vorgesehen sind.

Die Erfindung umfasst weiterhin ein Entfaltsystem für Solargeneratoren, wel­ ches mindestens eine hängende Tragstruktur wie vorstehend beschrieben so­ wie mindestens einen Laufschlitten zur Aufhängung von Solargenerator- Elementen aufweist, wobei der mindestens eine Laufschlitten und die mindes­ tens eine Tragstruktur ein Luftlager bilden. Es kann damit eine praktisch rei­ bungsfreie Lagerung zwischen dem Laufschlitten und der Tragstruktur garan­ tiert werden. Die Tragstruktur garantiert die Durchbiegungssteifigkeit der An­ ordnung, so dass ein ungestörtes Entfalten des Solargenerators erfolgen kann. Die ist insbesondere wichtig, wenn das ungestörte Entfalten eines Solargene­ rators im Weltraum simuliert werden soll, also auftretende Störkräfte möglichst gering gehalten werden müssen. Da bei dieser Anordnung ein Laufschlitten auf der Tragstruktur aufliegt, bleibt die Aufhängung des Solargenerators auch in einem Fehlerfall, wie z. B. bei einem Ausfall der Luftlagerung, gewährleistet, die Gefahr einer Zerstörung des Solargenerators wie beim Stand der Technik wird dadurch vermieden. Schließlich kann sogar vorgesehen werden, dass auf einfache Weise die Luftlagerung durch andere Lager wie beispielsweise Wälz­ lager ersetzt wird, so dass beispielsweise eine Reparatur oder Wartung der La­ geranordnung auf einfache Weise erfolgen kann.

Die spezielle Aufhängung des Solargenerators kann insbesondere dadurch erfolgen, dass der mindestens eine Laufschlitten mit einer Aufhängungsstruk­ tur für Solargenerator-Elemente fest verbunden ist, wobei die Aufhängungs­ struktur eine Gaszuführung für das Luftlager beinhaltet. Damit wird einerseits eine stabile Aufhängung der Solargenerator-Elemente bereitgestellt, anderer­ seits wird ohne wesentlichen Mehraufwand und vor allem ohne störende Zu­ satzkomponenten, die eventuell ein Entfalten des Solargenerators stören oder behindern könnten, die Gaszuführung zu dem Luftlager gewährleistet.

Für eine spezielle Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass zwei parallele Längsschienen vorgesehen sind, auf denen mehrere erfindungsgemäße Trag­ strukturen als Querträger längsbeweglich gelagert sind, und pro Querträger jeweils ein Laufschlitten für jeweils ein Solargenerator-Element vorgesehen ist. Es sind damit mehrere Freiheitsgrade der Bewegung für die Entfaltung der So­ largenerator-Elemente gegeben. Zusätzlich kann hier die Gaszuführung so ausgebildet sein, dass diese von jeder Aufhängungsstruktur eines Laufschlit­ tens zur jeweils benachbarten Aufhängungsstruktur geführt wird und jeweils im Rahmen einer jeden Aufhängungsstruktur die Gaszuführung zu den Luftla­ gern erfolgt. Dadurch wird wiederum garantiert, dass die Zahl, Ausdehnung und Störwirkung der einzelnen Elemente des Entfaltsystems möglichst gering gehalten wird, denn es wird so die Gaszuführung möglichst weitgehend in oh­ nehin benötigte Komponenten integriert und ansonsten auf die unbedingt nö­ tige Ausdehnung beschränkt.

Zusätzlich kann vorgesehen werden, dass die Längsschienen ebenfalls als er­ findungsgemäße Tragstrukturen ausgebildet sind. Die Querträger können e­ benfalls mittels eines Luftlagers auf den Längsschienen gelagert sein, es kön­ nen aber auch andere Arten von Lagern vorgesehen werden wie beispielswei­ se Wälzlager.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 4 er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 Erfindungsgemäße durchbiegungssteife Tragstruktur,

Fig. 2 Erfindungsgemäßes Solargenerator-Entfaltsystem,

Fig. 3 Querschnitt durch die Querträger eines Entfaltsystems nach Fig. 2 mit gefaltetem Solargenerator und

Fig. 4 wie Fig. 3, jedoch mit Wälzlager statt Luftlager.

Die Tragstruktur 11 nach Fig. 1 besteht aus einem Stahlrohr 1, das über Schraubverbindungen 3 mit einer Kohlefaser-Platte 2 als Versteifungselement verbunden ist. Das Stahlrohr 1 kann zur Steigerung der Abriebfestigkeit sowie zur Erhöhung der Maßgenauigkeit als hartverchromtes Stahlrohr ausgebildet sein. Damit kann das Stahlrohr 1 problemlos als Schienenelement verwendet werden, wobei die Oberfläche des Stahlrohres die Lauffläche für einen Lauf­ schlitten bildet. Die Lagerung des Laufschlittens kann beispielsweise durch Luftlager oder Wälzlager erfolgen. Die vertikale Längsausdehnung der Kohle­ faserplatte 2 verhindert bei geringem Eigengewicht über die Schraubverbin­ dungen 3 eine Durchbiegung des Stahlrohres 1, auf das ein aufliegender Lauf­ schlitten, ggf. mit entsprechender zusätzlicher Traglast, eine Kraft F in hori­ zontaler Richtung ausübt, wie in Fig. 1 dargestellt. Die Tragstruktur 11 kann seitliche Aufhängungselemente 4 aufweisen, die eine Aufhängung der Trag­ struktur 11 gestatten, so dass die Tragstruktur 11 als hängende Tragstruktur wirkt.

Ein Beispiel für eine Anwendung einer hängenden Tragstruktur 11 nach Fig. 1 ist in Fig. 2 dargestellt. Diese ist in Fig. 2 als Querträger 11 eines Solargenera­ tor-Entfaltsystems ausgebildet, an dem ein Gestänge 16 als Aufhängungs­ struktur angebracht ist, welches jeweils ein Solargenerator-Element 15 trägt. In der Anordnung nach Fig. 2 sind mehrere Querträger 11 vorgesehen, entspre­ chend der Zahl der Solargenerator-Elemente 15. Jedes Gestänge weist an sei­ nem oberen Ende einen Laufschlitten 18 auf, der auf dem Stahlrohr 1 des Querträgers 11 mit Hilfe eines Luftlagers 13 längsbeweglich gelagert ist. Damit ist eine Beweglichkeit der Solargenerator-Elemente 15 in Querrichtung wäh­ rend des Entfaltvorganges gewährleistet. Die Längsbeweglichkeit der Solarge­ nerator-Elemente 15 wird durch die Längsbeweglichkeit der Querträger 11 auf zwei parallelen Längsträgern 12 garantiert, wobei die Querträger wiederum durch Luftlager 13 oder andere geeignete Lager auf den Längsträgern 12 gela­ gert sind. Die Längsträger 12 können insbesondere auch als durchbiegungs­ steife Tragstrukturen analog zur Anordnung in Fig. 1 ausgebildet sein.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch mehrere Querträger 11, Laufschlitten 18 mit daran befestigten Gestängen 16, welche wiederum die Solargenerator- Elemente 15 tragen. Die Darstellung in Fig. 3 entspricht einem Ziehharmonika­ artig gefalteten Zustand des Solargenerators, bei dem die Querträger direkt aneinander anliegen. Gerade in dieser Darstellung wird deutlich, dass die hori­ zontale Ausdehnung der Querträger 11 möglichst gering gehalten werden muss, da sonst die Solargenerator-Elemente 15 nicht in ihre vollständig gefal­ tete Position gebracht werden können. Dies kann durch eine erfindungsgemä­ ße Tragstruktur nach Fig. 1 garantiert werden. Fig. 3 zeigt auch die hängende Lagerung des Laufschlittens 18 auf dem Stahlrohr 1 mit Hilfe eines Luftlagers 13. Selbst wenn bei einer solchen Anordnung die Luftlagerung ausfallen sollte, so bleibt die hängende Lagerung gegeben, in diesem Fall durch ein direktes Aufliegen des Laufschlittens 18 auf dem Stahlrohr 1. Ein Herabfallen der Solar­ generator-Elemente 15 wird dadurch verhindert. Das weitere Entfalten des Solargenerators kann dann nach Wiederherstellung der Gaszufuhr oder auch z. B. durch einen Austausch des Laufschlittens 18 gegen einen Laufschlitten mit Wälzlager 17 erfolgen, wie in Fig. 4 dargestellt. Da das Schienenelement als Stahlrohr 1 ausgebildet ist, kann ein solches Wälzlager 17 problemlos als alter­ native Lagerung verwendet werden.

Die Gaszuführung 14 für die Luftlager 13 ist in Fig. 2 dargestellt. Hierbei wird die Gaszuführung 14 auf direktem Wege und parallel zu den Solargenerator- Elementen 15 in einer festen Struktur von einem Gestänge 16 zu dem jeweils benachbarten Gestänge geführt. Lediglich im Bereich der Zwischenräume zwi­ schen zwei Solargenerator-Elementen 15 sind flexible Gaszuführungs- Verbindungen 19 vorgesehen, um im gefalteten Zustand des Solargenerators eine entsprechende Angleichung der Gaszuführung an diese Struktur zu er­ möglichen. Weiterhin ist an jedem Gestänge 16 eine Gaszuführung 20 vorge­ sehen, die von den zwischen den Gestängen 16 angeordneten Gaszuführun­ gen 14 abzweigt und entlang des Gestänges 16 zu dem Laufschlitten 18 und damit zu dem entsprechenden Luftlager 13 geführt wird. Die Gaszufuhr erfolgt damit auf dem kürzesten Wege und so weit als möglich innerhalb von ohnehin vorhandenen Komponenten des Entfaltsystems, um mögliche Behinderungen des Entfaltvorganges durch die Gaszuführung möglichst zu verhindern. Hierzu dient auch insbesondere die Anordnung der festen Gaszuführungen 14 paral­ lel zu den Solargenerator-Elementen 15, die störende Momente durch die Gaszuführung bei der Entfaltbewegung verhindert.

Claims (12)

1. Hängende Tragstruktur (11), aufweisend ein Schienenelement (1) mit einer Lauffläche für einen Laufschlitten, wobei zumindest die Lauffläche aus einem metallischen Material besteht sowie ein Versteifungselement (2), wobei das Versteifungselement (2) aus einem Leichtbauwerkstoff besteht, mit dem Schienenelement (1) wirkverbunden ist und in der Ebene, die durch das Schienenelement (1) und die Richtung der von dem Laufschlitten auf das Schienenelement (1) ausgeübten Kraft (F) aufgespannt wird, in Richtung der Kraftwirkung (F) eine größere Ausdehnung aufweist als senkrecht zu dieser Ebene.

2. Tragstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (2) aus einem Faserverbundwerkstoff besteht.

3. Tragstruktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (2) aus Kohlefaser-Material besteht.

4. Tragstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Schienenelement (1) aus einem Stahlrohr besteht.

5. Tragstruktur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlrohr (1) rund ausgebildet ist.

6. Tragstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Schienenelement (1) durch Schraubverbindungen (3) mit dem Versteifungselement (2) verbunden ist.

7. Entfaltsystem für Solargeneratoren, aufweisend mindestens eine hän­ gende Tragstruktur (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 sowie mindestens einen Laufschlitten (18) zur Aufhängung von Solargenerator-Elementen (15), wobei der mindestens eine Laufschlitten (18) und die mindestens eine Trag­ struktur (11) ein Luftlager (13) bilden.

8. Entfaltsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Laufschlitten (18) mit einer Aufhängungsstruktur (16) für So­ largenerator-Elemente (15) fest verbunden ist, wobei die Aufhängungsstruktur (16) eine Gaszuführung (20) für das Luftlager (13) beinhaltet.

9. Entfaltsystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei parallele Längsschienen (12) vorgesehen sind, auf denen mehrere erfindungsgemäße Tragstrukturen (11) als Querträger längsbeweglich gelagert sind, und pro Querträger jeweils ein Laufschlitten (18) für jeweils ein Solarge­ nerator-Element (15) vorgesehen ist.

10. Entfaltsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass be­ nachbarte Aufhängungsstrukturen (16) der einzelnen Laufschlitten (18) unter­ einander durch eine Gaszuführung (14, 19) verbunden sind.

11. Entfaltsystem nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsschienen (12) ebenfalls als erfindungsgemäße Tragstrukturen (11) ausgebildet sind.

12. Entfaltsystem nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Querträger mittels eines Luftlagers (13) auf den Längs­ schienen (12) gelagert sind.