Bewegliche
Tragstrukturen, die kompakt zusammenfaltbar sind und sich wieder
entfalten können
sind sehr vielseitig einsetzbar. Für den Einsatz in der Raumfahrt
ist beispielsweise eine leichte und vor allem kompakte Bauweise
von Vorteil, da die Transportkosten für den Orbit sehr teuer sind.
Vorstellbar ist auch eine Anwendung für einen flexibel beweglichen
Kran oder im Bereich der Robotik als Manipulatorarm. Auch unter Schwerkraftbedingungen
sind viele Einsatzgebiete denkbar, wie beispielsweise als universelle
Hebebühne
für unzugängliche
Stellen oder mobile, bewegliche Brücken, Kran- und Mastkonstruktionen
etc. Ebenfalls sind bewegliche Primärtragkonstruktionen für mobile
oder temporäre Überdachungen
in Kombination mit einer Membraneindeckung umsetzbar. Im kleineren
Maßstab
finden sich gleichfalls viele Einsatzgebiete für wandelbare Tragkonstruktionen.
Entfaltbare sowie flexible Traversensysteme für den Messe- und Bühnenbau
lassen sich beispielsweise vor allem ohne automatische Entfaltung,
d. h. von Hand ohne Aktuatoren, einsetzen. Hierfür ist allerdings eine Versteifung
des Mechanimus zum Tragwerk erforderlich. Versteifende Arretierungen
können Aktuatoren
jedoch stufenlos leisten, so dass eine Belastung des Tragsystems
während
jeder Position im Entfaltungsprozess aufgenommen werden kann. Um
z. B. einen Einsatz als mobilen Lastenaufzug zu ermöglichen,
bedarf es einer leistungsfähigen
Tragkonstruktion, die insbesondere auch während dem gesamten Ausfahrprozess
hohe Kopflasten tragen kann. Derartige Vorrichtungen gibt es bisher
nur mit relativ begrenzter Höhe
sowie begrenzter Nutzlast. Ein weiterer Nachteil bei vielen Vorrichtungen
dieser Art ist ein relativ hoher konstruktiver Aufwand mit vielen
Bauteilen und komplizierten Gelenkkonstruktionen, die zum Teil nicht
optimal nach dem Kraftfluss ausgeführt sind. Das Problem der Knotengelenkausbildung
wird insbesondere durch die der Erfindung zugrunde liegenden Bauteile
(2), (7), (8) und (10) (siehe 2, 5, 6, 6a, 6b, 6c)
eines Kugelgelenkknotens gelöst.
Jedoch wirken alle Bauteile der jeweiligen Patentansprüche zusammen
bzw. bedingen einander. Die wesentlichen Vorteile der Erfindung
werden im Zusammenhang mit dem Stand der Technik im Folgenden genauer
beschrieben.Movable load-bearing structures that are compactly foldable and can unfold again are very versatile. For example, a lightweight and above all compact design is advantageous for use in aerospace, since the transport costs for orbit are very expensive. Also conceivable is an application for a flexibly movable crane or in the field of robotics as a manipulator arm. Even under conditions of gravity many applications are possible, such as a universal lift for inaccessible places or mobile, movable bridges, crane and mast constructions etc. Also movable primary support structures for mobile or temporary roofs in combination with a membrane cover can be implemented. On a smaller scale, there are also many fields of application for convertible supporting structures. Unfoldable and flexible truss systems for trade fair and stage construction can be used, for example, without automatic deployment, ie by hand without actuators. For this, however, a stiffening of the mechanism to the structure is required. However, stiffening detents can provide actuators steplessly so that load on the support system can be accommodated during any position in the deployment process. To z. B. to allow use as a mobile goods lift, it requires a powerful support structure that can carry high head loads in particular during the entire Ausfahrprozess. Such devices are so far only with relatively limited height and limited payload. Another disadvantage of many devices of this type is a relatively high design effort with many components and complicated joint structures, which are sometimes not optimally designed according to the power flow. The problem of node joint training is in particular due to the components of the invention ( 2 ) 7 ) 8th ) and ( 10 ) (please refer 2 . 5 . 6 . 6a . 6b . 6c ) solved a ball joint node. However, all components of the respective claims cooperate or condition each other. The main advantages of the invention will be described in more detail below in connection with the prior art.
Der
im Patentanspruch 1 zugrunde liegende Mechanismus vereint zum Einen
die Vorzüge
eines triangulär
aufgebauten Scherenmechanismus nach J. K. Holden ( US 1,947,647 ), J. H. Fulcher ( US 3,053,351 ) oder R. L.
Bliss ( US 4,115,975 )
und die damit zusammenhängende
große
Komprimierbarkeit und zum Anderen die Flexibilität und Stabilität einer
Konstruktion auf der Grundlage eines sog. „geodesic truss”, insbesondere
auf Tetraeder- bzw. Oktaederbasis wie Entwicklungen von A. E. Miller
( US 3,221,464 ), R. B.
Fuller ( US 3,354,591 ), Mikulas
Jr. ( US 4,557,097 ) oder
M. Natori ( US 4,655,022 )
aufzeigen. Die Flexibilität,
d. h. der mögliche
Operationsraum bei z. B. S-förmigen
Bewegungen der im Patentanspruch 1 zugrunde liegenden Erfindung
sind in etwa vergleichbar mit der Erfindung von Martin M. Mikulas
Jr. und Marvin D. Rhodes aus dem Jahr 1986 und dem US-Patent 4,677,803 mit dem Titel: „Deployable
geodesic truss structure”.
Dieser Erfindung liegt eine Oktaedergeometrie zugrunde, die gestapelt
addiert eine Turmkonstruktion beschreibt. Diese Vorrichtung kann durch
Verlängern
bzw. Verkürzen
einzelner Stabelemente in Ihrer Gesamtgeometrie so verändert werden, dass
die Konstruktion zusammenklappbar ist bzw. S-förmig gekrümmte Geometrien beschreiben
kann. Unter Einsatz von beispielsweise teleskopierbaren Aktuatoren
lassen sich solche Mechanismen direkt steuern sowie stufenlos versteifen,
wobei effektiv Kopflasten getragen werden können. Solche flexibel steuerbaren
Entwicklungen werden auch unter dem internationalen Oberbegriff
als „VGT”, d. h.
als „Variable
Geometry Truss” Konstruktionen
bezeichnet. Diese Entwicklungen basieren u. a. auf der sog. „Gough-Stewartplatform” aus den 60er
Jahren. Darauf aufbauend wurden 1994 Weiterentwicklungen bzgl. der
Knotenausbildung von G. C. Homer (NASA-Patent LAR-15136-1) durchgeführt. Die
Anwendbarkeit solcher kontrollierbar beweglicher Systeme ist in
der US-Patentschrift 5,803,203 aus
dem Jahr 1997 von Robert L. Williams II dargestellt. Neben diesen
oben beschriebenen Mechanismen gibt es zahlreiche Erfindungen speziell
für die
Anwendung in der Raumfahrt. Dies sind vorwiegend Mastkonstruktionen,
die linear ausgefahren werden können.
Sie sind sehr leicht konstruiert und zeichnen sich durch einen hohen
Packfaktor aus, vgl. hierzu die Patentschriften US 3,486,279 , US 3,496,687 , US 3,771,274 , US 4,578,919 , US 4,622,130 , US 5,163,262 und US 5,701,713 . Diese Konstruktionen
verfügen
allerdings über
eine geringe Stabilität
und sind daher fast ausschließlich
für den Einsatz
in der Schwerelosigkeit geeignet. Auch sind diese Entwicklungen
nicht steuerbar flexibel-beweglich.The underlying mechanism in claim 1 combines on the one hand, the merits of a triangular scissors mechanism according to JK Holden ( US 1,947,647 ), JH Fulcher ( US 3,053,351 ) or RL Bliss ( US 4,115,975 On the other hand, the flexibility and stability of a design based on a so-called "geodesic truss", in particular on a tetrahedral or octahedral basis as developments by AE Miller ( US 3,221,464 ), RB Fuller ( US 3,354,591 ), Mikulas Jr. ( US 4,557,097 ) or M. Natori ( US 4,655,022 ) show. The flexibility, ie the possible operating room at z. B. S-shaped movements of the underlying invention in claim 1 are approximately comparable to the invention of Martin M. Mikulas Jr. and Marvin D. Rhodes from 1986 and the U.S. Patent 4,677,803 entitled "Deployable geodesic truss structure". This invention is based on an octahedron geometry which, when stacked, describes a tower construction. This device can be changed by extending or shortening individual bar elements in their overall geometry so that the construction is collapsible or can describe S-shaped curved geometries. Using, for example, telescopic actuators, such mechanisms can be controlled directly and steplessly stiffened, effectively coping with head loads. Such flexibly controllable developments are also referred to as "VGT" under the international generic term, ie as "variable geometry truss" constructions. These developments are based inter alia on the so-called "Gough Stewartplatform" from the 60s. Building on this, further developments were made in 1994 with regard to node formation by GC Homer (NASA patent LAR-15136-1). The applicability of such controllably movable systems is in the U.S. Patent 5,803,203 from 1997 by Robert L. Williams II. In addition to these mechanisms described above, there are numerous inventions specifically for use in space. These are mainly mast constructions that can be extended linearly. They are very easily constructed and are characterized by a high packing factor, cf. to this the patents US 3,486,279 . US 3,496,687 . US 3,771,274 . US 4,578,919 . US 4,622,130 . US 5,163,262 and US 5,701,713 , However, these structures have low stability and are therefore almost exclusively suitable for use in weightlessness. Also, these developments are not controllable flexible-movable.
Durch
Verkürzen
bzw. Verlängern
einzelner Stabelemente kann der im Patentanspruch 1 beschriebene
Mechanismus gezielt gesteuert bewegt werden, wobei in jedem Bewegungszustand
gewährleistet
wird, dass die Lastabtragung effektiv innerhalb der Systemgeometrie
(10) verläuft.
Damit ist die Vorrichtung besonders geeignet z. B. als Turmkonstruktion
in jeder Bewegungsphase hohe Kopflasten zu tragen bzw. zu transportieren.
Eine vergleichbare Performance ist insbesondere von den oben erwähnten Erfindungen
auf triangulärer
Scherenbasis nicht zu leisten.By shortening or lengthening individual bar elements, the mechanism described in claim 1 can be moved in a controlled manner, whereby in each state of movement it is ensured that the load transfer is effectively achieved within the system geometry (FIG. 10 ) runs. Thus, the device is particularly suitable for. As a tower construction in each phase of movement to carry high loads or transport. A comparable performance is in particular of the above-mentioned inventions on a triangular scissor base can not be afforded.
Die
durch Aktuatoren betriebenen teleskopierbaren Elemente (7)
und (8) in den teleskopierbaren flügelförmigen Elementen (5)
erlauben der Vorrichtung konstruktionsbedingt ein Packmaß in der
Höhe von
ca. 1 zu 13 (3, 3a, 4, 4a),
wodurch die Konstruktion für
mobile Einsätze
jeglicher Art geeignet ist. Die oben beschriebenen Mechanismen auf triangulärer Scherenbasis
vermögen
dieses Packmaß vor
allem in der Breite nicht zu leisten, wobei die Entwicklungen auf
Oktaeder-VGT Basis nach Mikulas/Rhodes keine vergleichbaren Packfaktoren
aufweisen bzw. hierzu ein Vielfaches an zusätzlichen Stäben und Aktuatoren benötigen.Actuator driven telescopic elements ( 7 ) and ( 8th ) in the telescopic wing-shaped elements ( 5 ) allow the device by design, a pack size in the amount of about 1 to 13 ( 3 . 3a . 4 . 4a ), making the construction suitable for mobile use of any kind. The above-described triangular scissors-based mechanisms are not able to achieve this pack size, especially in terms of their breadth, although developments based on octahedron-VGT-based Mikulas / Rhodes do not have comparable packing factors or require a multiple of additional rods and actuators.
Die
dem Patentanspruch 1 zugrunde liegende Konstruktion zeichnet sich
zudem durch einen modularen Aufbau und eine relativ hohe Bewegungsfreiheit
aus, wobei hierfür
vergleichsweise wenig Bauteile benötigt werden. Die Einfachheit
und die damit zusammenhängende
geringe Bauteilanzahl ist sowohl im Vergleich zu den triangulären Scherenmechanismen
als auch zu den Oktaeder VGT ein wichtiger Vorteil. Durch die Anordnung
der Stabelemente direkt in den Systemachsen (10), insbesondere
in den Bereichen der Gelenke (6), wird
eine effektive Lastabtragung mittels Normalkräfte weitestgehend ohne Biegung
erreicht, was eine materialsparende Ausführung ermöglicht. Die Kopplungsgelenke
(2) sind in der Lage, die Kräfte direkt ohne Exzentrizitäten abzuleiten.
Hierin liegt der Hauptunterschied zu anderen beweglichen Konstruktionen
(vgl. US 4,677,803 , US 4,557,097 und NASA-Patent
LAR 15136-1), welche das Problem haben, dass mehr als drei Stabelemente
in einem Knoten vereint sind und sich dadurch die Konstruktion der
einzelnen Stabgelenke nur relativ aufwändig und nicht ohne Exzentrizitäten ausführen lässt. Die
Tatsache, dass bei der im Patentanspruch 1 beschriebenen Erfindung
nur drei Stäbe
einen Kugelgelenkknoten (6) bilden und die anschließenden kraftschlüssigen Zugverbindungen
(Seile) (4) ohne Exzentrizitäten umgelenkt (7)
werden, bewirkt eine hohe Belastbarkeit, vergleichbar mit dem Hüftgelenk
beim Menschen. Ausgerundete Versteifungen im Bereich der teleskopierbaren
flügelförmigen Elemente
(5) sowie im teleskopierbaren dreiarmigen Bauteil (1)
dienen nicht zur eigentlichen Hauptlastabtragung, sondern sind hauptsächlich dafür vorgesehen,
die Hauptlasten über einen
direkten Lastenpfad in den Systemachsen (10) zu
lenken bzw. zu halten. Diese konstruktiven Merkmale sind u. a. der
Grund dafür,
dass wenige Stäbe
in einem Gelenkknoten zusammentreffen und somit durch ein zweischaliges
Kugelgelenk (6) gekoppelt werden können.The underlying the claim 1 construction is also characterized by a modular design and a relatively high freedom of movement, which comparatively little components are needed. Simplicity and the associated small number of components is an important advantage in comparison to both the triangular scissor mechanism and the octahedron VGT. By arranging the rod elements directly in the system axes ( 10 ), especially in the areas of the joints ( 6 ), an effective load transfer by means of normal forces is achieved largely without bending, which allows a material-saving design. The coupling joints ( 2 ) are able to derive the forces directly without eccentricities. Herein lies the main difference to other mobile constructions (cf. US 4,677,803 . US 4,557,097 and NASA patent LAR 15136-1), which have the problem that more than three rod elements are united in a node and thereby the construction of the individual rod joints can be carried out only relatively complex and not without eccentricities. The fact that, in the invention described in claim 1, only three rods form a ball joint node ( 6 ) and the subsequent non-positive tension connections (ropes) ( 4 ) deflected without eccentricities ( 7 ), causes a high load capacity, comparable to the hip joint in humans. Rounded stiffeners in the area of telescopic wing-shaped elements ( 5 ) and in the telescopic three-arm component ( 1 ) are not used for the actual main load dissipation, but are mainly intended, the main loads via a direct load path in the system axes ( 10 ) to steer or to hold. These structural features include the reason that few rods meet in a joint node and thus by a double-shell ball joint ( 6 ) can be coupled.
Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 14
angegeben. Die Konstruktion ist ganzheitlich betrachtet eine flexibel
bewegliche Struktur, die gezielt gesteuert bewegt werden kann. Werden nun
an dieser Struktur Bewegungssensoren installiert, welche beispielsweise
die Bewegungsänderungen
unmittelbar messen können,
so wird die Konstruktion durch gesteuerte Gegenbewegungen, die rechnergestützt geregelt
werden zu einer anpassungsfähigen
bzw. adaptiven Tragstruktur, im weiteren Sinne auch zu einem intelligenten
Tragwerk (smart structure).A
advantageous embodiment of the invention is in claim 14th
specified. The construction is holistically flexible
movable structure, which can be moved under controlled control. Become now
installed motion sensors on this structure, which, for example
the movement changes
can measure directly,
Thus, the construction is controlled by controlled counter-movements, the computer-aided
become an adaptive
or adaptive support structure, in the broader sense also to an intelligent
Structure (smart structure).
Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden
näher beschrieben:One
embodiment
The invention is illustrated in the drawings and will be described below
described in more detail:
1 zeigt
eine isometrische Darstellung einer 2-moduligen Beispielvorrichtung
im zusammengefalteten Zustand. Ein Scherenmodul, bestehend aus den
Bauteilen (3), (4), (5), (6),
(7) und (8) der Beispielvorrichtung, hat im ausgefahrenen
Zustand (2) ein Verhältnis von Durchmesserbreite
zur Höhe
von 1 zu 2 (vgl. auch 3, 3a, 4, 4a).
Bei diesem Verhältnis
sind die horizontal angeordneten durch Aktuatoren betriebenen teleskopierbaren
Elemente (9) des dreiarmigen Bauteils (1) im zusammengefalteten
Zustand komplett ausgefahren, wobei die durch Aktuatoren betriebenen
teleskopierbaren Elemente (7) und (8) der flügelförmigen Elemente
(5) komplett eingefahren sind. Es sind auch andere Proportionsverhältnisse
ausführbar.
Beispielsweise kann bei einem Verhältnis der Durchmesserbreite
zur Höhe
von etwa 1 zu 1,4 eines Moduls im ausgefahrenen Endzustand auf die
horizontalen, durch Aktuatoren betriebenen teleskopierbaren Elemente
(9) des dreiarmigen Bauteils (1), komplett verzichtet
werden. Ein Weglassen dieser horizontalen Elemente ist auch bei
einem Proportionsverhältnis
von 1 zu 2 wie bei der Beispielvorrichtung dargestellt möglich, wenn
der Hubfaktor, der durch Aktuatoren betriebenen teleskopierbaren
Elemente (7) und (8) des flügelförmigen Elements (5),
größer ist
als bei einem Einfach-Teleskop (Hubfaktor ca. 1,7), d. h. diese
Teleskope müssen mindestens
als Doppel-Teleskop ausgeführt
werden. 1 shows an isometric view of a 2-module example device in the folded state. A scissors module consisting of the components ( 3 ) 4 ) 5 ) 6 ) 7 ) and ( 8th ) of the example device, has in the extended state ( 2 ) a ratio of diameter width to height of 1 to 2 (see also 3 . 3a . 4 . 4a ). At this ratio are the horizontally arranged actuated by actuators telescopic elements ( 9 ) of the three-arm component ( 1 ) are completely extended in the folded state, wherein the operated by actuators telescopic elements ( 7 ) and ( 8th ) of the wing-shaped elements ( 5 ) are completely retracted. There are other proportions executable. For example, with a ratio of the diameter width to the height of about 1 to 1.4 of a module in the extended end state on the horizontal actuated by actuators telescopic elements ( 9 ) of the three-arm component ( 1 ), completely dispensed with. Omission of these horizontal elements is also possible with a ratio of 1 to 2 as shown in the example device, if the stroke factor of the actuated telescopic elements ( 7 ) and ( 8th ) of the wing-shaped element ( 5 ), larger than with a single telescope (stroke factor approx. 1.7), ie these telescopes must at least be designed as a double telescope.
2 zeigt
eine isometrische Darstellung einer 2-moduligen Beispielvorrichtung
im ausgefahrenen Zustand. Das Proportionsverhältnis eines Moduls ist hier
wie bei (1) beschrieben 1 zu 2 (Durchmesserbreite
zu Höhe).
Die wesentlichen Bauteile der Erfindung sind in dieser Darstellung
gekennzeichnet. In dieser Konfiguration sind die durch Aktuatoren
betriebenen teleskopierbaren Elemente (7) und (8)
der flügelförmigen Elemente
(5) voll ausgefahren, wobei die, durch Aktuatoren betriebenen
teleskopierbaren Elemente (9) des dreiarmigen Bauteils
(1) voll eingefahren sind. Beim Ausfahrvorgang, der durch
einen synchronen Betrieb aller Aktuatoren initiiert wird, erfolgt
gleichzeitig eine Rotation der flügelförmigen Elemente (5)
um die Drehachsen (6a) des kugelförmigen Drehzentrums (6),
wobei eine weitere Rotation orthogonal zur Ebene der Drehachsen (6)
des mittleren dreiarmigen Bauteils (1) erfolgt, so dass
im ausgefahrenem Endzustand alle Kopplungsgelenke (2) direkt übereinander
zu liegen kommen. Die kraftschlüssigen
Zugverbindungen (Seile) (4) können so gerade ohne Knick durchlaufen.
Bei dieser Beispielvorrichtung ist der Drehsinn der teleskopierbaren
flügelförmigen Elemente
(5) des nächsten
gekoppelten Moduls entgegengesetzt zum ersten Modul angeordnet.
Dies bewirkt, dass nur das mittlere dreiarmige Bauteil (1)
zwischen den zwei Modulen eine, wie oben beschriebene Verdrehung
erfährt.
Die dreiarmigen Bauteile (1) an den Enden bleiben in ihrer
Position unverändert
und verdrehen sich nicht. Die zweite Verdrehung des obersten dreiarmigen
Bauteils (1) wird somit ausgeglichen. 2 shows an isometric view of a 2-module example device in the extended state. The proportion of a module is here as in ( 1 ) described 1 to 2 (diameter width to height). The essential components of the invention are characterized in this illustration. In this configuration, the telescoping elements operated by actuators ( 7 ) and ( 8th ) of the wing-shaped elements ( 5 ) are fully extended, with the actuated by actuators telescopic elements ( 9 ) of the three-arm component ( 1 ) are fully retracted. During the extension process, which is initiated by a synchronous operation of all the actuators, a rotation of the wing-shaped elements takes place at the same time (FIG. 5 ) about the axes of rotation ( 6a ) of the spherical center of rotation ( 6 ), wherein another rotation orthogonal to the plane of the axes of rotation ( 6 ) of the middle three-arm component ( 1 ) takes place, so that in the extended final state all Kopplungsge steer ( 2 ) come to lie directly above each other. The non-positive tension connections (ropes) ( 4 ) can go straight through without kinking. In this example device, the direction of rotation of the telescopic wing-shaped elements ( 5 ) of the next coupled module opposite to the first module. This causes only the middle three-armed component ( 1 ) undergoes a rotation between the two modules as described above. The three-armed components ( 1 ) at the ends remain unchanged in position and do not twist. The second twist of the topmost three-arm component ( 1 ) is thus compensated.
Nach
diesem Prinzip erhält
man bei einer geraden Anzahl der Module auch bei Mehrfachstapelung
keine Endverdrehung der obersten dreiarmigen Bauteile (1).
Eine orthogonal zur Ebene der Drehachsen (6a) laufende
flexible, helixförmige
Leitung für
den Betrieb der Aktuatoren (hydraulisch oder elektromechanisch)
ist als Bauteil (3) gekennzeichnet. Diese flexible Leitung
ist im Zentralbereich der Vorrichtung angeordnet, so dass eine Energiezufuhr
sowohl für
die, durch Aktuatoren betriebenen teleskopierbaren Elemente (9)
der dreiarmigen Bauteile (1), als auch für die durch
Aktuatoren betriebenen teleskopierbaren Elemente (7), (8)
der flügelförmigen Elemente
(5) gewährleistet
wird.According to this principle, with an even number of modules even with multiple stacking, no final twisting of the top three-arm components ( 1 ). An orthogonal to the plane of the axes of rotation ( 6a ) running flexible, helical line for the operation of the actuators (hydraulic or electromechanical) is as a component ( 3 ). This flexible line is arranged in the central area of the device, so that a power supply for both, actuated by actuators telescopic elements ( 9 ) of the three-armed components ( 1 ), as well as for the operated by actuators telescopic elements ( 7 ) 8th ) of the wing-shaped elements ( 5 ).
3 zeigt
eine Ansicht einer 2-moduligen Beispielvorrichtung im zusammengefalteten
Zustand. Das Packmaß ist
hier in der Höhe
mit dem Faktor 1,0 beschrieben. 3 shows a view of a 2-module example device in the folded state. The pack size is described here in the height by a factor of 1.0.
3a zeigt
einen Grundriss einer 2-moduligen Beispielvorrichtung im zusammengefalteten
Zustand. Die durch Aktuatoren betriebenen teleskopierbaren Elemente
(9) des dreiarmigen Bauteils (1) sind hier voll ausgefahren.
Damit erhöht
sich die Radiusbreite von Faktor 1 auf 1,6. Eine Nullverbreiterung
(Faktor 1 zu 1) lässt
sich wie bei 1 beschrieben ebenfalls realisieren. 3a shows a plan view of a 2-module example device in the folded state. Actuator driven telescopic elements ( 9 ) of the three-arm component ( 1 ) are fully extended here. This increases the radius width from factor 1 to 1.6. A zero broadening (factor 1 to 1) can be as in 1 described also realize.
4 zeigt
eine Ansicht einer 2-moduligen Beispielvorrichtung im ausgefahrenen
Zustand. Der Packfaktor in der Höhe
liegt bei dieser Vorrichtung bei ca. 1 zu 13. 4 shows a view of a 2-module example device in the extended state. The packing factor in height is about 1 to 13 in this device.
4a zeigt
einen Grundriss einer 2-moduligen Beispielvorrichtung im ausgefahrenen
Zustand. Die Radiusbreite beträgt
hier den Faktor 1,0. 4a shows a plan view of a 2-module example device in the extended state. The radius width here is the factor 1.0.
5 zeigt
einen vergrößerten Ausschnitt
einer isometrischen Darstellung eines dreiarmigen Bauteils (1)
zwischen zwei Scherenelementmodulen im ausgefahrenen Zustand. Das
jeweils unter einem Winkel von 120° ausgebildete, dreiarmige Bauteil
(1) mit ausgerundeter Versteifung im Zentralbereich ist
jeweils an den Enden über
die durch Aktuatoren betriebenen teleskopierbaren Elemente (9)
mit der äußeren Kugelschale
(2) verbunden. Die Darstellung zeigt auch die Seilführungskonstruktion,
welche in 7 genauer gekennzeichnet ist. 5 shows an enlarged detail of an isometric view of a three-armed component ( 1 ) between two scissors element modules in the extended state. The each formed at an angle of 120 °, three-armed component ( 1 ) with rounded stiffening in the central region is in each case at the ends via the telescopic elements operated by actuators ( 9 ) with the outer spherical shell ( 2 ) connected. The illustration also shows the cable guide construction, which in 7 is more accurately identified.
6 zeigt
eine isometrische Darstellung eines Kopplungsgelenkdetails (2).
Hier werden die einzelnen Module miteinander gekoppelt. Das Kugelgelenk
ist gekennzeichnet durch einen Kugelkopf (8a) und einer inneren
Kugelpfanne (7a), welche jeweils am Ende eines Teleskopflügelarms
befestigt ist. Über
diesem Kugelgelenk ist ein Kopplungsgelenk (2) als äußere Kugelschale
angeordnet, welches über
eine Gelenkbolzenverbindung (11) mit dem durch Aktuatoren
betriebenen teleskopierbaren Element (9) des dreiarmigen
Bauteils (1) verbunden ist. Die zwei übereinander angeordneten Kugelpfannen
umfassen jeweils bis zum Äquator
der inneren Kugel exakt 50% der Oberfläche. Somit ist die gesamte
Konstruktion in ihre Einzelmodule demontier- bzw. zerlegbar. 6 shows an isometric view of a coupling joint detail ( 2 ). Here, the individual modules are coupled together. The ball joint is characterized by a ball head ( 8a ) and an inner ball socket ( 7a ), which is respectively attached to the end of a telescopic wing arm. About this ball joint is a coupling joint ( 2 ) arranged as an outer spherical shell, which via a hinge pin connection ( 11 ) with the actuated by telescopic element ( 9 ) of the three-arm component ( 1 ) connected is. The two stacked ball pans each comprise exactly 50% of the surface up to the equator of the inner sphere. Thus, the entire construction in their individual modules can be disassembled or dismantled.
6a zeigt
eine Querschnittzeichnung durch das Kopplungsgelenk (2)
im zusammengefalteten Zustand. In diesem Zustand lässt sich
das Kopplungsgelenk (2) über den inneren Kugelkopf (8a)
inkl. innerer Kugelpfanne (7a) in Richtung der Systemachse
des durch Aktuatoren betriebenen teleskopierbaren Elementes (9)
des dreiarmigen Bauteils (1) montieren. Eine Knaggenvorrichtung
(10) am Kopplungsgelenk (2) sorgt dafür, dass
der innere Kugelkopf (8a) einen Pfannenumfang von mehr
als 50% seiner Oberfläche
erhält
und dadurch fixiert wird. 6a shows a cross-sectional drawing through the coupling joint ( 2 ) in the folded state. In this state, the coupling joint ( 2 ) over the inner ball head ( 8a ) incl. inner ball socket ( 7a ) in the direction of the system axis of the operated by actuators telescopic element ( 9 ) of the three-arm component ( 1 ). A lobe device ( 10 ) at the coupling joint ( 2 ) ensures that the inner ball head ( 8a ) receives a pan circumference of more than 50% of its surface and is thereby fixed.
6b zeigt
eine Querschnittzeichnung durch das Kopplungsgelenk (2)
im ausgefahrenen Zustand. Zu sehen sind hier die gleichen Bauteile
wie bei 6a beschrieben. Das Kopplungsgelenk
(2) bleibt in der gleichen Position, wobei der innere Kugelkopf
(8a) und die innere Kugelpfanne (7a) eine Bewegung
vollziehen. Der Bewegungswinkel der Flügelarme ist als gestrichelte
Linie dargestellt. 6b shows a cross-sectional drawing through the coupling joint ( 2 ) in the extended state. You can see here the same components as at 6a described. The coupling joint ( 2 ) remains in the same position, with the inner ball head ( 8a ) and the inner ball socket ( 7a ) make a move. The angle of movement of the wing arms is shown as a dashed line.
6c zeigt
eine Explosionsdarstellung der einzelnen Elemente im Kopplungsgelenk
(2). Im zusammengefalteten Zustand lassen sich alle Elemente
wie Kugelkopf (8a), innere Kugelpfanne (7a) sowie
die äußere Kugelschale
(2), welche gleichzeitig als Kopplungsgelenk fungiert,
zusammenfügen.
Die Knaggenvorrichtung (10) am Kopplungsgelenk (2)
behindert die Montage in dieser Position nicht und kann frei auf
den inneren Kugelkopf (7a) sowie Kugelpfanne (8a)
gefügt
werden. 6c shows an exploded view of the individual elements in the coupling joint ( 2 ). In the folded state, all elements such as ball head ( 8a ), inner ball socket ( 7a ) and the outer spherical shell ( 2 ), which simultaneously acts as a coupling joint, join together. The Knaggenvorrich tion ( 10 ) at the coupling joint ( 2 ) does not hinder the assembly in this position and can freely on the inner ball head ( 7a ) and ball socket ( 8a ).
7 zeigt
eine isometrische Darstellung eines Kopplungsgelenks (2)
inkl. Seilführung.
Die kraftschlüssige
Zugverbindung (laufendes Seil) (4) wird über ein
Umlenkrollensystem bestehend aus einem Umlenkring (12)
am Kopplungsgelenk (2) und zwei Umlenkrollen (14) über das
kugelförmige
Kopplungsgelenk (2) geführt,
so dass keine äußere Exzentrizität auf den
Knoten wirkt bzw. das Seil im ausgefahrenen Zustand in einer geraden
Linie direkt in der Systemachse (10) verläuft. Der
Umlenkring (12) ist frei drehbar über das kugelförmige Kopplungsgelenk
(2) aufgesetzt und verläuft
exakt im Äquatorbereich.
Dieser Umlenkring (12) ist gegen seitliches Herausfallen
gesichert und verfügt über eine
Rollen- bzw. Kugellagerung entsprechend einem Wälzlager, um einen möglichst
geringen Reibungswiderstand zu gewährleisten. Die äußeren Umlenkrollen (14)
sind in ihrer Dimension dem Umlenkradius eines spezifischen Seildurchmessers
entsprechend ausgebildet. Über
eine fest mit dem Kopplungsgelenk (2) verbundenen Halterung
(13) sowie einer Pendelstabverbindung (15) wird
die Umlenkrolle (14) so in Position gehalten, dass die
Seilführung
in ihrer Wirkungslinie innerhalb der Systemgeometrie (siehe 10)
verläuft.
Der Umlenkring (12) kann durch eine zusätzliche Vorrichtung in seiner
Verdrehung behindert bzw. arretiert werden. Durch eine zusätzliche
Klemmvorrichtung soll auch das Seil fixiert werden können. Diese
Vorrichtung ist in den Zeichnungen nicht weiter dargestellt und
soll eine zusätzliche
Option darstellen, um die Leistungsfähigkeit der Seilverspannung,
insbesondere im ausgefahrenen Zustand, zu erhöhen. 7 shows an isometric view of a coupling joint ( 2 ) incl. cable guide. The non-positive train connection (running rope) ( 4 ) is a Umlenkrollensystem consisting of a deflection ring ( 12 ) at the coupling joint ( 2 ) and two pulleys ( 14 ) via the spherical coupling joint ( 2 ) so that no external eccentricity acts on the node or the rope in the extended state in a straight line directly in the system axis ( 10 ) runs. The deflection ring ( 12 ) is freely rotatable about the spherical coupling joint ( 2 ) and runs exactly in the equatorial area. This deflection ring ( 12 ) is secured against lateral falling out and has a roller or ball bearing according to a roller bearing to ensure the lowest possible frictional resistance. The outer pulleys ( 14 ) are formed in their dimension corresponding to the deflection radius of a specific rope diameter. About a fixed with the coupling joint ( 2 ) connected bracket ( 13 ) and a pendulum rod connection ( 15 ) the pulley ( 14 ) in position so that the cable guide is within its line of action within the system geometry (see 10 ) runs. The deflection ring ( 12 ) can be hindered or arrested by an additional device in its rotation. By an additional clamping device and the rope should be able to be fixed. This device is not shown in the drawings and is intended to represent an additional option to increase the performance of the cable tension, in particular in the extended state.
8 zeigt
eine isometrische Darstellung des kugelförmigen Drehzentrums (6)
der teleskopierbaren flügelförmigen Elemente
(5). Die Flügelelemente
sind hier nicht dargestellt. Die Drehachsen (6a) der Flügelelemente
sind in einer Ebene im Winkel von jeweils 120° angeordnet und treffen in Ihrer
Wirkungslinie den Schwerpunkt des kugelförmigen Drehzentrums (6).
In der Wirkungslinie der Flügelarme
sind entsprechend Vertiefungen (6b) im kugelförmigen Drehzentrum
(6) ausgebildet. Diese Vertiefungen (6b) bieten
Platz für
die Kontaktvorrichtung (16) (siehe auch 9a, 9b),
welche eine direkte Normalkraftübertragung
innerhalb der Systemgeometrie gewährleistet. Die Vertiefungen
(6b) sind rillenartig so ausgebildet, dass sie die Flügelrotation
während
dem kompletten Bewegungsvorgang nachzeichnen. 8th shows an isometric view of the spherical center of rotation ( 6 ) of the telescopic wing-shaped elements ( 5 ). The wing elements are not shown here. The axes of rotation ( 6a ) of the wing elements are arranged in a plane at an angle of 120 ° and hit in their line of action the center of gravity of the spherical center of rotation ( 6 ). In the line of action of the wing arms are corresponding recesses ( 6b ) in the spherical center of rotation ( 6 ) educated. These wells ( 6b ) provide space for the contact device ( 16 ) (see also 9a . 9b ), which ensures a direct normal force transmission within the system geometry. The depressions ( 6b ) are grooved so that they trace the wing rotation during the entire movement process.
8a zeigt
eine Seitenansicht des kugelförmigen
Drehzentrums (6) inkl. Flügelelemente im ausgefahrenen
Zustand. 8a shows a side view of the spherical center of rotation ( 6 ) incl. wing elements in extended state.
8b zeigt
einen Grundriss des kugelförmigen
Drehzentrums (6) inkl. Flügelelemente im ausgefahrenen
Zustand. 8b shows a floor plan of the spherical center of rotation ( 6 ) incl. wing elements in extended state.
9 zeigt
einen Grundriss eines teleskopierbaren flügelförmigen Elements (5)
mit ausgefahrenen Teleskoparmen (hier Einfach-Teleskop). Die Teleskopelemente
sind am einen Ende als Kugelkopf (8a) und am anderen Ende
als Kugelpfanne (7a) ausgebildet. 9 shows a plan view of a telescopic wing-shaped element ( 5 ) with extended telescopic arms (here simple telescope). The telescopic elements are at one end as a ball head ( 8a ) and at the other end as a ball socket ( 7a ) educated.
9a zeigt
eine Querschnittzeichnung eines teleskopierbaren flügelförmigen Elements
(5) im Grundriss mit eingefahrenen Teleskoparmen (hier
Einfach-Teleskop). Die Systemachsen der Teleskoparme sowie die Drehachse
(6a) des Flügelelements
sind als gestrichelte Linien dargestellt. Die Drehachse (6a)
beschreibt gleichzeitig die Winkelhalbierende der Teleskoparmachsen.
Diese Systemachsen treffen sich im Schwerpunkt des kugelförmigen Drehzentrums
(6). Am einen Ende der Teleskoparme ist ein Kugelkopf (8a)
und am anderen Ende eine Kugelpfanne (7a) angeordnet. In
der Systemachse zwischen dem teleskopierbaren flügelförmigen Element (5)
und dem Drehzentrum (6) ist eine Kontaktvorrichtung (16)
angeordnet, welche direkt Normalkräfte (Zug und Druck) auf das
kugelförmige
Drehzentrum (6) übertragen
kann. Diese Kontaktvorrichtung (16) wird in den Vertiefungen
(6b) des kugelförmigen
Drehzentrums (6) geführt
und verfügt
beispielsweise über
einen Rollen- oder Kugelkopf, der während dem Bewegungsvorgang
die Reibungskräfte
minimiert. 9a shows a cross-sectional drawing of a telescopic wing-shaped element ( 5 ) in plan with retracted telescopic arms (here simple telescope). The system axes of the telescopic arms and the axis of rotation ( 6a ) of the wing element are shown as dashed lines. The axis of rotation ( 6a ) simultaneously describes the bisecting line of the telescopic arm axes. These system axes meet at the center of gravity of the spherical center of rotation ( 6 ). At one end of the telescopic arms is a ball head ( 8a ) and at the other end a ball socket ( 7a ) arranged. In the system axis between the telescopic wing-shaped element ( 5 ) and the turning center ( 6 ) is a contact device ( 16 ), which direct normal forces (tension and pressure) on the spherical center of rotation ( 6 ) can transmit. This contact device ( 16 ) is in the wells ( 6b ) of the spherical center of rotation ( 6 ) and has, for example, a roller or ball head, which minimizes the frictional forces during the movement process.
9b zeigt
eine Explosionsdarstellung eines teleskopierbaren flügelförmigen Elements
(5) im Querschnitt. Das Flügelelement weist auf beiden
Seiten Teleskoparmtaschen (5a) für die durch Aktuatoren betriebenen
teleskopierbaren Elemete (7) und (8) auf. Die
Vertiefungen (6b) des kugelförmigen Drehzentrums (6) werden
gegen Herausziehen der Kontaktvorrichtung (16) durch Abdeckkappen
gesichert. Somit ist die Kontaktvorrichtung (16) auch in
der Lage, Zugkräfte
direkt über
das kugelförmige
Drehzentrum (6) abzuleiten. Das teleskopierbare flügelförmige Element
(5) wird auf die Drehachse (6a) des kugelförmigen Drehzentrums
(6) montiert und durch eine Sicherungsvorrichtung (17)
gegen Herausziehen gesichert. 9b shows an exploded view of a telescopic wing-shaped element ( 5 ) in cross section. The wing element has on both sides Teleskoparmtaschen ( 5a ) for the actuated by telescopic elements ( 7 ) and ( 8th ) on. The depressions ( 6b ) of the spherical center of rotation ( 6 ) are against pulling out of the contact device ( 16 ) secured by caps. Thus, the contact device ( 16 ) also able to apply tensile forces directly through the spherical center of rotation ( 6 ). The telescopic wing-shaped element ( 5 ) is on the axis of rotation ( 6a ) of the spherical center of rotation ( 6 ) and by a safety device ( 17 ) secured against removal.
10 zeigt
eine isometrische Darstellung der Systemgeometrie mit Aktuatoren
und Hubfaktoren. In dieser Zeichnung sind die unterschiedlichen
Aktuatortypen a, b und c dargestellt. Die Aktuatoren des Typs a bzw.
b sind als Einfach-Teleskopelemente mit einem Hubfaktor von ca.
1,7 beschrieben, die sowohl Zug- als auch Druckkräfte aufnehmen
können.
Diese Aktuatoren (Typ a, b) sind aktive Elemente und steuern direkt
die Bewegung des Mechanismus. Die laufenden Seile (Typ c) sind als
gestrichelte Linie dargestellt. Sie können nur Zugkräfte aufnehmen
und sind passive Elemente, welche während dem Bewegungsvorgang
mitgeführt (Hubfaktor
ca. 2,9) werden und die Funktion haben, im ausgefahrenen Zustand
die Konstruktion, insbesondere für
Beanspruchungen in horizontaler Richtung, zu stabilisieren. 10 shows an isometric view of the system geometry with actuators and stroke factors. In this drawing, the different types of actuators a, b and c are shown. The actuators of type a and b are described as simple telescopic elements with a stroke factor of about 1.7, which can absorb both tensile and compressive forces. These actuators (type a, b) are active elements and directly control the movement of the mechanism. The running ropes (type c) are shown as a dashed line. They can only absorb tensile forces and are passive elements which are carried along during the movement process (stroke factor approx. 2.9) and have the function of stabilizing the construction in the extended state, in particular for stresses in the horizontal direction.
11 zeigt
eine Ansicht einer 2-moduligen Beispielvorrichtung im ausgefahrenen
und geknickten Zustand. Durch unterschiedliche Verkürzung bzw.
Verlängerung
einzelner Aktuatoren kann die Konstruktion S-förmig gekrümmte Geometrien beschreiben.
Dargestellt ist hier eine Beispielvorrichtung, bei der zwei Aktuatoren
der Flügelelemente,
welche direkt am inneren Knick anschließen, leicht verkürzt werden
im Gegensatz zu den restlichen Aktuatoren. 11 shows a view of a 2-module example device in the extended and kinked state. By different shortening or extension of individual actuators, the construction can describe S-shaped curved geometries. Shown here is an example device in which two actuators of the wing elements, which connect directly to the inner kink, are easily shortened in contrast to the remaining actuators.
11a zeigt eine isometrische Darstellung einer
2-moduligen Beispielvorrichtung im ausgefahrenen und geknickten
Zustand. Diese Darstellung entspricht der Konfiguration in 11 und
verdeutlicht zusätzlich die
räumliche
Geometrie. Bauteilliste Nr. Bauteile Zeichnungen
(1) teleskopierbares
dreiarmiges Bauteil (Kurzschlusseinheit) FIG.
2, 5
(2) Kopplungsgelenk, äußere Kugelschale FIG.
2, 5, 6, 6a, 6b, 6c, 7
(3) flexible,
helixförmige
Leitung zur Energiezufuhr FIG.
2
(4) kraftschlüssige Zugverbindung
(Seile) FIG.
2, 5, 7
(5) teleskopierbares
flügelförmiges Element FIG.
2, 8a, 8b, 9, 9a, 9b
(5a) Teleskoparmtaschen
für (7)
und (8) FIG.
9b
(6) kugelförmiges Drehzentrum FIG.
2, 8, 8a, 8b, 9a, 9b
(6a) Drehachsen
für teleskop.
flügelförmiges Element
(5) FIG.
8, 9b
(6b) Vertiefung
für Kontaktvorrichtung
(16) FIG.
8, 9b
(7) durch
Aktuator betriebenes teleskopierbares Element mit Kugelpfanne von
(5) FIG. 2, 5, 6, 6a, 6b,
6c, 9, 9b
(7a) Kugelpfanne
an (7) FIG.
9a, 9b
(8) duch
Aktuator betriebenes teleskopierbares Element mit Kugelkopf von
(5) FIG. 2, 5, 6, 6a, 6b,
6c, 9, 9b
(8a) Kugelkopf
an (8) FIG.
9a, 9b
(9) durch
Aktuator betriebenes teleskopierbares Element des dreiarmigen Bauteils
(1) FIG. 1, 5, 6, 6a, 6b
(10) Knaggenvorrichtung
an (2) FIG.
6a, 6b, 6c
(11) Gelenkbolzenverbindung
von (2) und (9) FIG.
6
(12) Umlenkring
am Kopplungsgelenk (2) FIG.
7
(13) Halterung
für (14)
und (15) FIG.
7
(14) Umlenkrolle
für (4) FIG.
7
(15) Pendelstabverbindung
von (13) und (14) FIG.
7
(16) Kontaktvorrichtung
für (5)
und (6b) FIG.
9a, 9b
(17) Sicherungsvorrichtung
für (5)
an (6) FIG.
9b
11a shows an isometric view of a 2-module example device in the extended and kinked state. This representation corresponds to the configuration in 11 and also clarifies the spatial geometry. Parts list No. components drawings
( 1 ) telescopic three-arm component (short-circuit unit) FIG. 2, 5
( 2 ) Coupling joint, outer spherical shell FIG. 2, 5, 6, 6a, 6b, 6c, 7
( 3 ) flexible, helical cable for energy supply FIG. 2
( 4 ) non-positive tension connection (ropes) FIG. 2, 5, 7
( 5 ) telescopic wing-shaped element FIG. 2, 8a, 8b, 9, 9a, 9b
( 5a ) Telescopic arm pockets for ( 7 ) and ( 8th ) FIG. 9b
( 6 ) spherical center of rotation FIG. 2, 8, 8a, 8b, 9a, 9b
( 6a ) Rotary axles for telescope. wing-shaped element ( 5 ) FIG. 8, 9b
( 6b ) Recess for contact device ( 16 ) FIG. 8, 9b
( 7 ) Actuator operated telescopic element with ball socket of ( 5 ) FIG. 2, 5, 6, 6a, 6b, 6c, 9, 9b
( 7a ) Ball socket on ( 7 ) FIG. 9a, 9b
( 8th ) Actuator operated telescopic element with ball head of ( 5 ) FIG. 2, 5, 6, 6a, 6b, 6c, 9, 9b
( 8a ) Ball head on ( 8th ) FIG. 9a, 9b
( 9 ) Actuator operated telescopic element of the three-armed component ( 1 ) FIG. 1, 5, 6, 6a, 6b
( 10 ) Knocking device on ( 2 ) FIG. 6a, 6b, 6c
( 11 ) Joint bolt connection of ( 2 ) and ( 9 ) FIG. 6
( 12 ) Deflection ring at the coupling joint ( 2 ) FIG. 7
( 13 ) A Mount for ( 14 ) and ( 15 ) FIG. 7
( 14 ) Pulley for ( 4 ) FIG. 7
( 15 ) Pendulum rod connection from ( 13 ) and ( 14 ) FIG. 7
( 16 ) Contact device for ( 5 ) and ( 6b ) FIG. 9a, 9b
( 17 ) Safety device for ( 5 ) at ( 6 ) FIG. 9b