DE2144034B2 - Zusammenfalten eines Flächengebildes zu raumsparendem Wickel - Google Patents

Description

tallplatten usw. an den so gekennzeichneten Fahungs- parabolförmige Flächen in ähnlicher Art und Weise

linien bevorzugt scharnierartig zu falten, bildet sich verstaut werden, wenn längs der Haupt- und/oder

beim Zusammenfalten von selbst ein Wickel, der den Rück- und/oder Unterfalten schmale linsenförmgie

zentralen Zylinder eng umschließt. Dabei kommen eventuell elastische Zwischenflächen geeigneter Größe

durch eine einzige Falte getrennte Teil des Flächen- 5 in weiteren Unterfalten angebracht sind. Durch den

gebildes im Wickel direkt aufeinander zu liegen. Entfaltungsvorgang, der auf eine der oben beschrie-

Durch verschiedene Einrichtungen ist es möglich, benen Weisen durchgeführt wird, entsteht dann eine

diesen Wickel kontinuierlich zu dem ursprünglichen parabolförmige Fläche, die beispielsweise als Reflek-

Flächengebilde auszufalten bzw. auszuwickeln. torfläche einer Richtantenne benutzt werden kann.

Um die Ausdelinung des Wickels in axialer Rieh- io Viele Vorteile der erfindungsgemäßen Faltung sind tung des Zylinders zu verringern, kann die Fläche in mehreren Anwendungen, wie Zeltdächern, Schirmen, weiteren Falten, sogenannten Unterfalten, gefaltet Segeln, Luftfiltern, Radiatoren usw. gemeinsam. Dawerden, die jeweils in konstantem Abstard von den zu zählt, daß alle Faltungen einfache sind, daß FaI-Hauptfalten parallel zu diesen aber alternierend in die tungen überkreuz vermieden werden und daß in jeweils entgegengesetzte Richtung abgewinkelt ver- 15 Richtung längs der Hauptfalten keine Querfalten vorlaufen und paarig an der gleichen Stelle einer Rück- handen lind. Deswegen ist ein Verklemmen bei der falte beginnen. Entfaltung praktisch unmöglich. Ein weiterer Vorzug

Zum Schutz der Fläche kann zwischen die durch besteht darin, daß Versteifungsglieder wie Rohre usw.

diese Faltung entstehenden Teilflächen während des mit auf den Zylinder aufgewickelt werden können:

Einfaltvorganges eine Schutzschicht, beispielsweise 20 Der Entfaltungsvorgang kann durch deren Eigenstei-

tus Schaumstoff, eingelegt werden. Damit die ver- figkeit besonders einfach und zeit- und mühesparend

packte Fläche bei Erschütterungen oder Beschleuni- durchgeführt werden.

gungen nicht verrutschen kann, wird sie durch um Da die entfaltete Fläche in ihrem Zentrum unter-

den Zylinder herumgeschlungene Bänder oder Ban- stützt wird, sind die Versteifungsglieder relativ kurz,

dagen fest an diesen gedrückt. 25 Die entfaltete Fläche ist deswegen besonders stabil.

Werden in den Hauptfalten Versteifungsglieder, Durch eine Vorspannung der Versteifungsglieder wie Federstreben, geschlitzte und damit auftrommel- kann die entfaltete Fläche in jeder in ihr liegenden bare Rohre, aufblasbare Schläuche usw. angebracht, Richtung verspannt werden und ist dann besonders die beim Zusammenfalten mit flach auf den Zylinder eben. Das durch die Falten gegebene Fischgrätengewickelt werden, kann der Entfaltungsvorgang in 3° muster verschönt die entfaltete Fläche,
einfacher Weise dadurch eingeleitet werden, daß eine Besondere Vorteile lassen sich durch die erfin-Sußere Befestigung, z. B. eine Bandage, die um den dungsgemäße Falttechnik bei leichten Solargenera-Wickel herumgelegt ist. gelöst wird. Durch die toren für Raumflugkörper erzielen. Das kann durch Druckwirkung der Versteifungsglieder wickelt sich einen Vergleich mit dem bekannten »roll up« Solardie zusammengefaltete Fläche vom Zylinder ab. Bei 35 generator dargestellt werden, bei dem die Solarzellen geeigneter Auslegung entsteht nach der Entfaltung auf einer großen, rechteckigen, flexiblen Trägerfolie eine formstabile Kreisfläche oder Fläche anderer aufgebracht und verschaltet sind. Das Verhältnis von Form, die als Zeltdach, Schirm, Segel, Luftfilter, Ra- Trägerfolienlänge zur Trommellänge — die Trägerdiator, aber auch als Trägerfläche für Solarzellen be- folie wird auf einer zylindrischen Trommel zusammen nutzt werden kann. 40 mit ihren Versteifungsgliedern aufgewickelt, wofür

Um diesen EntfaltungsVorgang in der Art seiner ein komplizierter Mechanismus notwendig ist — beBewegung und in seiner Geschwindigkeit kontrolliert trägt etwa fünf zu eins; bei längerer Trägerfolie würde durchzuführen, können an der Fläche und/oder an die Torsionssteifigkeit des roll up Solargenerators in den Versteifungsgliedern geeignete Dämpfungsvor- Ausrollrichtung zu gering,
richtungen angebracht werden. 45 Gegenüber einem solchen roll up Solargenerator

Eine aktive Kontrolle des Entfaltungsvorganges hat ein erfindungsgemäß verstaubarer leichter Solarkann beispielsweise durch an den Versteifungsglie- generator folgende Vorteile: Während beim roll up dem angebrachte Bänder vorgenommen werden, die Generator die Ausdehnung der Trägerfolie in einer durch Motore auf Trommeln im Zylinder auf- und Richtung erhalten bleibt und dessen Trommel desabgewickelt werden können. Durch eine solche Ein- 50 wegen relativ lang wird, was Schwierigkeiten beim richtung gelingt es auch, den Aufwickelvorgang auto- Einbau in den Raumflugkörper mit sich bringt, könmatisch durchzuführen. nen die Außendimensionen bei dem erfindungsge-

Der Entfaltungsvorgang kann in einer anderen mäßen Wickel weitgehend beliebig variiert werden.

Ausführung der Erfindung durch ein um die Symme- Der Ausfaltvorgang ist weit weniger als beim roll up

trieachse des Zylinders wirkendes Zentralfeld, z. B. 55 Generator von der Reibung zwischen den einzelnen

bei rotierendem Zylinder durch die um die Rotations- Generatorteilen beeinflußt. Die Entfaltung ist des-

achse wirkende Fliehkraft oder bei elektrostatisch wegen zuverlässiger. Sb kann in einfacher Weise

aufgeladenem Zylinder durch die elektrostatische Ab- durch die Wirkung von Fliehkraft unterstützt werden,

stoßung, vorgenommen werden. Dabei kann die Bei gleicher Oberflächengröße und damit gleicher

Fläche so ausgeführt werden, daß sie sich während 60 Leistung ist die Länge der Versteifungsglieder wesent-

des Entfaltungsvorganges durch geeignete Mcchanis- lieh geringer. Dadurch ist die Biegebeanspruchung in

men, wie eingelegte Hilfsstreben, eingelegte Schlau- diesen Gliedern kleiner. Sie können wesentlich Ieich-

che, die sich beim Entfaltungsvorgang innen aus- ter ausgeführt werden, wodurch der Generator bei

schäumen usw., »von selbst« versteift, so daß sie nach gleicher Leistung leichter gebaut werden kann. Aus

dem Ausfalten formstabil ist und auf weiteres Wirken 65 demselben Grund sind die Eigenbiegeschwingungsfre-

des Zentralfeldes verzichtet werden kann. quenzen beim erfindungsgemäß aufzuwickelnden

Diese Technik des Zusammenfalten ist nicht auf Solargenerator weit höher als bei einem vergleichebene Flächen beschränkt. Beispielsweise können baren roll up Generator, wodurch mögliche Interfe-

renzen mit dem Lageregelungssystem des Raumflugkörpers besser beherrscht werden können. Weil der Generator bezüglich seiner Aufhängung am Zylinder völlig symmetrisch ist, werden Schwerpunktsverschiebungen infolge unvollständiger Entfaltung, thermischer Dehnung usw. vermieden. Drehmomente bezüglich der Aufhängungsstelle infolge des Strahlungsdruckes der Sonne und anderer Kräfte treten nicht auf. Die entfaltete Generatorfläche ist nicht nur in einer Richtung, sondern in jeder in ihr liegenden Richtung vorgespannt und deswegen besonders eben. Zur Stromabfuhr sind keine Schleifringe, lange verdrillte Kabel od. ä. notwendig. Der mechanische Aufbau ist extrem einfach und deswegen besonders zuverlässig. Da die faltenfreien Teilflächen Bänder gleicher Breite bilden, können sie auf einfache Weise mit Solarzellen belegt werden oder von vornherein als Band hintereinandergeschalteter Dünnschichtsolarzellen besonders kostengünstig gefertigt werden. Dem Einbau dieses Solargenerators als Teil eines Raum- ^ao flugkörper unter der zylinderförmigen Nutzlastverkleidung einer Trägerrakete kommt seine Zylinderform sehr entgegen. Sollen mehrere solcher Solargeneratoren von einem Raumflugkörper im Orbit ausgeklappt werden, so können die zylinderförmig verstauten Generatoren zunächst an relativ kurzen und damit steifen aber leichten Armen vom Raumflugkörper weg ausgeklappt oder -gezogen und dann entfaltet werden.

Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.

F i g. 1 zeigt einen Zylinder 1, auf dessen Mantelfläche eine kreisförmige Fläche 2 in der beschriebenen Art und Weise aufgewickelt ist. Ein Querschnitt durch die Fläche 2 ist im Schnitt A-A dargedargestellt, der in radialer Richtung durch den Wickel geführt ist und gedehnt (überhöht) gezeichnet ist.

Ein Ausschnitt aus der Zylinderwand ist 1°. Der Schnitt durch die kreisförmige Fläche ist durch die Linie 2" dargestellt. In den Hauptfalten 3^a, 3'', 3^C ... sind Federbänder 4 eingelegt, die im aufgewickelten Zustand einen flachen Querschnitt haben. Die Rückfalten sind S", 5", 5^C ..., die Unterfalten 6°, 6'', 6<\ Außen ist um den Wickel eine eventuelle durchsichtige Bandage 7 herumgelegt, die die Fläche 2 auf den Zylinder 1 preßt.

F i g. 2 zeigt die schon zum Teil entfaltete Kreisfläche 2. Die durch die Kreisfläche 2 bedeckte Höhe des Zylinders ist mit H gekennzeichnet Der abgewikkelte Teil des Federbandes 4 hat jetzt einen sichelförmigen Querschnitt angenommen, wodurch seine Biegesteifigkeit erhöht ist.

F i g. 3 zeigt eine völlig entfaltete Kreisfläche in Seitenansicht. Die Kreisfläche 2 ist völlig eben.

F i g. 4 zeigt die entfaltete Kreisfläche 2 in der Aufsicht. Die Hauptfalten werden so gefaltet, daß ihre Kante in gleicher Höhe wie der obere Rand des Zylinders 1" bleibt und auf diesem zu liegen kommt, also nach »unten«. Säe sind als durchgehende Linien 3 dargestellt.

Die Unterfalten 6 sind Parallelen zu den Hauptfalten 3 im Abstand H. Sie werden so gefaltet, daß ihre Kante auf dem unteren Rand I⁶ des Zylinders zu liegen kommt, vergleiche F i g. 3. Sie sind nach »oben« 3efaltet und als gestrichelte Linie 6 dargestellt. Die Rückfalten 5 teilen den Winkel zwischen einer Hauptfalte 3° und der Verlängerung der benachbarten Hauptfalte 3'' und sind gegenüber diesen in der entgegengesetzten Richtung gefaltet.

Bei der eifindungsgemäßen Faltung muß ein bestimmter Winkel α zwischen den Hauptfalten 3 und der radialen Richtung an ihrem Durchtrittspunki durch den Zylinder 1 eingehalten werden. Er beträgt bei 4 Hauptfalten etwa 55°, bei 6 Hauptfalten, wie dargestellt, etwa 66° und bei 8 Hauptfalten etwa 71^C usw.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

ent- und einfaltbar an am Raumflugkörper aus- Patentanspruche: fahrbaren und/oder ausschwenkbaren Zylindern

1. Zusammenfalten eines großen, dünnen Flä- angebracht ist.
chengebildes zu einem raumsparenden Wickel,

der wieder mindestens halbwegs in die Ursprung- 5

liehe Flächenform entfaltbar ist, wobei das FIachengebilde vom Rand einer zentrischen Kreisfläche ausgehende, Haupt- und Rückfalten erge- Die Erfindung betrifft ein Zusammenfalten eines bende Faltlinien mit gleichem Winkel abstand großen, dünnen Flächengebildes zu einem raumspaaufweist, an denen das Flächengebilde Zickzack- io renden Wickel, der wieder mindestens halbwegs in förmig in sich zusammenfaltbar ist, dadurch die ursprüngliche Flächenform entfaltbar ist, wobei gekennzeichnet, daß die symmetrisch zum das Flächengebilde vom Rand einer zentrischen Zentrum angeordneten Hauptfalten (3) einen be- Kreisfläche ausgehende, Haupt- und Rückfalten erstimmten, von der Zahl der Hauptfalten abhän- gebene Fallliiüen mit gleichem Winkelabstand aufgigen Winkel (α) zwischen Hauptfalte (3) und der i₅ weist, an denen das Flächengebilde zickzackförmig in durch den am Rand der zentrischen Kreisfläche sich zusammenfaltbar ist.

liegenden Endpunkt der Hauplfalte führerden Dieser Vorgang wird vor allem für das raumspa-

Radialen aufweist und jeder Hauptfalte (3) eine rende Zusammenfalten dünner großer Flächen, ins-

Rückfalte (S) zugeordnet ist, die von dem außer- besondere Kreisflächen, auf der Mantelfläche eines

halb nahe der zentrischen Kreisfläche gelegenen ₂₀ im Zentrum dieser Fläche konzentrisch angebrachten

Schnittpunkt der Hauptfalte (3°) mit der Verlän- Zylinders oder Prismas angewandt, wie es bei dem

gerung der benachbarten Hauptfalte (3⁶) ausgeht Zusammenfalten von Zelten, Schirmen, Segeln, Luft-

und den Winkel zwischen Hauptfalte (3°) und be- filtern, Radiatoren usw., aber auch von großen Solar-

nachbarter Hauptfalte (3^b) halbiert. generatoren von Raumflugkörpern nützlich sein kann.

2. Zusammenfalten nach Anspruch 1, dadurch 25 Bei dem Zusammenfalten von dünnen großen gekennzeichnet, daß Unterfalten (6) vorgesehen Flächen soll erreicht werden, daß diese ein möglichst sind, die jeweils in konstantem Abstand von den kleines Volumen einnehmen, daß sie vor Schädigun-Hauptfalten (3) parallel zu diesen aber alternie- gen durch Umwelteinflüsse, z. B. Druck, Stöße, rend in die jeweils entgegengesetzte Richtung ab- Schwingungen, Zutritt von Feuchtigkeit oder anderer gewinkelt verlaufen und paarig an der gleichen 30 schädigender Stoffe, geschützt sind und daß sie leicht Stelle einer Rückfalte (5) beginnen. oder von selbst ohne Beschädigung oder Verschmut-

3. Zusammenfalten nach den Ansprüchen 1 zung ausgepackt und wieder eingepackt werden und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die können.

einzelnen durch die Faiiung gebildeten Teil- Bekannt ist, derartige Flächen überkreuz zusam-

flächen eine Schutzschicht einlegbar ist. 35 menzufalten oder auf einer Trommel aufzurollen. Das

4. Zusammenfalten nach den Ansprüchen 1 erste Verfahren ist oft unordentlich. An überkreuz und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächen- gefalteten Stellen sind Beschädigungen der Flache gebilde um einen Zylinder (1) zu einem Wickel möglich. Eeim zweiten Verfahren ist die Trommel oft gefaltet ist und um den Zylinder herumgeschlun- zu lang.

gene Bänder den Wickel fest an diesen anpressen 40 Für viele Anwendungen ist die Aufgabenstellung

und diese Bänder durch einen geeigneten Mecha- sinnvoll, eine Kreisfläche auf die Mantelfläche eines

nismus durch Fernbedienung lösbar sind. senkrecht in ihrem Zentrum aufgestellten Zylinders

5. Zusammenfalten nach Anspruch 1, dadurch zu einem Wickel aufzuwickeln.

gekennzeichnet, daß in den Hauptfalten Verstei- Das ist jedoch scheinbar nicht möglich, weil sich

fungsbänder einlegbar sind. 45 ebene Flächen nur längs gerader Linien falten lassen,

6. Zusammenfalten nach Anspruch 1, dadurch ein spiraliges Aufwickeln von innen heraus also nicht gekennzeichnet, daß das gefaltete Flächengebilde in Frage kommt. Auch ein zickzackförmiges Zusamdurch die Wirkung eines Zentralfeldes, das um menfalten der Kreisfläche in radialen Haupt- und die Symmetrieachse des Zylinders wirkt, z. B. bei Rückfalten — ähnlich wie in der österreichischen Parotierendem Zylinder durch die Fliehkraft, ent- 5° tentschrift i 64 644 für das Zusammenfalten von Pafaltbar ist. ' pierhüten dargestellt — führt nicht zum Ziel, da ein

7. Zusammenfalten nach Anspruch 1 und 5 nachträgliches Aufwickeln eines solchen Gebildes auf oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ent- einen zentralen Zylinder nicht möglich ist.

und Einl'altvorgang durch geeignete Vorrichtun- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gegen, die z. B. aus Seilen und Spulen bestehen, in 55 löst, daß die symmetrisch zum Zentrum angeordneten seiner Geschwindigkeit regelbar ist. Hauplfalten einen bestimmten, von der Zahl der

8. Zusammenfalten nach Anspruch 1 und 2, Hauptfalten abhängigen Winkel α zwischen der dadurch gekennzeichnet, daß das Flächengebilde Hauptfalte und der durch den am Rand der zentribei seiner Entfaltung eine räumlich gekrümmte sehen Kreisfläche liegenden Endpunkt dieser Haupt-Gestalt, z. B. die Form eines Paraboloides. an- ^6o falte führenden Radialen aufweist und jeder Hauptnimmt, falte eine Rückfalte zugeordnet ist, die von dem

9. Zusammenfalten nach Anspruch I, dadurch außerhalb nahe der zentrischen Kreisfläche gelegenen gekennzeichnet, daß das Flächengebilde um einen Schnittpunkt der Hauptfalte mit der Verlängerung zylinderförmigen Raumflugkörper gefaltet bzw. der benachbarten Hauptfaltc ausgeht und die den gewickelt ist und mit verschalteten Solarzellen be- 65 Winkel zwischen Hauptfalte und benachbarter Hauptdeckt ist. falte halbiert.

10. Zusammenfalten nach Anspruch 1 und 9, Ist ein solches Flächengebilde aus dünnem, steifen dadurch gekennzeichnet, daß das Flächcngcbilde Material wie Pergamentpapier, Kunststoff- oder Me-