DE2727101A1

DE2727101A1 - Synchronisiereinrichtung zum falten von traggliedern

Info

Publication number: DE2727101A1
Application number: DE19772727101
Authority: DE
Inventors: Claude Chenin; Jean-Claude Albert Vermalle
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1976-06-18
Filing date: 1977-06-15
Publication date: 1977-12-29
Also published as: GB1535652A; US4148163A; FR2354925B1; DE2727101C3; FR2354925A1; DE2727101B2

Description

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SOCIETE NATIONALE INDUSTRIELLE AEROSPATIALE, Paris, Frankr. Synchronisiereinrichtung zum Falten von Traggliedern

Die Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung, die das Auffalten von untereinander gelenkig verbundenen Elementen ausgehend von einer, insbesondere ziehharmonikaartig, zusammengefalteten Lage der Elemente sicherstellt durch Erreichen einer synchronen Bewegung Jedes Elements, das zu einer Winkelverstellung angeregt ist und zwar in einer zu der des folgenden Elements unterschiedlichen Richtung.

Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf einen Mechanismus oder eine Einrichtung dieser Art, die Im(WeIt-) Raum das Auffalten von ebenen aufeinanderfolgenden Elementen erreicht, die Solarzellen oder (VoIta} Säulen tragen, wobei die Elemente so ausgebildet sind, daß sie sich beiderseits des Körpers eines Satelliten erstrecken, um zwei Paneele oder Felder großer Spannweite zu bilden.

Daraue folgt, daß die Inbetriebnahme derartiger aus Solarzellen-Tragelementen gebildeten Felder mit hervorragen-

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der Koordination zwischen den verschiedenen Bewegungen dieser Elemente erfolgen muß, die in jedem Feld immer näher angelenkt sind, insbesondere, um ungesteuerte oder ungewollte Auffaltungen zu vermeiden oder solche mit ungeordneten Verschiebungen, wodurch nachteilige dynamische Effekte eingeführt werden können, was ggf. zu einer Zerstörung der Einrichtung führen kann. Darüber hinaus muß die jeweilige Einrichtung in eingefalteter Lage des Feldes so sein, daß nur ein begrenzter Raum benötigt ist, insbesondere während der Startphase des Satelliten, wobei es eine im allgemeinen ebene große Fläche besitzen soll, wenn der Satellit einmal seine Bahn erreicht hat.

Bisherige Lösungen dieses Problems geben Einrichtungen an, die für den jeweiligen besonderen Anwendungsfall vorgesehen sind. Beispielsweise wurde bereits ein Auffalten von gelenkig verbundenen Elementen, die Felder bilden, die Solarzellen eines künstlichen Satelliten tragen, vorgesehen mittels Torsionsstab-Gelenken, die mit mindestens einem Zugglied zusammenwirken, das durch rollengefUhrte Kabel gebildet ist, wobei die Anordnung mit Dämpfungsgliedern zusammenwirkt, um die Auffaltgeschwindigkeit der Elemente gleichförmig zu machen. Durch Einrichtungen, die zumindest teilweise die Eigen-Biegsamkeit von bestimmten Bauteilen verwenden zum Auffalten oder zum Zusammenfalten der gelenkig miteinander verbundenen Elemente kann jedoch keine genaue und vollkommen synchrone Positionierung der Elemente während der verschiedenen Bewegungsabläufe erreicht werden. Darüber hinaus genügt ein Kabelriß oder sogar dessen Hemmung in der Nut oder Rinne einer Rolle, um die Einrichtung nicht betriebsfähig zu machen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine synchronisierende Einrichtung vollkommen unterschiedlichen Aufbaus anzugeben,

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die in genauer und regelmäßiger Wexse das Auffalten oder das Zufalten von gelenkig miteinander verbundenen Elementen sicherstellt bei hoher Betriebszuverlässigkeit, wobei die Verschiebung der Elemente in jedem Augenblick vollkommen überwachbar ist.

Gemäß der Erfindung zeichnet sich die Synchronisiereinrichtung zum Auffalten von gelenkig miteinander verbundenen Tragelementen, die beiderseits mit großer Spannweiten vom Körper eines Satelliten wegragend angeordnet sind, dadurch aus, daß eine Anordnung von Getriebegliedern vorgesehen ist, die jeweils abwechselnd an einem Ende eines lenkenden oder leitenden Tragelements vorgesehen sind, wobei die Einrichtung mit mindestens einem Motorglied zusammenwirkt, um das Zufalten oder das Auffalten der Tragelemente herzustellen.

Durch die Erfindung ist eine Bewegung der Tragelemente mit konstanter Geschwindigkeit möglich, wobei die Inbetriebsetzung von verschiedenen Motorgliedern, jeweils gleicher Art oder auch unterschiedlicher Art gemeinsam oder getrennt erfolgt, wodurch die erfindungsgemäße Einrichtung eine sehr hohe Betriebszuverlässigkeit erhält.

Gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung ist jedes Getriebeglied dreistufig ausgeführt, wobei erste und dritte Stufe jeweils durch ein Antriebsrad gebildet sind, das einstückig an einer Gelenkachse zwischen zwei benachbarten Tragelementen befestigt ist und wobei die zweite Stufe durch eine drehbare Achse gebildet ist, die an jedem Ende mit anderen Antriebsräder versehen ist, die mit den Antriebsrädern der ersten und der dritten Stufe zusammenwirken.

Weitere Merkmale einer Synchronisiereinrichtung zur ver-

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-Λ:

Schiebung gelenkig verbundener Elemente insbesondere von Solarzellen-Tragelementen für künstliche Satelliten ergeben sich aus der Erläuterung der Zeichnung, deren einzige Figur in Perspektive eine Teilansicht der erfindungsgemäfien Einrichtung zeigt.

In der Figur ist in allgemeiner Weise ein Feld 1 dargestellt, das aus einer Reihe von Solarzellen-Tragelementen gebildet ist, die im allgemeinen rechteckförmig sind und miteinander gelenkig verbunden sind, wobei das Feld 1 während des Auffaltvorgangs gegenüber dem Rahmen oder Körper 2 eines künstlichen Satelliten dargestellt ist, dessen Einzelheiten als für die Erfindung nicht wesentlich, nicht näher erläutert sind. Das Feld 1, von dem ein homologes symmetrisch an der entgegengesetzten Seite des Körpers 2 des Satelliten angeordnet ist, besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus vier aufeinanderfolgenden Tragelementen 3, 4, 5, 6, die untereinander gelenkig verbunden sind, wobei diese Tragelemente 3, 4, 5, 6 leitende oder führende Tragelemente sind. Die vier Tragelemente 3, 4, 5, 6 sind erfindungsgemäß so ausgeführt, daß sie gegeneinander relativ und komplementär Verschiebungen hervorrufen. Das letzte Tragelement 6 ist seinerseits am Ende des Feldes 1 gelenkig mit einem letzten, geleiteten oder geführten Tragelement/analoger Ausführung verbunden.

Um die Verschiebung des Tragelements 3 gegenüber dem Körper 2 sicherzustellen, enthält die Synchronisiereinrichtung ein erstes Getriebeglied 8, das an der Unterseite des Tragelements 3 befestigt ist. Die Relativverschiebung der anderen nachfolgenden Tragelemente 4, 5, 6, 7 im Feld 1 wird von einem Element zum folgenden mittels weiterer Getriebe 9 gleicher Art erreicht mit gegenüber dem Getriebeglied 8 ggf. veränderten Abmessungen, wobei die Getriebeglieder 8, 9 an den kleinen oder kurzen Seiten der Tragelemente 3 bis 7 abwechselnd einer-

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seits am Unterteilt und andererseits am Oberteil vorgesehen sind in Längsrichtung des Feldes 1. Selbstverständlich ist auch jede andere Anordnung der Getriebeglieder 8, 9 bei ihrer Befestigung an den Tragelementen 3 bis 7 möglich sowie auch eine andere gegenseitige verbindung. In gleicher Weise kann eine einzige Getriebeglied-Art beim Aufbau der erfindungsgemäßen Einrichtung vorgesehen sein.

Im zusammengefalteten Zustand liegen die Tragelemente 3 bis 7 des Feldes 1 ziehharmonikaförmig aufeinander und zwar so, daß sie gegen den Körper 2 des Satelliten anliegen, um mit diesem minimalsten Raum einzunehmen, wobei diese Anordnung insbesondere vorgesehen ist, um den Start des Satelliten zu erleichtern, um diesen in seine Flugbahn zu bringen, wobei das Auffalten des Feldes erst dann angesteuert wird, wenn letztere erreicht ist. Wegen der ziehharmonikaförmigen Faltung verschieben sich die Tragelemente 3 bis 7 während der Auffalt-Phase jeweils gemäß entgegengesetzten Richtungen gegeneinander, wie das in der Figur durch Pfeile F₁ und F₂ dargestellt ist. Auf diese weise falten sich ungeradzahlige Tragelemente 3, 5, beispielsweise gegenüber dem jeweils benachbarten Element durch Drehung in Richtung des Pfeils F. im trigonometrischen Sinne, während die geradzahligen Tragelemente 4, 6 sich in der entgegengesetzten Richtung gemäß dem Pfeil F₂ drehen.

Die Relativverschiebne« gleicher Amplitude, jedoch in entgegengesetzter Richtung, die für jedes der Tragelemente 3 bis 7 des Feldes 1 erreicht werden, ergaben sich aus der Art der zum Steuern der Synchronbewegung der Tragelemente angeordneten Glieder, wobei erfindungegemäß Getriebeglieder 8, 9 verwendet sind. Zu diesem Zweck sind, wie sich das aus der Figur ergibt, die verschiedenen Tragelemente miteinander bzw. gegeneinander um Gelenke 10 und 11 verbunden, die jeweils eine Achse 1O₁ bzw. H₁ aufweisen, auf der an einem Ende ein An-

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triebsrad unbeweglich befestigt ist gegenüber dieser Achse und zur Drehung mit dieser vorgesehen ist, wobei die Führung der Achsen durch übliche Achslager 1O₂ bzw. H₂ erreicht ist. Vorzugsweise besitzen die Gelenke 10, 11 begrenzte Länge derart, daß sie sich lediglich über einen Oberteil bzw. einen Unterteil jedes der Tragelemente 3 bis 7 des Feldes 1 erstrecken, wobei die Begrenzung ihres relativen Platzbedarfes eine erhebliche Gewichtseinsparung bei den Gelenken für die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht.

Bei dan zwischen dem Körper 2 des Satelliten und dem Tragelement

3 befestigten ersten Getriebeglied 8 sind die Gelenkachsen 10, und 11. beiderseits des Tragelements 3 angeordnet und starr einerseits mit dem Körper 2 und andererseits mit dem zweiten Tragelement 4 verbunden dem Tragelement 3 im Feld folgend_/um mit den beiden Antriebsrädern 8. und 8p, die mit den beiden Achsen H₁, 10, einstückig verbunden sind, eine erste bzw. eine dritte stufe zu bilden. Vorteilhaft ist, um eine Untersetzung zu erreichen, denit, wenn einmal die Auffaltung erreicht ist, die Gesamtheit der gelenkig miteinander verbundenen Tragelemente sich senkrecht vom Körper 2 des Satelliten weg erstrecken, der Durchmesser des ersten Antriebsrads 8, gleich dem doppelten des Durchmessers des Antriebsrads 8₂ gewählt, das zwischen den Tragelementen 3 und

4 vorgesehen ist. Unter dieser Bedingung ist bei einer Drehung des ersten Tragelements 3 um 90° gegenüber dem Körper 2 automatisch eine Drehung des Tragelements 4 gegenüber dem Tragelement 3 um l8O° erreicht, wodurch sich dieses in einer Richtung senkrecht zum Körper 2 erstreckt, während sich die Tragelemente 3 und 4 in gegenseitiger Verlängerung erstrecken.

Die zweite Stufe zwischen der durch die Antriebsräder 8, und 8p gebildeten ersten und dritten Stufe des Getriebeglieds ist durch eine Transversalachse oder -welle 8, gebildet, an

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deren Enden einstückig zwei andere^ identische Antriebsräder S₁^ befestigt sind. Diese Antriebsräder 8^ besitzen den gleichen Durchmesser wie das Antriebsrad 8_? ,um eine End-zu-End- oder stumpfe Ausrichtung der Tragelemente 3 und 4 im ausgefalteten Zustand zu erreichen. Die Welle 8,, wird geführt und gehalten am Unterende des Tragglieds 3 mittels zweier Lager 8,-» die mit diesem Tragglied 3 einstückig sind.

Die Antriebsräder 8_χ, 8₂, 8^ des erläuterten Getriebeglieds 8 sind vorzugsweise 90°-Konus-Antriebsräder, die in identischer Weise miteinander zusammenwirken. Selbstverständlich sind auch andere Antriebsglieder möglich, beispielsweise Zahnräder.

In gleicher Weise besitzen die zweiten Getriebeglieder 9, die zwischen den Tragelementen 3 und 4 bzw. 4 und 5 bzw. 5 und 6 und schließlich 6 und 7 vorgesehen sind, jedesmal eine erste und eine dritte Stufe, die von Antriebsrädern 9, gleichen Durchmessers gebildet sind und die am Ende von Gelenkachsen 10. einstückig angeordnet sind, die am entsprechenden Ende der jeweiligen Tragelemente vorgesehen sind. Die Antriebsräder 9. sind untereinander bei jedem Getriebeglied 9 über eine Quer-Achse oder -Welle 9_. verbunden, die an den Enden mit zwei Antriebsrädern 9₂ versehen sind, die den gleichen Durchmesser wie die Antriebsräder 9j besitzen, um mit letzteren in einem Übersetzungsverhältnis von l/l in Eingreif zu stehen, derart, daß die Drehung eines dieser Antriebsräder, die durch die Verschiebung eines der Tragelemente hervorgerufen ist mittels der Quer-Weiie 9, zum anderen Antriebsrad übertragen wird mit lediglich einer Richtungsumkehr mit jedoch gleicher Amplitude von einem Tragelement zum folgenden.

Wegen dieser Anordnung und insbesondere der Reihenschaltung der Getriebeglieder 8, 9, die abwechselnd an der einen bzw. der anderen Seite der aufeinanderfolgenden Tragelemente

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im Feld 1 vorgesehen ist, ergibt sich, daß die öffnung und die Schließung der verschiedenen Tragelemente des Feldes 1 automatisch synchronisiert ist mit einer ständigen Steuerung der Lage und der Verschiebungsgeschwindigkeit jedes Tragelements. Die Steuerung eines einzigen Tragelements genügt zur Übersetzung oder Weitergabe an die anderen Tragelemente des Feldes von genau gekoppelten Bewegungen, die am Ende des Bewegungsweges entweder die Endanlage oder stumpfe Anlage aller Tragelemente in der Ebene des Feldes 1 oder die ziehharmonikaförmige Zusammenfaltung von Ebene auf Ebene der gleichen Tragelemente erreicht.

Die Steuerung von irgendeinem der Tragelemente kann durch direktes Einwirken auf eines dieser Tragelemente erreicht werden,beispieisweise mittels eines Motorglieds 12, das nahe der Gelenkachse H₁ des ersten Tragelements 3 angeordnet ist und auf dieses Tragelement 3 einwirkt oder auch indirekt durch Hervorrufen mittels eines anderen Motorglieds 13 der Drehung der Welle 8, der zweiten Stufe des ersten Getriebeglieds 8. Die Drehbewegung dieser Welle 8-, ruft in der gleichen Weise eine Verschiebung des Tragelements 3 hervor. Umgekehrt übersetzt sich jede Bewegung des Tragelements in eine Drehbewegung der Welle um, mit deren Übertragung oder Weitergabe auf die der anderen Getriebeglieder 8, 9 und damit schrittweise auf die benachbarten bzw. zugeordneten Tragelemente des Feldes 1.

Die beiden Motorglieder 12, 13 können unter diesen Bedingungen so miteinander kombiniert sein, daß sie zusammenwirken, um die Sicherheit der erfindungsgemäßen Einrichtung sicherzustellen und zwar entweder getrennt oder gleichzeitig, um im Fehlerfall oder bei Nichtverfügbarkeit einer der beiden Motorglieder einen sicheren Betrieb sowohl in Öffnungsrichtung

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als in Schließungsrichtung des Feldes 1 sicherzustellen. Selbst verständlich können die Motorglieder 12, 13 auch an anderer Stelle an irgendeinem der anderen Tragelemente der Anordnung des Feldes 1 entsprechend dem Prinzip der erfindungsgemäßen Einrichtung angeordnet sein.

In jedem Fall bestimmen die Lage und die Art der Verbindung der " die Stufen jedes Getriebeglieds 8, 9 bildenden verschiedenen Antriebsglieder eine geeignete Richtung für die Verschiebung der verschiedenen Tragelemente, die gelenkig miteinander verbunden sind. Auf diese Weise wird durch Wirkung des Moments M₁, das auf die Welle 8, mittels des Motorglieds ausgeübt ist, diese Welle 8-, senkrecht dazu und um die Achse 1O₁ des Antriebsrads 8., verschoben, das gegenüber dem Körper des Satelliten unbeweglich ist, wobei der Richtung des Pfeils F gefolgt wird und wodurch auf diese Weise das Tragelement 3 angetrieben wird. Die Verschiebung wird durch das Antriebsrad S₁ ermöglicht, das starr mit dem Körper 2 verbunden ist und an dem das Antriebsrad 8^ anliegt. Die Drehung der Welle 8, infolge des Moments M₁ wirkt gleichzeitig auch auf das Antriebsrad 8g ein, das mit dem Tragelement k einstückig ist und zwar mit analoger Drehung, die die Verschiebung des Tragelements 4 entsprechend dem Pfeil F₂ hervorruft mit einer identischen Winkelamplitude, jedoch entgegengesetzter Richtung. Die Bewegung des ersten Tragelements 3 wird daher auf diese Weise mittels der anderen Getriebeglieder 8, 9 auf alle Tragelemente 3 bis 7 des Feldes 1 übertragen infolge der gekoppelten Wirkung der Momente M₂, M, und M^, die aufeinanderfolgend von den relativen Verschiebungen jedes der Tragelemente erzeugt sind und sich in reversibler Weise allmählich oder immer weiter fortschreitend übertragen.

Am Wegende kann eine Verriegelung der Tragelemente 3 bis 7, insbesondere wenn das Feld 1 vollständig aufgefaltet ist, sichergestellt werden durch einen Anschlag 14, der durch einen Magneten oder dergleichen gebildet ist.

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Selbstverständlich sind auch andere Ausführungen möglxch. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Synchronisiereinrichtung andere Anwendungen in der Technik finden und zwar jedesmal, wenn ein Feld o.dgl. aufgefaltet werden muß, das verschiedene gelenkig miteinander verbundene und auffaltbare Elemente aufweist, wobei die Verschiebung der Elemente während ihrer Relativbewegungen bzw. Verschiebungen vollkommen synchronisiert sind.

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Claims

Ansprüche

Π..)Synchronisiereinrichtung zum Auffalten von insbesondere Solarzellen-Tragelementen, wobei die Tragelemente über Gelenkachsen miteinander verbunden sind und sich mit Spann-

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weite beiderseits des Körpers/eines Satelliten ausgehend von einer ziehharmonikaförmigen zusammengefalteten Lage verschieben,

gekennzeichnet durch

eine Anordnung von Getriebegliedern (8, 9), die jeweils abwechselnd an einem Ende eines leitenden oder führenden Tragelements angeordnet sind, und

mindestens ein mit der Einrichtung zusammenwirkendes Motorglied (12, 13) zum Sicherstellen des Zufaltens oder Auffaltens der Tragelemente (3, 4, 5, 6, 7).
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Getriebeglieder (8, 9) drei Stufen aufweisen, deren erste und deren dritte jeweils durch einen auf einer Gelenkachse (1O₁, H₁) zwischen zwei benachbarten Tragelementen (3, 4, 5, 6, 7) einstückig befestigten Antriebsrad (S₁, 8g, 9₁) gebildet sind und deren zweite Stufe durch eine an jedem Ende mit weiteren Antriebsrädern (8^, 9₂) versehenen drehbaren Welle (8,, 90 gebildet ist, die mit den Antriebsrädern (8,, 8_O, 9 ) der ersten und der dritten Stufe zusammenwirken.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Welle (8 , 9^) an einem Ende seines Tragelements ^!J>3 ^s 5» 6) angeordnet ist und geführt und gehalten ist durch zwei mit dem Tragelement <J>, 4, 5, 6) einstückige Lager (8,-,

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4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsrad (S₁) der ersten Stufe des das Tragelement (3) neben dem Körper (2) des Satelliten steuernden Getriebeglieds (8)/Teilkreisdurchmesser besitzt, der doppelt so groß ist wie der Teilkreisdurchmesser der anderen Antriebsräder (8g, 8^).
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsräder (8p, 8^, 9,, 9₂) ^den gleichen Teilkreisdurchmesser besitzen.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche l bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Motorglied (12) an einer Gelenk-Achse (1O₁, H₁) befestigt ist.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche l bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Motorglied (13) auf einer drehbaren Welle (Q , 9 ) befestigt ist.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche l bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß deren Steuerung durch die Verschiebung eines Tragelements (3, 4, 5, 6, 7) erreicht ist.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche l bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß deren Steuerung durch das Drehen einer drehbaren welle (8,, 9,) erreicht ist.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine Verriegelung zur gegenseitigen Verriegelung der Tragelemente (3, 4, 5, 6,7).

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