-
Faltbare Rippen-, Gitter- bzw. Fachwerkstruktur sowie
-
Strukturbaustein Die Erfindung bezieht sich auf eine faltbare Rippen-,
Citter-bzw. Fachwerkstruktur aus miteinander gelenkig verbundenen Stäben.
-
Derartige faltbare Strukturen sind z.B. zum Bau von Antennenreflektoren
geeignet, die z.B. im Weltraum in Verbindung mit einer Fernseh-Relais-Station verwendet
werden können. Derartige Reflektoren sind bis zu Größen von einem Kilometer Durchmesser
und mehr geplant. Derartig große Strukturen können selbstverständlich nur in Baugruppen
z.B. mittels einer sog. Raumfähre in den Weltraum transportiert und dort zusammengesetzt
werden. Wegen des aufwendigen und teuren Transportes ist man bemüht, die Struktur
so leicht wie möglich zu machen, wobei Jedoch gleichzeitig die Stabilitätsanforderungen
an solche Strukturen in der Regel sehr hoch sind. So sind die Toleranzen für in
die Struktur eingespannte Reflektornetze für Antennenreflektoren abhängig von der
Arbeitsfrequenz und liegen bei wenigen Millimetern und weniger, und sollen unabhängig
von den gerade herrschenden Umgebungsbedingungen während des gesamten Betriebes
eingehalten werden. An derartige Strukturen müssen hohe Anforderungen u.a. an die
mechanische Steifigkeit, die reproduzierbare Entfaltendposition und thermische Verformungsstabilität
gestellt werden. Außerdem sollen die Striikturen automatisch entfaltet und teilweise
auch aus dem entfalteten Zustand wieder zusammengefaltet werden können. Die zusammengefaltete
Struktur soll außerdem starke Vibrationsbelastungen aush.l]ten, wie sie bei dem
erwähnten Transport mit der Raumfähre durchaus auftreten.
-
Weiterhin ist es wünschenswert, die Struktur konstruktiv möglichst
einfach zu halten und etwa aus einer Vielzahl identischer Bauelemente aufzubauen,
wobei es zweckmäßig ist, die Bauelemente so auszulegen, daß nicht nur eine einzige
bestimmte Struktur, sondern mehrere einer Strukturfamilie zuzuordnende Strukturen
aufgebaut werden können.
-
Eine einfache Struktur ist z.B. eine Rippenstruktur für Paraboloidreflektoren
nach Art eines Regenschirms, sowohl mit Falt- als auch mit Wickelrippen. Des weiteren
sind z.B. Fachwerkstrukturen bekannt, die aus einzelnen faltbaren, im entfalteten
Zustand pyramidenförmigen Stabbausteinen zusammengesetzt sind. Diese Fachwerkelemente
weisen z.B. als Gelenke in den Mittelpunkten der die Struktur an der Ober- und der
Unterseite begrenzenden Gurtstäbe sog. Flap-Rohre auf, die im gefalteten Zustand
ein doppeltes Flachband und im entfalteten Zustand ein Rohr mit etwa linsenförmigem
Querschnitt bilden. Auch andere Fachwerkstrukturen auf einem ähnlichten Prinzip
mit faltbaren Stabbausteinen sind bekannt, z.B. der sog. Astromast; eine uebersicht
über derartige Strukturen kann dem AIAA-Bericht "AIAA/Nasa Conference on Advance
Technology for Future Space Systems", 8.-10.05.1979, Hampton, Virginia, USA, Seiten
324 bis 360, entnommen werden.
-
Für derartige entfaltbare Strukturen ist es äußerst wichtig, daß die
Fntfaltung eindeutig reproduzierbar ist. Bei der erwähnten Fachwerkstruktur aus
pyramidenförmigen Stabelementen ist zwischen den Strukturbausteinen keine Zwangskoppelung
während des Entfaltvorganges erkennbar.Hier könnten einzelne der Flap-Rohrgelenke
bereits in den gestreckten Zustand übergehen, auch wenn andere noch abgewinkelt
sind. Insbesondere, wenn sich diese bereits gestreckten Ourtknickstäbe im Außenbereich
der Fachwerkstruktur berinden, könnte die Entfaltung vor Erreichen des Endzustandes
u.U.
-
blockiert werden.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rippeiv,Sdittte9-oder
Fachwerkstruktur aus gelenkig miteinander verbundenen Stäben sowie einen Baustein
für eine derartige Struktur anzugeben, so daß während des gesamten Entfaltvorganges
eine Zwangskopplung zwischen den beteiligten Strukturelementen gewährleistet ist.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von der an sich bekannten
ebenen Schere zweier gelenkig miteinander verbundener Stäbe aus (vgl. Fig. 3a).
Die Erfindung besteht darin, daß die Struktur aus formvariablen Bausteinen aufgebaut
ist, welche durch Zusammenwinden einer Folge von drei oder mehreren ebenen Scheren
zu einem geschlossenen faltbaren Scherenbaustein gebildet sind.
-
Bevorzugt ist dieser Baustein aus drei ebenen Scheren aufgebaut; Die
Stabenden der ebenen Scheren sind durch Koppelgelenke untereinander verbunden, die
so ausgebildet sind, daß Jede Schere aus der Ebene der benachbarten Scheren herausschwenkbar
ist, ohne daß dabei die Spreizfähigkeit aller Scheren beeinträchtigt ist.
-
Dies ist etwa durch Verbindungselemente aus einem biege- und torsionselastischen
Werkstoff, z.B. Kunststoff, möglich.
-
Um dem~gegenüber eine günstigere Strukturendsteifigkeit zu erzielen,
weist das Koppelgelenk bevorzugt eine unelastische kardanähnliche Lagerverbindung
auf. Das Koppelgelenk beinhaltet sowohl ein Schwenkgelenk mit einer in beiden Scherenebenen
benachbarter Scheren liegenden Schwenkachse als auch ein um Jede der beiden gekoppelten
Scherenstabachsen drehbares Axialgelenk.
-
Für die Verknüpfung einzelner in sich geschlossencr Bausteine zu einer
größeren Gesamtstruktur sind benachbarte Bausteine an deren Eckpunkten durch einen
Knotenstern miteinander nur über die Schwenkachsen der Bausteine verbunden, welche
ihrerseits in den Knotensternen gelenkig gelagert sind. Im Falle von drei nebeneinander
gekoppelten Dreieckbausteinen bilden die Knotensternachsen ein gleichseitiges Dreieck.
-
Ein Baustein aus drei Scheren wird in allen Fal t zuständen von einem
Prisma mit dem Querschnitt eines gleichseitigen Dreieck eingeschlossen. Ein derartiger
Baustein ist sehr formstabil. Mit ihm können vielfältige Strukturen mit ebener und
gekrümmter Oberfläche
aufgebaut werden.
-
Aus derartigen Scherenbausteinen können durch unterschiedliches Aneinanderreihen
sehr leichtgewichtige, Jedoch mechanisch sehr stabile Strukturen aufgebaut werden,
so z.B. Flächenstrukturen mit ebener oder gekrümmter Oberfläche, Mast- oder Rippenstrukturen.
-
Strukturen mit gekrümmter Oberfläche bzw. gekrümmt verlaufenden Rippen
oder Streben lassen sich dadurch herstellen, daß bei den einzelnen Scheren der Abstand
zwischen Scherengelenk und freien Stabenden unterschiedlich ist. Entweder können
hierzu die verwendeten Scheren einer Scherenfolge unterschiedliche Größe aufweisen
oder die Scheren sind alle gleich groß, wobei dann das Scherengelenk die Stäbe außermittig
teilt. Dadurch werden Scherenbaustein-Variationen mit unterschiedlicher Hüllgeometrie
gebildet, wie z.B.
-
im Unterschied zum erläuterten Dreiecksprisma ein Dreieckspyramidenstumpf
oder auch ein dreiecksprismatischer Körper mit zwei trapezförmigen Seitenflächen.
-
Ein wesentlicher Vorteil einer gemäß der Erfindung aufgebauten Struktur
liegt darin, daß der Faltvorgang mit einer Zwangsführung aufgrund der besonderen
Konstruktion aus gekoppelten Scheren erfolgt. Während des Entfaltens nehmen deshalb
alle Scheren aller Bausteine der Gesamtstruktur jeweils denselben Spreizzustand
ein.
-
Dadurch kann die Struktur äußerst gleichmäßig und reproduzierbar entfaltet
und auch wieder zusammengefaltet werden. Mit der Zwangsführung bei der Entfaltung
und Zusammenfaltung wird noch der Vorteil erreicht, daß für den Faltvorgang lediglich
ein einziges Betätigungselement notwendig ist, das z.B. an den freien Stabenden
einer Schere des ersten Bausteines angreift. Selbstverständlich kann die Struktur
auch durch mehrere, an unterschiedlichen Strukturpunkten angreifende Betävtigungselemente
gefaltet werden.
-
Ein weiterer Vorteil eines Bausteines gemäß der Erfindung liegt darin,
daß in eine daraus aufgebaute Fachwerksstruktur Unterbausteine der gleichen Form,
Jedoch geringerer GröBe eingesetzt werden
können, ohne daß dadurch
die Faltbarkeit der Struktur behindert wird.
-
Die Erfindung ist im folgenden in mehreren Ausführungsbcispielen anhand
der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung stellen dar: Fig. 1 eine perspektivische
schematische Ansicht eines Paraboloidreflektors, der gemäß der Erfindung aufgcbaut
ist; Fig. 2 A und 2 B eine schematische Darstellung einer aus Scheren gemäß der
Erfindung aufgebauten Rippe des in Fig. 1 gezeigt ten Paraboloidreflektors im zusammen-
bzw. entfalteten Zustand; Fig. 3 A bis 3 E eine Folge zur Darstellung des Aufbaues
eines Bausteines für Strukturen gemäß der Erfindung aus drei Scherenel ementen;
Fig. 4 bis 6 schematische Darstellungen von Strukturen, die mit einem Baustein gem.
Fig. 3 aufgebaut sind; Fig. 7 eine schematische Darstellung der Verknüpfung dreier
nebeneinander angeordneter. Bausteine mittels Knotensternen; Fig. 8 einen Knotenstern
für die Verbindung von Bausteinen für Strukturen gemäß der Erfindung; Fig. 9 eine
Aufsicht auf einen schematisch dargestellten eckrümmten Offset-Antennenreflektor;
Fig.
10 eine Seitenansicht des in Fig. 9 dargestellten Antennenreflektors mit einer Ansicht
des gefalteten Reflektors; Fig. 11 eine schematische perspektivische Ansicht eines
Bausteines, in den weitere Unterbausteine und ein Reflektornetz eingehängt sind;
Fig. 12A eine Teilansicht aus Fig. 11 für eine Schere mit Dar-und 12B stellung des
eingehängten Reflektornetzes im entfalteten bzw. zusammengefalteten Zustand; Fig.
13 eine Folge von Faltzuständen einer aus Bausteinen gemäß der Erfindung zusammengesetzten
Struktur; Fig. 14 eine Schere eines Bausteines mit einem schematisch dargestellten
außermittigen Scherengelenk.
-
In Fig. 1 ist ein Paraboloidreflektor 1 dargestellt, der aus einer
Rippenstruktur mit sternförmig um den Mittelpunkt angeordncten Rippen 2 sowie einem
mit den Rippen befestigten metallischen Maschennetz 3 besteht. Die Rippen 2 sind
aus einer Folge von Scheren 4 zusammengesetzt und zwar in diesem Fall aus zwelf
Scheren (vgl. Fig. 2A und 2B). Jede Schere 4 weist zwei sich kreuzende Scherenstäbe
5, z.B. Kohlefaserstäbe auf, die mit einem Scherengelenk 6 verbunden sind. Das Celenk
ist hierbei so ausgebildet, daß die Scherenstäbe 5 in einer gemeinsamen Ebene geschwenkt
werden können. Wie in Fig. 2B schematisch angedeutet, sind die freien Stabenden
der ersten Schere der Rippe 2 mit einem oberen bzw. unteren Ring 7 bzw. 8 gelenkig
verbunden. An den gegenüberliegenden freien Stabenden der ersten Schere sind entsprechend
frcie Stabenden einer weiteren Schere mit einem Koppelgelenk 9 angelenkt, an welches
sich wiederum eine Kette von mehreren Scheren anschließt. Eine derartige Scherenfolge
ist an sich bekannt, solange die Scheren untereinander gleich sind und das Scherengelenk
in der Mitte der Scherenstäbe angeordnet ist. Derartige Scherenfolgen werden z.B.
in Pantographen verwendet. Bei den für den
Paraboloidreflektor
verwendeten Scherenfolgen sind jedoch die Abstände zwischen dem Scherengelenk und
den Scherenstabenden Jeweils unterschiedlich, und zwar derart, daß die in den Fig.
2A und 2B oberen Scherenstabteile zwischen den freien Stabenden und dem Scherengelenk
kürzer als die unteren Scherenstabteile sind.
-
Außerdem werden die Scheren innerhalb der Scherenfolge einer Rippe
2 sukzessive kleiner, so daß im entfalteten Zustand, wie in Fig. 2B gezeigt, eine
hrabelkurve angenähert wird. Die Entfaltung entsteht dadurch, daß die beiden Ringe
7 und 8 durch einen hier nicht gezeigten Anstellmotor gegeneinander bewegt werden.
Das Maschennetz 3 für den Reflektor wird an nicht dargestellten Befestigungselementen
mit den einzelnen Scheren verbunden.
-
Während der Entfaltung des Reflektors 1 befinden sich alle Scheren
einer Rippe und die Scheren an gleichen Stellen aller Rippen Jeweils in gleichem
Entfaltungszustand, da durch die Scherenstruktur bei der Entfaltung eine Zwangsführung
vorgegeben ist. Wenn sichergestellt wird, daß die Scherengelenke 6 und die Koppelgclenke
9 zwischen benachbarten Scherenelementen nur Bcwegungen in der Scherenebene gestatten,
d.h. daß die Toleranzen dieser Gelenke sehr klein sind, dann wird der gesamte Reflektor
1 gleichmäßig und sanft entfaltet. Die äußeren Enden der einzelnen Scherenrippen
2 sind mit einer Randbegrenzung, hier einem Spanndraht 10, miteinander verbunden,
wodurch die Formstabilität des entfalteten Reflektors erhöht wird. An diesem Spanndraht
ist auch das Maschennetz 3 befestigt.
-
Für Fachwerksstrukturen, so z.B. die in den Fig. 9 und 10 gezeigte
Antenne, ist ein Universalbaustein 11 geeignet, dessen Aufbau in den Fig. 3A bis
3E gezeigt ist. Der Baustein 11 besteht aus eIner Folge von drei ebenen Scheren
41 42 und 3 (Fig. 3A). Die Scheren 4 weisen jeweils wiederum ein Scherengelenk 6
auf, das eine Sprcizung der Scherenstäbe in der Scherenebene erlaubt. Die ein zelnen
Scheren 4 bis 4 sind untereinander mit Koppelgelenken 12 3 verbunden, die so ausgebildet
sind, daß jede Schere aus der Scherenebene der vorhergehenden oder nachfolgenden
geschwenkt werden
kann, ohne daß dabei die Spreizfähigkeit der
Scheren beeinträchtigt wird. Diese Koppelgelenke sind z.B. biegeelastische Kunststoffverbinder
oder etwa kardanähnliche Celenke;einqartiges Gelenk ist in Fig. 8 näher dargestellt
und wird weiter unten beschrieben. Die drei Scheren 41 42 und 43 werden so um die
Koppelgelenke 12 geschwenkt, daß die freien Stabenden der dritten Schere mit den
freien Stabenden der ersten Schere 41 ebenfalls über ein Koppelgelenk 12 verbunden
werden (vgl. Fig. 3B und 3C). Damit ergibt sich ein Baustein aus einer geschlossenen
Scherenfolge, wobei Jede Schere des Bausteins in einer Ebene eines Dreiecksprismas
mit dem Querschnitt eines gleichseitigen Dreiecks liegt. Die Scherenstäube sind
dann die Diagonalen einer Jeden Prismafläche. Dieser Baustein kann entweder so zusammengelegt
werden, daß ein sehr flaches Dreiecksprisma gebildet wird (vgl. Fig. 3D), oder der
Baustein wird so zusammengeklappt, daß sich ein Bündel von nahezu parallelen Stäben
ergibt, wobei die Bündelhöhe etwa der Scherenstablänge entspricht (vgl. Fig. 3E).
-
In den Fig. 4 bis 6 sind schematisch mehrere Strukturen dargestellt,
die mit dem beschriebenen Baustein 11 aufgebaut werden können, wobei dieser Baustein
teilweise schematisch als das oben erwähnte Dreiecksprisma dargestellt ist. Je nach
der Art der Ancinanderreihung der einzelnen Bausteine können unterschiedliche Strukturen
erzielt werden. Werden die Bausteine, die in der Fig. 4A gezeigt sind, in eine Ebene
gelegt und Jeweils in den Eckpunkten durch einen in Fig. 8 gezeigten Knotenstern
13 mit einem weiteren Baustein verbunden, so kann daraus eine im entfalteten Zustand
große Fläche entstehen (vgl. Fig. 4C). Diese Struktur, die auch für die in den Fig.
9 und 10 dargestellte Antenne verwendet wird, läßt sjch entsprechend der Fig. 3E
so zusammenfalten, daß sämtliche Stäbe der einzelnen Scherenelemente nahezu parallel
gcbündclt sind.
-
Schematisch ist dieser zusammengebündelte Zustand in Fig. 10 dargestellt.
-
Werden gemäß Fig. 5 die als flache Dreiecksprismen zusammengelegten
Bausteine 11 übereinander gestapelt und an den Berührungspunkten mit entsprechenden
Knotensternen verbunden, so entsteht im entfalteten
Zustand eine
lange und schmale Maststruktur (vgl. Fig. 5H).
-
Werden mehrere Reihen derartig gestapelter Dreiecksprismen in einer
Ebene nebeneinander angeordnet, wie dies in Fig. 6A gezeigt ist, lassen sich im
entfalteten Zustand matratzenähnliche Strukturen erzielen (vgl. Fig. 6B).
-
An den Verbindungspunkten der Scheren eines Bausteins und der einzelnen
Bausteine untereinander sind Koppelgelenke 12 und Knotensterne 13 erforderlich,
mit denen für Flächenstrukturen gemäß Fig. 4 die Ecken von drei Bausteinen 111,
112 und 113 verbunden werden, d.h. daß von einem Knotenstern 13 sechs Schercnstrbe
5 ausgehen (vgl. Fig. 7). Ein derartiger Knotenstern 13 mit drei Koppelgelenken
ist in Fig. 8 näher dargestellt. Das Koppelgelenk 12 weist 2 Lagerschalen 14 auf,
von denen hier nur die untere Lagcrschale dargestellt ist, auf die eine ansonsten
identische obere Lagerschale aufgelegt und mit der unteren Lagerschale befestigt
wird. In Winkelabständen von 120° sind drei Lagerzapfen 15 in den Lagerschalen drehbar
gelagert. Die Drehachsen dieser Lagerzapfen, d.h. die Knotensternachsen, liegen
auf den Seiten eines gleichseitigen Dreiecks in einer Ebene, die etwa die Mittelebene
der beiden Lagerschalen ist. Die Lagerzapfen tragen in ihrcr Mitte einen senkrecht
zu ihrer Achse verlaufenden Querbolzen 16, in den ein mit dem freien Ende des Stabes
5 einer Schere verbundener Gabel- bzw. Laschenzapfen 17 eingehängt ist. Querbolzen
16 und Gabel zapfen 17 bilden demnach ein Schwenkgelenk für zwei benachbarte Scherenstäbe.
Beide Gabelzapfen 17 des Schwenkgelenkes tauchen Jeweils mit ihrem Schaft in eine
Hülse 18 ein, die mit dem Stabende des entsprechenden Stabes drehfest verbunden
ist. Der Gabelzapfen ist gegenüber seinem Schaft leicht gekröpft, so daß, wie in
Fig. 8 gezeigt, in einem Querbolzen 1G eines l.agerzaprens 15 Jeweils zwei Gabe)
zapfen zweier benachbarter Stabenden eingehAng,t sind. Der Schaft des Gabelzapfens
17 ist in der Hülsc 18 drehbar gelagert. Gabel zapfen 17 und Hülse 18 bilden ein
um die St.blä>gsachse
wirkendes Axialgelenk. Das erwähnte Schwenkgelenk
und dieses Drehgelenk bilden zusammen ein Koppelgelenk 12 für einen Eckpunkt eines
Bausteins. Die Verknüpfung dreier derartiger Koppelgelenke Uber die ihrerseits wiederum
schwenkbaren Schwenklager bilden den Knotenstern 13. Mit dem Knotenstern aus drei
Koppelgelenken können sechs Stäbe, an einer gemeinsamen Ecke dreier Bausteine miteinander
gelenkig verbunden werden. Die Winkel zwischen den einzelnen Stäben reichen Je nach
dem Entfaltungszustand der Struktur von O - 600, die Schwenkwinkel der Lagerzapfen
15 von 0 - 900.
-
Aus sieben Bausteinen 111 bis 117 kann eine Grundstruktur für eine
Antenne 19 mit gekrümmten Reflektor 20 aufgebaut werden; zur Verdeut)ichung der
Struktur sind in Fig. 9 die dort nur als Dreieck eichematisch dargestellten Bausteine
111 bis 117 mit stärkeren Randlinien hervorgehoben. Die Bausteine werden durch die
in Fig. 8 dargestellten Knotensterne 13 miteinander verbunden, die in der Fig. 9
lediglich als Knotenpunkte dargestellt sind. Um in dieser Grund3truktur für den
Reflektor 17 eine Krümmung auszubilden, liegen die Scherengelenkpunkte nicht mehr
in der Mitte der Scherenstabs 5. Werden in der Fig. 10 die der Oberfläche des Reflektors
zugewandten Scherenstabhälften mit 5 und die der Unterseite des o Reflektors zugewandten
Scherenstabhälften mit 5u bezeichnet, so müssen für die in der Fig. 10 dargestellte
Wölbung die unteren Stabhälften 5u*) sein. Alle oberen und unteren Stabhälften 5o
bzw.5 u sind jeweils gleich lang. Damit liegen alle oberen Scherenstabendpunkte
auf einer Kugeloberfläche. Durch unterschiedliche Längen der Stabhälften können
im Prinzip auch andere Strukturkrümmungen erzielt werden.
-
Um in der Grundstruktur für den Reflektor 20 ein entsprechend der
Reflektoroberfläche gewölbtes Maschennetz 21 einhängen und positionieren zu können,
müssen möglichst viele gleichmäßig über die Netzfläche verteilte Netzanknüpfpunkte
innerhalb des faltbaren Strukturbausteins bereitgestellt werden, und zwar so, daß
sie beim Entfaltvorgang ihre gegenseitigen Abstände kontinuierlich ändern. *) jeweils
länger als die entsprechenden oberen Stabhlften
Die bisher verwendeten
Bausteine 111 bis 117 sind noch zu groß, um genügend Aufhängepunkte für das Maschennetz
des Reflektors zur Verfügung zu stellen. Aus diesem Grunde werden in die Bausteine
111 bis 117 Unterbausteine 11" eingesetzt, die den gleichen Aufbau wie die Bausteine
11 aufweisen. Für den Baustein 114 und den Raum zwischen dem Baustein 114, 116 und
117 sind diese Unterbausteine zusätzlich gestrichelt dargestellt und sollen mit
Bausteinen zweiter Ordnung bezeichnet werden. Damit kann die bisherige Grundstruktur
aus den Grundbausteinen 111 bis 117 schon wesentlich engmaschiger unterteilt werden.
-
Dieses erfolgt so, daß in den Scherengelenken 6 des jeweiligen Grundbausteins
11 <vgl. Fig. 11) Je zwei Scherenstäbe 5" einen Unterbausteins 1 1" angelenkt,
alle Scherenstäbe 5" ihrerseits wieder paarweise mit Scherengelenken 6" zu Scheren
und diene durch Koppelgelenke 12" zu den Bausteinen 11" zweiter Ordnung zuuammeigefaßt
werden. Scherengelenke 6" und Koppelgelenke 12" enteprechen in Aufbau und Funktion
den Elementen 6 bzw. 12 des Grundbauteina.
-
Auf diese Weise erhält man zusätzlich zu den mit A, und C in Fig.
11 bezeichneten Aufhängepunkten für das Reflektornetz an den drei oberen Eckpunkten
des Grundbausteines weitere drei Aufhä.zr'epunkte D,E und F an den nicht mit dem
Grundbaustein vcrbundenen Eckpunkten des Unterbausteines 11".
-
Derartige Unterbausteine können ebenso in dem Raum zwischen drci benachbarten
Grundbausteinen an die dortigen Schwenkgelenke angekoppelt werden.
-
Um zusätzlich die gewünschte Außenkontur des Reflektors zu erreichen,
die hier für den in Fig. 9 oberen Teil als gentrichelt dargestellte Kreisform angedeutet
ist, können an die vorhandetl.r Grundbausteine 11 derartige Bausteine zweiter Ordnung
11" angcsetzt werden, wobei dann jedoch diese Unterbausteine offen sind, d.h., daß
in der einen, den vorhandenen Grundbausteinen zugewandten Dreiecksprismafläche nur
ein Scherenstab vorhanden scin muß. ie:le Randbausteine sind in Fig. 9 mit 11"o
bezeichnet.
-
Sollte die durch Grundbausteine und Bausteine zweiter Ordnung erreichte
Aufteilung der Struktur noch nicht genügend Netzanknüpfpunkte liefern, so können
Bausteine 11" zweiter Ordnung und in die Zwischenräume zwischen diesen Bausteinen
11" und den benachbarten Grundbausteinen 11 Bausteine 11"' dritter Ordnung eingesetzt
werden. Diese Bausteine 11"' II dritter Ordnung sind zur besseren Kenntlichmachung
zusätzlich gepunktet dargestellt.
-
Die Bausteine 11"' werden in die Bausteine 11" bezw. in die Zwischenräume
zwischen diesen und den Grundbausteinen auf die gleiche beschriebene Weise eingehängt,
so daß sich Jetzt weitere Aufhängepunkte G,H und J ergeben, die innerhalb der durch
die Aufhängepunkte A,B und C begrenzten Fläche liegen. In Fig. 11 ist zur Verdeutlichung
die Oberfläche des Reflektornetzes gestrichelt dargestellt, wobei die Kreuzungspunkte
dieser gestrichelten Linien Jeweils Aufhängepunkte für das Reflektornetz charakterisieren.
Die Struktur kann selbstverständlich analog noch weiter untcrteilt werden. Für den
kleinsten erwünschten Netzunterteilungsabstand genügt Jedoch zuletzt die Netzfesselung
durch einen sog. Zweischlag 22, das sind zwei durch ein Gelenk miteinander verbundene
Stäbe, wobei dann am Gelenk ein weiterer Netzanknüpfpunkt K liegt; die äußeren Enden
M und L der Zweischlagstäbe sind an benachbarten Stababschnittmittelpunkten angeschlossen
(vgl. auch Fig. 12A).
-
Da alle Bausteine 11, 11" und 11"' schematisch als Prismen darstellbar
sind (vgl. Fig. 4), ergibt sich damit ein Strukturprinzip von ineinander geschachtelten
ähnlichen Dreiecksprismen mit entsprechend der Scherenbausteingröße unterschiedlichen
Volumina.
-
Dic Jeweils außen liegenden Ecken der beschriebenen Struktur sind
z.R. mit einem Spanndraht 23 verbunden, womit das Reflektornetz 21 radial gespannt
eingehängt wird.
-
Für den Reflektor ist noch eine Mastkonstruktion 24 vorgesehen, die
In der äe des Brennpunktes F des Reflektors endet und mit einem hier nicht dargestellten
Subreflektor oder einer Speisequelle für den Reflektor 20 verbunden ist. Die M.astkonstruktion
24
hat die Form einer dreiseitigen Pyramide und ist auf einer hier
nur angedeuteten Grundplatte 25 montiert. Auf der Grundplatte ist ein Stellantrieb
26 vorgesehen, der z.B. mittels einer Gcwindcspindel 27 den Entfaltvorgang vornehmen
kann. Mit dem Stellantrieb 2G sind zwei Scheren 4 verbunden, deren Spreizung durch
die Cewindespindel verstellt wird. Die beiden Scheren 4 sind mit ihren anderen Enden
mit den Grundbausteinen 111 bzw. 112 an deren dem Stellantrieb zugewandten Spitzen
verbunden. Wird die Gewindespindel 27 des Stellantriebes verdreht, so werden die
beiden mit dem Reflektor 20 verbundenen Scherenelemente 4, und durch die Zwangsführung
aller mit diesen verbundenen Grund- und Unterbausteine, die gesamte Reflektorstruktur
entfaltet, bzw. zusammengefaltet. Zusammengefaltet findet sie innerhalb der Mastkonstruktion
24 Platz, wie dies schematisch in Fig. 10 angedeutet ist. Das Maschennetz 21 liegt
im zusammengefalteten Zustand der Reflektorstruktur außerhalb, und zwar in Fig.
10 oberhalb der gefalteten Struktur. Dies ist in Fig. 12 schematisch verdut1ic!t,
wobei in der Fig. 12A ein Scherenelemcnt 4 eines Grundbausteine 11 11 im entfalteten
und in Fig. 128 im zusammengefalteten Zustand in einer Scherenebene dargestellt
ist. In Wirklichkeit findet die Netzfaltung auch noch zusätzlich senkrecht zu der
dargestellten Faltebene gleichzeitig statt, so daß nur ein knitterfähige Netz für
diese Faltung geeignet ist. In Fig. 12 sind ferncr auch noch einzelne Stäbe 5" bzw.
5'z' analog der Bausteine zweiter bzw. dritter Ordnung eingezeichnet. Insbesondere
aus Fig. 12B hellt hervol, daß sich ein derartiges Scherenelement zwanglos zusammenfalterl
läßt. In den Figuren 13A bis 13F ist schematisch der Entfaltvorgang einer Grundstruktur
aus sieben Grundbausteinen dargestellt; diese Struktur ist auch für den in den Fig.
9 und 10 gezeigten Reflektor verwendet. Zur Orientierung ist in der Figurenfolge
eine ortsfeste Scheibe vorgesehen, auf die das Stabbündel der zusammengefalteten
Struktur aufgesetzt ist.
-
Wie in Fig. 14 außerdem angedeutet, ist es nicht unbedin&t notwendig,
daß Scher engel enkachse durch die beiden Scherenstablägaachsen verläuft; vielmehr
ist es in vielen Fällen aus Gründen dtr
Stabilität günstiger, die
Scherenstäbe in dem Bereich des Scherctgelenkes mit Hülsen in Art einer Manschette
28 zu versehen, an denen dann das Scherengelenk 6 angeordnet ist, so daß dadurch
die Achse des Scherengelenkes außermittig zu den Scherenstäben zielt.
-
Eine gemäß der Erfindung aufgebaute Struktur kann selbstverständlich
im entfalteten Endzustand verriegelt oder versteift werden, um höhere Formstabilität
zu erreichen. Dies kann etwa durch Gurtelemente geschehen, so etwa durch Seile,
Stabprofile, Knickstreben oder Stützrohre zwischen bestimmten Strukturpunkten.
-
I)icse Gurtelemente können so ausgebildet werden, daß sie die Entfaltung
der Struktur nicht behindern. Sie können selber faltbar ein, so daß i an der Entfaltung
der Struktur teilnehmen.
-
Ferner kann die Struktur verkleidet werden, z.B. mit Netzen, Folien,
Häuten oder Platten. Derartige verkleidete Strukturen können dann als ent fal t
bare Hohlkörper, A ntennenre fl ek toren, Gewölbe, Schalenbecken, Schwimmkörper,
Brücken, Streben oder ebene Folien-Spiegel flächen verwendet werden.
-
Leerseite