DE2947656A1 - FOLDABLE FRAMEWORK COMPONENT - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Fachwerkbauteil für Weltraumstationen mit Längsstreben und die Eckpunkte von Außenseiten verbindenden Querstreben.The invention relates to a framework component for space stations with longitudinal struts and cross struts connecting the corner points of the outer sides.
Beim Aufbau von großen Weltraumstationen ist davon auszugehen, dass diese in der Regel aus auf der Erde vorgefertigten und im Weltraum zusammengebauten Fachwerkstrukturen bestehen werden. Solche Fachwerkstrukturen müssen daher aus Transport- und Kostengründen für den Flug mit einem Raumtransporter oder einer Rakete auf relativ kleinen Abmessungen beschränkt sein. Fachwerkstrukturen sind aber Bauteile mit einem relativ großen Raumbedarf und erfüllen somit die Forderung nach relativ kleinen Abmessungen nicht. Um Fachwerkstrukturen als auf der Erde vorgefertigte Bau- teile dennoch für Weltraumstationen benutzen zu können, wäre es daher wünschenswert, solche Bauteile auf einen zum Transport geeigneten Raum, z.B. durch Zusammenklappen, zu reduzieren.When building large space stations, it can be assumed that these will usually consist of truss structures prefabricated on earth and assembled in space. Such truss structures must therefore be limited to relatively small dimensions for transport and cost reasons for flight with a space transporter or a rocket. However, truss structures are components with a relatively large space requirement and thus do not meet the requirement for relatively small dimensions. In order to use half-timbered structures as prefabricated building However, to be able to use parts for space stations, it would be desirable to reduce such components to a space suitable for transport, e.g. by folding them up.
Für den Aufbau großer Fachwerkstrukturen sind zusammenklappbare Fachwerkbauteile bereits vorgeschlagen worden. So geht z.B. aus der US-PS 21 44 215 ein unter dem Begriff "STEM" (storable tubular extendible member =/^ auf- und abwickelbares röhrenförmiges Stangenglied) bekanntes Bauelement hervor, das aber in Bezug auf seine Festigkeit und seine Steifigkeit nur geringen Belastungen ausgesetzt werden kann. Ein anderes Fachwerkbauelement ist das unter dem Begriff "ASTRO-Mast" bekannte Bauelement, das sowohl manuell entfaltet als auch automatisch ausgefahren werden kann. Dieser ASTRO-Mast besteht aus über elastisch verformbare Einzelelemente miteinander verbundenen Längsstreben und Querstreben, die außerdem selbst eine relativ große Elastizität haben müssen, um zusammengeklappt werden zu können. Eine solche Forderung könnte man zwar mit sogenannten Federwerkstoffen erfüllen, aber nicht mit den heute in der Raumfahrt erforderlichen Werkstoffen, wie Kohlenstofffaser- oder Borfaser-Verbundwerkstoffen. Da auf solche kurz als Kunststoffe bezeichnete Werkstoffe aus Gründen hoher Formstabilität und geringen thermischen Verformungsgrades für Weltraumanwendungen nicht verzichtet werden kann, ist es nicht möglich, Fachwerkstrukturen nach dem Prinzip des "ASTRO-Mast" mit derartigen Werkstoffen, und zwar wegen der ungenügenden Elastizität, aufzubauen.For the construction of large truss structures, collapsible truss components have already been proposed. For example, from US Pat. No. 2,144,215 a component known under the term "STEM" (storable tubular extendible member = / ^ up and unwindable tubular rod member) emerges, but which has only low loads in terms of its strength and rigidity can be exposed. Another truss construction element is the construction element known under the term "ASTRO mast", which can be unfolded manually as well as automatically extended. This ASTRO mast consists of longitudinal struts and transverse struts which are connected to one another via elastically deformable individual elements, and which must also have a relatively high degree of elasticity in order to be able to be folded up. Such a requirement could indeed be met with so-called spring materials, but not with the materials required today in space travel, such as carbon fiber or boron fiber composite materials. Since such materials, briefly referred to as plastics, cannot be dispensed with for reasons of high dimensional stability and low degree of thermal deformation for space applications, it is not possible to build truss structures according to the "ASTRO mast" principle with such materials, because of the insufficient elasticity .
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Fachwerkbauteil für Weltraumstationen vorzusehen, das auf einen zum Transport in den Weltraum stark verringerten Raum zusammenklappbar ist. Gemäß der Erfindung ist die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Längs- und Querstreben faltbar miteinander verbunden sind und dass die Querstreben einen faltbaren Mittelabschnitt aufweisen.The invention is therefore based on the object of providing a framework component for space stations which can be collapsed into a space that is greatly reduced for transport into space. According to the invention, the object is achieved in that the longitudinal and transverse struts are foldably connected to one another and that the transverse struts have a foldable central section.
Die erfindungsgemäße Maßnahme ermöglicht den Aufbau von Fachwerkbauanteilen, die zum Transport auf äußerst kleine Volumina zusammenfaltbar sind. Dabei können die faltbaren Abschnitte der Querstreben und die Anschlüsse der Querstreben an die Längsstreben als Gelenk oder als elastisches Biegegelenk, z.B. Blattfedern, ausgebildet sein. Außerdem ist es sinnvoll, die Querstreben mit Verriegelungsvorrichtungen zum Arretieren des ausgefalteten Zustandes zu versehen. Zur Erhöhung der Tragfähigkeit und der Steifigkeit können darüber hinaus noch Diagonalstreben, z.B. Diagonalseile oder ausziehbare Diagonalstreben, vorgesehen werden. Außerdem lassen sich nach diesem Prinzip Großbauteile zusammenfügen und auf den zum Transport erforderlichen geringen Raum zusammenfalten.The measure according to the invention enables the construction of half-timbered components which can be folded up to extremely small volumes for transport. The foldable sections of the cross struts and the connections of the cross struts to the longitudinal struts can be designed as a joint or as an elastic flexible joint, e.g. leaf springs. In addition, it makes sense to provide the cross struts with locking devices for locking the unfolded state. To increase the load-bearing capacity and rigidity, diagonal struts, e.g. diagonal ropes or extendable diagonal struts, can also be provided. In addition, according to this principle, large components can be assembled and folded into the small space required for transport.
Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail with reference to the accompanying drawing. Show it:
Figur 1 ein Fachwerkbauteil im entfalteten und gefalteten Zustand,Figure 1 is a framework component in the unfolded and folded state,
Figur 2 bis Figur 4 verschiedene Querschnitte für faltbare Fachwerkbauteile,Figure 2 to Figure 4 different cross-sections for foldable truss components,
Figur 5 ein Fachwerkbauteil mit einer Diagonal-Versteifung,Figure 5 is a framework component with a diagonal reinforcement,
Figur 6 und Figur 7 je ein Fachwerkbauteil mit Diagonalstreben,Figure 6 and Figure 7 each have a framework component with diagonal struts,
Figur 8 ein Fachwerkbauteil mit einer Verriegelungsvorrichtung,FIG. 8 a framework component with a locking device,
Figur 9 ein Fachwerkbauteil mit einem elastischen Biegegelenk,FIG. 9 a framework component with an elastic flexible joint,
Figur 10 ein aus mehreren Einzel-Fachwerkbauteilen zusammengefasstes Groß-Fachwerkbauteil,FIG. 10 shows a large framework component combined from several individual framework components,
Figur 11 eine faltbare Seitenfläche undFigure 11 shows a foldable side panel and
Figur 12 eine aufrollbare Seitenfläche.FIG. 12 shows a rollable side surface.
Das in Figur 1a und 1b dargestellte Fachwerkbauteil besteht aus drei Längsstreben 1, die in regelmäßigen Abständen durch Querstreben 2 miteinander verbunden sind. Die Längsstreben 1 haben die Form eines Winkelprofils, wie dargestellt oder Rohres und bilden die Eckpunkte eines dreieckigen Querschnittes. Jedes der Querstreben 2 ist über ein an beiden Enden vorgesehenes Gelenk 3 an die Längsstreben 1 gekoppelt und außerdem besitzt jede Querstrebe 2 in ihrem Mittelabschnitt ein weiteres Gelenk 4. Das u.a. auch aus faserverstärkten Verbundwerkstoffen bestehende Fachwerkbauteil kann daher zusammengefaltet werden. Hierzu werden die Querstreben 2 in ihren Gelenken 3 und 4, wie durch Pfeile 5 angedeutet, gefaltet, so dass das Fachwerkbauteil den in Figur 1b dargestellten zusammengefalteten Zustand annimmt. In diesem Zustand nimmt es im Vergleich zu der in Figur 1a dargestelltem Zustand erheblich weniger Raum ein und ist daher für einen Transport in den Weltraum in hervorragender Weise geeignet.The framework component shown in FIGS. 1 a and 1 b consists of three longitudinal struts 1, which are connected to one another at regular intervals by cross struts 2. The longitudinal struts 1 have the shape of an angle profile, as shown, or a tube and form the corner points of a triangular cross-section. Each of the cross struts 2 is coupled to the longitudinal struts 1 via a joint 3 provided at both ends and each cross strut 2 also has a further joint 4 in its central section. For this purpose, the cross struts 2 are folded in their joints 3 and 4, as indicated by arrows 5, so that the framework component assumes the folded state shown in FIG. 1b. In this state it takes up considerably less space compared to the state shown in FIG. 1a and is therefore excellently suited for transport into space.
Die Fachwerkbauteile können auch andere Querschnitte als Dreieck-Querschnitte gemäß Figur 1 haben. Wie Figur 2 bis Figur 4 zeigen, ist es möglich, Fachwerkbauteile mit Zweiecks-Querschnitten, Vierecks-Querschnitten, Sechseck- oder beliebigen Querschnitten zu bauen. Die mit a bezeichneten Darstellungen zeigen dabei den aufgefalteten und mit b den zusammengefalteten Zustand.The truss components can also have other cross-sections than triangular cross-sections according to FIG. As Figure 2 to Figure 4 show, it is possible to build truss components with two-sided cross-sections, square cross-sections, hexagonal or any cross-sections. The representations labeled a show the unfolded and b the folded state.
Zur Erhöhung der Tragfähigkeit können die Fachwerkbauteile auch mit Diagonalstreben versehen werden. Figur 5 zeigt ein solches Bauteil, bei dem als Diagonalstreben Seile 6 eingesetzt sind. Außerdem sind zwischen den Längsstreben 1 und den Querstreben 2, und zwar in einem Verlängerungsstück 7, Zugfedern 8 eingesetzt, welche ein automatisches Entfalten, z.B. nach Lösen einer Sperre, ermöglichen. Wie Figur 6 und Figur 7 zeigen, können für die Diagonalstreben auch längenveränderliche Stangen 9 eingesetzt werden. In der Darstellung nach
<NichtLesbar>
sind hierzu Stangen 9 vorgesehen, die amTo increase the load-bearing capacity, the truss components can also be provided with diagonal struts. FIG. 5 shows such a component in which cables 6 are used as diagonal struts. In addition, tension springs 8 are inserted between the longitudinal struts 1 and the transverse struts 2, specifically in an extension piece 7, which allow automatic unfolding, for example after a lock has been released. As FIG. 6 and FIG. 7 show, rods 9 of variable length can also be used for the diagonal struts. In the representation after
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rods 9 are provided for this purpose, which on
Gelenk 3 einer Querstrebe 2 längenunveränderlich und an einer diagonal gegenüber liegenden Stelle längenveränderlich angekoppelt sind. Außerdem ist an den längenveränderlichen Enden der Stange 9 jeweils ein Anschlag 10 vorgesehen, welcher im ausgefalteten Zustand am zugeordneten Gelenk 3 anliegt. Bei der Darstellung nach Figur 7 sind die als Diagonalstreben eingesetzten längenveränderbaren Stangen 9 längenunveränderlich an die Gelenke 3 angekoppelt und dafür in ihrem Mittelbereich mit einem Verlängerungsglied 11 versehen. Das Zusammenfalten bzw. Entfalten eines mit Diagonalstreben versehenen Fachwerkbauteiles wird dadurch in keiner Weise beeinträchtigt.Joint 3 of a cross strut 2 is invariable in length and coupled in a length-changeable manner at a diagonally opposite point. In addition, a stop 10 is provided at the variable-length ends of the rod 9, which stop rests against the associated joint 3 in the unfolded state. In the illustration according to FIG. 7, the length-adjustable rods 9 used as diagonal struts are coupled to the joints 3 so that they cannot be changed in length and are provided with an extension member 11 in their central area for this purpose. The folding or unfolding of a framework component provided with diagonal struts is not impaired in any way.
Wie aus Figur 8 zu ersehen ist, können die Querstreben 2 auch mit einer Verriegelungsvorrichtung 12 versehen werden, um den ausgefalteten Zustand zu arretieren. Im dargstellten Ausführungsbeispiel ist an einem der Querstreben 2 eine Riegellasche 13 angebracht, in die ein Verlängerungsteil 14 vom anderen Querstrebenteil einrastbar ist. Die Querstreben 2 können auch mit elastischen Biegegelenken 15 an die Längsstrebe 1 gekoppelt sein und in ihrem Mittelabschnitt ebenfalls ein elastisches Biegegelenk 15 aufweisen. Hierfür können z.B. Blattfedern eingesetzt werden, welche auch zum automatischen Entfalten einen Beitrag leisten können.As can be seen from FIG. 8, the cross struts 2 can also be provided with a locking device 12 in order to lock the unfolded state. In the illustrated embodiment, a locking tab 13 is attached to one of the cross struts 2, into which an extension part 14 from the other cross strut part can be locked. The transverse struts 2 can also be coupled to the longitudinal strut 1 with elastic flexural joints 15 and also have an elastic flexural joint 15 in their central section. Leaf springs, for example, can be used for this, which can also make a contribution to automatic unfolding.
Die in den Darstellungen nach Figur 1 bis Figur 9 erläuterten Fachwerkbauteile können auch durch Zusammenfassen mehrerer Bauteile zu einem großen Fachwerkbauteil aufgebaut werden. Dabei bleibt der Vorteil des Zusammenfaltens bzw. Entfaltens, wie Figur 10 zeigt, erhalten, so dass auch solche Großbauteile zum Einsatz für den Weltraum auf der Erde vorgefertigt werden können und zum Transport auf einen geeigneten kleinen Raum zusammenfaltbar sind. Die jeweiligen Querschnitte der Fachwerkbauteile haben auf diesen Aufbau keinen Einfluss.The framework components explained in the representations according to FIG. 1 to FIG. 9 can also be built up by combining several components to form a large framework component. The advantage of folding or unfolding is retained, as FIG. 10 shows, so that such large components can also be prefabricated for use in space on earth and can be folded up for transport to a suitable small space. The respective cross-sections of the truss components have no influence on this structure.
Die zuvor erläuterten Fachwerkbauteile können an ihren Seitenflächen auch durch faltbare oder einrollbare Flächen ganz oder teilweise abgedeckt werden. Figur 11 zeigt den Querschnitt eines an seiner Seitenfläche abgedeckten Fachwerkbauteils mit einer faltbaren Fläche 16, deren Faltabschnitte 17 durch Gelenke 18 faltbar miteinander verbunden sind. Eine weitere Ausführungsform zum Abdecken der Seitenflächen zeigt Figur 12. Hier bestehen diese Seitenflächen 19 aus rollbaren Werkstoffen, z.B. Folien, Drahtnetzen oder Einzeldrähten. Diese faltbaren oder rollbaren Flächen können entweder direkt als Antennenoberfläche oder als Aufnahmestruktur für Solarzellen oder sonstige Ausrüstungsteile benutzt werden.The previously explained truss components can also be completely or partially covered on their side surfaces by foldable or rollable surfaces. FIG. 11 shows the cross section of a framework component covered on its side surface with a foldable surface 16, the foldable sections 17 of which are foldably connected to one another by joints 18. Another embodiment for covering the side surfaces is shown in FIG. 12. Here these side surfaces 19 consist of rollable materials, e.g. foils, wire nets or individual wires. These foldable or rollable surfaces can either be used directly as an antenna surface or as a support structure for solar cells or other pieces of equipment.
Die erfindungsgemäße Fachwerkkonstruktion kann als statisch hochbelastbares Bauteil mit sehr großer Steifigkeit hergestellt werden und zum Transport für den Weltraum äußerst platzgünstig gefaltet werden. Dabei sind in Bezug auf den Einsatz moderner Werkstoffe, z.B. Kohlenstofffaser-, Borfaser- oder Glasfaser-Verbundwerkstoffe keinerlei Beschränkungen zu erwarten. Neben der Verwendung in der Raumfahrt bzw. im Weltraum können derartige faltbare Fachwerkbauteile selbstverständlich auch überall auf der Erde eingesetzt werden, wo Fachwerkstrukturen mit großer Festigkeit oder Steifigkeit bei nahezu vollständiger Beibehaltung der Struktureigenschaften zum Transport oder zur Lagerung auf ein sehr kleines Volumen zusammengefaltet werden müssen.The framework construction according to the invention can be manufactured as a statically highly loadable component with a very high degree of rigidity and can be folded in an extremely space-saving manner for transport to space. No restrictions are to be expected with regard to the use of modern materials, e.g. carbon fiber, boron fiber or glass fiber composite materials. In addition to being used in space travel or in space, such foldable truss components can of course also be used anywhere on earth where truss structures with great strength or rigidity have to be folded into a very small volume for transport or storage while maintaining the structural properties almost completely.
Figurencharacters
Zusammenfassung der BezugszahlenSummary of the reference numbers
1 Längsstreben1 longitudinal strut
2 Querstreben2 cross struts
3 Gelenke3 joints
4 "-"4 "-"
5 Pfeil5 arrow
6 Seil6 rope
7 Verlängerungsstück7 extension piece
8 Zugfeder8 mainspring
9 Stange9 rod
10 Anschlag10 stop
11 Verlängerungsglied11 extension link
12 Verriegelungsvorrichtung12 locking device
13 Riegellasche13 latch tab
14 Verlängerungsteil14 extension piece
15 elastisches Biegegelenk15 elastic flexible joint
16 Fläche16 area
17 Faltabschnitt17 folding section
18 Gelenk18 joint
19 Seitenfläche19 side face
LeerseiteBlank page
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