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Faltbare, räumlich starre Struktur, insbesondere Fachwerkstruktur,
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für großflächige Antennen oder dergleichen Die Erfindung bezieht sich
auf eine faltbare, räumlich starre Struktur nach dem Oberbegriff des ersten. Patentanspruches.
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Derartige faltbare aus einzelnen Strukturelementen zusammengesetzte
Strukturen werden z.B. zum Bau von Antennenreflektoren verwendet, die im Weltraum
in Verbindung mit einer Fernseh -Relais-Station benutzt werden. Derartige Reflektoren
sind bis zu Größen von einem Kilometer Durchmesser und mehr geplant. Solch große
Strukturen können selbstverständlich nur in Baugruppen, z.B. mittels einer sogenannten
Raumfähre in den Weltraum transportiert und dort zusammengesetzt werden. Wegen des
aufwendigen und teuren Transports ist man bemüht, zum einen die Struktur möglichst
so auszubilden, daß sie auf kleinem Raum zusammengefaltet werden kann; hierfür eignen
sich insbesondere Rippen-, Gitter- und Fachwerkstrukturen, die allesamt aus einzelnen
Stäben zusammengesetzt sind. Zum anderen soll die Struktur so leicht wie möglich
sein, wobei jedoch gleichzeitig die Anfordrungen an die Formsteifigkeit sehr hoch
sind. So liegen z.B. die Abweichungen des Oberflächenmaßes für in die Struktur eingespannte
Reflektornetze für Antennenreflektoren abhängig von der Arbeitsfrequenz bei wenigen
Millimetern und weniger und sollen unabhängig von den gerade herrschenden Umgebungsbedingungen
während des gesamten Betriebes eingehalten werden.
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An derartige Strukturen müssen auch hohe Anforderungen an die mechanische
Steifigkeit, die reproduzierbare Entfaltendposition und thermische Verformungsstabilität
gestellt werden.
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Außerdem sollen die Strukturen automatisch entfaltet oder mit
geringem
Werkzeugaufwand zusammengesetzt sowie teilweise auch aus dem entfalteten Zustand
wieder zusammengefaltet werden können. Die zusammengefaltete Struktur muß außerdem
starke Vibrationsbelastungen aushalten, wie sie bei dem erwähnten Transport mit
der Raumfähre durchaus auftreten.
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Weiterhin ist es wünschenswert, die Struktur und die Strukturelemente
konstruktiv möglichst einfach zu halten und die Strukturelemente so auszulegen,
daß die Struktur vor Ort einfach zusammengesetzt werden kann; außerdem sollte mit
den prinzipiell entwickelten Strukturelementen nicht nur eine einzige Struktur,
sondern mehrere, einer Strukturfamilie zuzuordnende Strukturen aufgebaut werden.
können.
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Eine einfache Struktur ist z.B. eine Rippenstruktur für Paraboloid-Reflektoren
nach Art eines Regenschirmes, wobei sowohl Falt- als auch Wickelrippen verwendet
werden. Des weiteren sind z.B. Fachwerkstrukturen bekannt, die aus einzelnen faltbaren,
im entfalteten Zustand pyramidenförmigen Stabbausteinen zusammengesetzt sind. Diese
Fachwerk-Strukturelemente weisen z.B. als Gelenke in den Mittelpunkten der die Struktur
an der Ober- und der Unterseite begrenzenden Gurtstäben sogenannte 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 ähnlichen Prinzip mit faltbaren Stabbausteinen sind bekannt, z.B. der
sogenannte Astromast. Für größere Strukturen sind Fachwerkstrukturen bekannt, die
aus Strukturelementen bestehen, die direkt am Einsatzort mit Hilfe von mechanischen
Aufbauwerkzeugen zusammengesetzt werden; eine Übersicht 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.
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Insbesondere sehr großflächige Strukturen müssen so ausgestaltet sein,
daß sie aus einzelnen Unterstrukturen zusammengesetzt werden können, da die Gesamtstruktur
auch im zusammengefalteten Zustand soviel Raum einnähme, daß die Transportkapazität
z.B. einer Raumfähre überschritten würde.
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Die gleichen Überlegungen gelten auch für großflächige Strukturen,
die nicht als Antennenreflektoren im Weltraum eingesetzt werden, so z.B. für Strukturen,
die als Träger für groB-flächige Kollektoren, wie Sonnenkollektoren oder stromerzeugende
Fotozellen, auf der Erde verwendet werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Konstruktion
für eine aus Strukturelementen bestehende Struktur anzugeben, wobei die einzelnen
Strukturelemente einfach aufgebaut und auch automatisch zusammengesetzt werden können;
außerdem soll der Platzbedarf für die gefaltete Struktur möglichst klein gehalten
werden Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des ersten
Patentanspruches angegebenen Merkmale gelöst.
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Der Gedanke der Erfindung liegt demnach darin, die Struktur aus einer
gelenkigen Kette aus im entfalteten Zustand von einem dreiseitigen Prisma umschriebenen
Strukturelementen aufzubauen, die z.B. zum Transport in sich in eine Ebene faltbar
sind, wobei dann die gesamte Struktur z.B. in Art einer Zick-Zack-Faltung der gefalteten
Strukturelemente zusammengefaltet werden kann. Zum Aufbau der Struktur wird zunächst
die Kette aus den gefalteten Strukturelementen entfaltet, danach werden die einzelnen
Strukturelemente bis in deren Endstellung entfaltet und verriegelt und schließlich
diese Strukturelementenfolge wie eine Kette etwa in einer Spiralkonfiguration oder
einer S-Konfiguration zu der Gesamtstruktur unter Verbindung benachbarter Strukturelemente
aufgewickelt.
Das Entfalten der einzelnen Strukturelemente und das Aufwickeln der Strukturelementkette
zu der Gesamtsturktur muß hierbei nicht unbedingt nacheinander erfolgen, sondern
kann gleichzeitig oder zumindest unter Verschachtelung einzelner Arbeitsschritte
geschehen.
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Eine solche in Art einer Kette hergestellte Struktur hat den großen
Vorteil, daß die Struktur nahezu beliebig durch Ansetzen weiterer Strukturelemente
und Anwickeln dieser neuen Strukturelementenfolge an die bestehende Struktur erweitert
werden kann.
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Ein weiterer Vorteil eines solchen Aufbaus liegt darin, daß für die
Strukturelemente nur einfache Gelenke verwendet werden, die lediglich eine einzige
Achse aufweisen.
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Die gesamte Struktur kann sehr; einfach als Fachwerkstruktur in Form
eines Stabgerüstes ausgebildet werden. Für bestimmte Anwendungszwecke können die
in der Oberfläche der zur Struktur entfalteten und gewickelten Strukturelemente
auch als klappbare Platten oder gewölbte Flächen ausgebildet werden, wodurch der
Platzbedarf für die gefaltete Struktur nicht wesentlich erhöht wird; allerdings
wird dadurch das Gewicht der Struktur größer.
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Die Tetraederelemente können auf verschiedene Weise aufgebaut werden.
So können sie z.B. aus einem um eine Seite des Viereckelementes, die nicht Gelenkachse
für ein benachbartes Strukturelement ist, schwenkbaren Dreieckelement sowie einem
mit dem anderen Ende der Viereckdiagonale mit der freien Spitze des Dreieckelementes
verbindbaren Versteifungs- bzw.
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Diagonalstab bestehen. Dieses feste Dreieckselement, das z.B. aus
zwei an ihren Spitzen verbunden Stäben besteht, die an ihren anderen freien Enden
an einer Seite, z.B. einem Gurtstab des Viereckelementes schwenkbar angelenkt sind,
liegt
bei einem Tetraederelement auf der Oberseite der Struktur
und beim anderen Tetraederelement auf der Unterseite der Struktur.
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Dieses Dreieckselement wird in der Lage gehalten durch den Diagonal
stab.
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Des weiteren ist. es möglich, ein Tetraederelement aus einem solchen
festen Dreieckselement aufzubauen, welches um die Gelenkachse des Viereckelementes
schwenkbar ist, und aus einem wiederum mit der freien Spitze des Dreieckselementes
und mit dem freien Endpunkt der Viereckdiagonalen verbundenen Diagonalstab. In diesem
Falle liegt der Diagonalstab und der eine Schenkel des Dreieckselement bei einem
Tetraederelement in der Oberfläche der Struktur und beim anderen Tetraederelement
eines Strukturelementes in der Unterfläche der Struktur.
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Selbstverständich ist auch möglich, das Tetraederelement aus drei
einzelnen Stäben aufzubauen, die jeweils mit einem Ende an einem der Grundpunkte
für das Tetraederelement in dem Viereckelement schwenkbar angelenkt sind und. dann
mit ihren freien Spitzen zum räumlich starren Tetraeder aufgebaut werden.
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Ebenso ist es möglich, ein Tetraederelement aus zwei Dreiecksplatten
bzw. zwei Dreiecksrahmen aufzubauen, die an zwei aneinander stoßenden Kanten des
Basis-Viereckelementes angelenkt sind und im gefalteten Zustand des Strukturelementes
jeweils in die Ebene des Viereckelements oder in eine dazu eng benachbarte annähernd.
parallele Ebene geschwenkt werden können.
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Benachbarte Strukturelemente der endgültig aufgebauten Struktur können
teilweise gemeinsame Teile aufweisen, die dann selbstverständlich nur einmal vorhanden
sind. Eines dieser Strukturelemente ist demnach unvollständig. Am Prinzip des Aufbaus
der Gesamtstruktur ändert dieses jedoch nicht. Ebenso brauchen benachbart Basis-Viereckelemente
und Tetraederelemente nicht immer Vollelemente zu sein, sondern gemeinsame Teile
mit benachbarten
Elementen aufweisen. So ist es z.B.. möglich,
daß zwischen zwei vollständig ausgebildeten Strukturelementen lediglich ein unvollständiges
Viereckelement vorhanden ist, das nur durch zwei parallele Gurtstäbe--zwischen den
benachbarten Strukturelementen und einen Diagonalstab gebildet ist.
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Jedes der vollständigen und unvollständigen Strukturelemente kann
in der aufgebauten Struktur von einem dreiseitigen Prisma umschrieben werden, in
dessen Grundfläche das Basis-Viereckelement liegt und in dessen Dachkante die Spitzen
der beiden Tetraederelemente liegen.
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Die freien Punkte eines zusammengefalteten Strukturelementes werden
beim Aufbau der Struktur mit benachbarten bereits fixierten Endpunkten eines vorangehenden
Strukturelementes verriegelt, z.B. in Art einer Druckknopf- oder einer anderen geeigneten
Rastverbindung.
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Gemäß der Erfindung können zum einen sehr große ebene Strukturen aufgebaut
werden, in denen dann die Viereckelemente z.B.
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quadratisch oder rechteckförmig sind. Zum anderen können jedoch auch
gewölbte Strukturen etwa in Form von Kalotten hergestellt werden. In diesem Falle
sind die Viereckelemente dann parallelogramm- oder trapezförmig oder allgemein ungleichmäßige
Vierecke. In allen Fällen werden zwei gegenüberliegende Kanten der Viereckelemente
als Gelenkachsen zu benachbarten Strukturelementen ausgebildet.
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Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind den Unteransprüchen
in Verbindung mit der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung
anhand der Zeichnung näher erläutert ist. In der Zeichnung stellen dar: Figur 1
eine schematische perspektivische Ansicht eines Teiles einer Strukturelementenkette
zur Bildung einer Struktur gemäß der Erfindung;
Figur 2 eine Aufsicht
entsprechend der Linie II-II in Figur 9 auf eine nur schematisch dargestellte kreisförmige
Struktur, die erzeugt wird, wenn eine gemäß Figur 1 aufgebaute Strukturelementenkette
in Spiralform aufgewickelt wird; Figur 3 eine Aufsicht auf eine ebenfalls nur schematisch
dargestellte kreisförmige Struktur, die erzeugt wird, wenn eine Strukturelementenkette
gemäß der Figur 1 in Serpentinenform aufgewickelt wird; Figur 4 schematisch eine
perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines aus Stäben aufgebauten
Strukturelementes; Figur 5A die Darstellung eines Knotenpunktes zwischen zwei Strukturelementen
gemäß Figur 4; Figur 5B die Darstellung eines anders ausgebildeten Knotenpunktes;
Figur 6 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines aus Stäben
aufgebauten Strukturelementes; Figur 7 eine Ansicht des zusammengeklappten Strukturelements.gemäß
Figur 6; Figur 8 schematisch eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels
eines aus Stäben aufgebauten Strukturelementes unter Verwendung von Knickstäben;
Figur
9 eine Settenansicht einer gemäß Figur 2 aufgebauten, gewölbten und hier nur schematisch
dargestellten Struktur für einen Antennenreflektor; Figur 10 eine schematisch dargestellte
Abwicklung eines Teiles einer Strukturelementenkette zum Aufbau einer gewölbten
Struktur entsprechend der in Figur 9 gezeigten; Figur 11A und 11B nur schematisch
dargestellte Aufsichten auf je eine gefaltete Strukturelementenkette.
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In Figur 1 ist eine Kette aus gelenkig miteinander verbundenen faltbaren
Strukturelementen 1 dargestellt. Die entfalteten Strukturelemente können von einem
Dreieckprisma umschrieben werden. In dessen Basis liegt ein. Basis-Viereckelement
2 des Strukturelementes. In den Dreiecksflächen des Prismas liegen ein oberes und
ein unteres Dreieckelement 3o bzw. 3u' wobei die Flächen der breieckelemente etwa
senkrecht auf der Fläche des Rechteckelementes stehen. Die Indices o bzw. u werden
auch in Verbindung mit weiteren Bezugsziffern in der nachfolgenden Beschreibung
zur Kennzeichnung verwendet, ob sich das entsprechend gekennzeichnete Teil an der
Ober- bzw.
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Unterseite der aus den Strukturelementen gebildeten Struktur befindet.
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Damit das in der Kette der Figur 1 schematisch dargestellte obere
erste Strukturelement räumlich starr gehalten werden kann, ist das Viereckelement
2 mit einem Flächendiagonalstab 9 versteift; des weiteren sind die freien Enden
des oberen und unteren Dreieckelementes 30 und 3u durch jeweils einen Raumdiagonalstab
13 räumlich fixiert, dessen anderes Ende jeweils mit einem Endpunkt des Flächendiagonalstabes
9 verbunden ist.
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Auf diese Weise ergibt sich ein räumlich starres Strukturelement,
das, wie schematisch in Figur 1 an dem zweiten und dritten Strukturelement der Strukturelementenkette
dargestellt, aus dem Basis-Viereckelement 2 und zwei Tetraederelementen 4o und 4u
besteht, die jeweils auf der oberen bzw.
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unteren Hälfte des durch den Flächendiagonalstab. 9 geteilten Viereckelementes
errichtet sind.
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Die Strukturelemente bilden Kettenglieder der Strukturelementenkette,
wobei benachbarte Strukturelemente 1 um Achsen a gelenkig miteinander verbunden
sind; die Gelenkachsen a verlaufen längs der Schmalseiten der Viereckelemente 2.
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In Figur 2 ist schematisch eine Aufsicht auf eine kreisförmige Struktur
5 dargestellt, die dadurch gebildet wird, daß die Strukturelementenkette beginnend
mit dem ersten Strukturelement 11 spiralförmig aufgewickelt wird. Zur Veranschaulichung
dieser Strukturbildung sind in der Figur 2 die Viereckelemente 2 als Doppel striche
dargestellt und die in Aufsicht dreieckigen Strukturelemente durch eine Schraffur
senkrecht zu diesen Doppelstrichen gekennzeichnet; außerdem sind Gelenke 6 angedeutet,
um die Strukturelemente um die in Figur 1 dargestellten Gelenkachsen a schwenken
zu können. Wie aus Figur 2 ersichtlich, sind die Strukturelemente 12, 13 und 14
so um das erste Strukturelement 11 gewunden, daß deren Spitzen mit der Spitze des
ersten Strukturelementes 11 verbunden sind.
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Die Spitzen der nachfolgenden Strukturelemente 15 und 16 sind an der
Schmalseite des Viereckelementes des Strukturelementes 11 befestigt, welche dem
Gelenk zwischen den Strukturelementen 11 und 12 gegenüberliegt. Diese Spiralwindung
wird mit den weiteren Strukturelementen fortgesetzt bis zum letzten Strukturelement
1n, dessen Spitze wiederum mit derjenigen des vorletzten Strukturelementes 1n-1
verbunden ist. Wie aus dieser Figur 2 hervorgeht, sind an den Gelenken 6 noch Befestigungsmöglichkeiten
vorgesehen, um die Spitzen der Strukturelemente
an diesen Gelenken
zu. fixieren. Eine Ausführung für eine solche Befestigung ist in Figur 6 gezeigt.
Außerdem geht aus dieser Struktur hervor, daß die Strukturelemente 1 nicht alle
die gleiche Form aufweisen, sondern in ihren. Dimensionen entsprechend der gewünschten
Strukturform und dem Wickelsinn jeweils einzeln berechnet sind.
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In Figur 3 ist eine ebenfalls kreisförmige Struktur 5 dargestellt,
die wiederum aus einer Strukturelementenkette aufgebaut ist. Auch in diesem Falle
sind die Strukturelemente 1, beginnend mit dem-Strukturelement 11 und endend mit
dem letzten Strukturelement 1n wie in Figur 2 gekennzeichnet, indem die Viereckelemente
2. als Doppel striche dargestellt sind und die Strukturelemente senkrecht zu diesen
Doppelstrichen schraffiert sind. Die Struktur wird durch eine serpentinenartige
Aufwicklung der Strukturelementenkette erzeugt.
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Aus den Figuren 2 und 3 geht ferner hervor, daß einige benachbarte
Strukturelemente gemeinsame Teile haben, so z.B. in Figur 2 die Strukturelementenkette
11 bis 14 und in Figur 3 die Kette aus den Strukturelementen 11 bis 1 Selbstverständlich
ist es möglich, in solchen Fällen die gemeinsamen Teile der benachbarten Strukturelemente
nicht für beide Strukturelemente auszubilden. So kann bei der Struktur gemäß Figur
2 das Strukturelement 12 lediglich aus dem Rechteckelement 2 bestehen, da die Seitenteile
des Dreieckelementes durch die benachbarten Seitenteile der Strukturelemente 11
und 13 gebildet werden und die räumliche Steifigkeit durch die Raumdiagonalen von
deren Tetraederelementen gewährleistet ist. Ähnliches gilt auch für das Strukturelement
12 bei der Struktur gemäß Figur 3. Diese Strukturelemente sind demnach unvollständig.
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In Figur 4 ist ein Strukturelement aus Stäben dargestellt, bei dem
das Viereckelement, in diesem Fall ein Rechteckelement,
aus einem
Obergurthauptstab 70, einem Untergurthauptstab 7u sowie zwei zwischen den jeweiligen
Enden dieser Hauptstäbe verlaufenden Binderstäben 8 zusammengesetzt ist.
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Das Rechteckelement wird durch einen Flächendiagonalstab 9 versteift,
der zwischen zwei diagonal gegenüberliegenden Ecken des Rechteckelementes verläuft.
Jeder Binderstab 8 eines Strukturelements ist gleichzeitig ein Binderstab eines
benachbarten Strukturelementes, wobei in Figur 4 zu beiden Seiten des dargestellten
Strukturelementes 1 je ein benachbartes Strukturelement gestrichelt schematisch
dargestellt ist. An den Ober- und Unterenden der Binderstäbe 8 sind Zapfen 10 vorgesehen,
auf die die Obergurt- und Untergurthauptstäbe 7o bzw. 7u sowie der Flächendiagonalstab
9 aufsetzbar sind, wodurch die Hauptstäbe 7o bzw. 7u um diesen Zapfen verschwenkbar
sind; diese Anordnung bildet jeweils das oben erwähnte Gelenk 6 zwischen den Strukturelementen.
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An den dem Gelenk 6 zugewandten Enden der Obergurt- und Untergurthauptstäbe
7o bzw. 7u sind an Drehzapfen 11 jeweils Dreieckselemente 3o bzw. 3u schwenkbar
gelagert. Diese bestehen hier jeweils aus zwei miteinander verbundenen Obergurt-
bzw. Untergurt-Verbindungsstäben 120 bzw. 12U. Diese Verbindungsstäbe sind für das
obere bzw. untere Dreieckelement jeweils gemeinsam um die Längsachse der Obergurt-bzw.
Untergurthauptstäbe 7o bzw. 7u verschwenkbar, wie dies in Figur 4 durch die Pfeile
P1 angedeutet ist. Die Lage des oberen bzw. unteren Dreieckelements 30 bzw. 3u gegenüber
dem Rechteckelement wird durch Diagonalstäbe 13 fixiert, die hier als Teleskopstreben
ausgebildet sind und sich jeweils von der freien Spitze des oberen bzw. unteren
Dreieckelementes zu einer gegenüberliegenden Ecke des Rechteckelementes erstrecken.
Bei dem Strukturelement gemäß Figur 4 ist die Spitze des oberen Dreieckelements
mit der rechten unteren Ecke des Rechteckelementes und die Spitze des unteren Dreieckelementes
mit der linken oberen Ecke des Rechteckelementes
verbunden. Diese
Teleskopstreben sind ebenfalls auf die Zapfen 10 an den Binderstäben 8 aufgesetzt,
wie dies in Figur 5A dargestellt ist.
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Wenn die Strukturelementenkette aus den einzelnen Strukturelementen
gefaltet ist, wie dieses schematisch in Figur 11A dargestellt ist, dann sind die
oberen und unteren Dreieckelemente 3o bzw. 3u sowie die Diagonalstäbe 9 aller Strukturelemente
so weit geschwenkt, daß sie etwa in der Ebene der jeweiligen Rechteckelemente 2
liegen. Aus Gründen einer einfacheren Faltbarkeit der zusammengeklappten Strukturelemente
ist es zweckmäßig, an den Gelenkpunkten zwischen zwei Strukturelementen jeweils
ein Doppelgelenk vorzusehen, wie dies in Figur 5B dargestellt ist. Wie in Figur
5B dargestellt, weisen der von dem Gelenk 6 ausgehende Obergurtstab 7o und der mit
diesem verbundene Obergurtstab-Verbindungsstab 120 in kurzer Entfernung von dem
Gelenk 6 je ein verriegelbares Hilfsgelenk 6 H auf. Dieses verriegelbare Hilfsgelenk
kann von bekannter Struktur sein; die Verriegelung erfolgt hier durch eine nur schematisch
dargestellte Riegelnase bei dem Hilfsgelenk im Obergurthauptstab 7o Entsprechende
Hilfsgelenke sind auch in den unteren Stäben des zugehörigen Strukturelementes vorgesehen.
Sind sämtliche Teile dieses Strukturelementes etwa in die Ebene dieses Viereckelementes
geschwenkt, so wird zum Zusammenfalten der beiden benachbarten Strukturelemente
zunächst das in Figur 5B nur schematisch dargestellte Strukturelement mit den Hilfsgelenken
um das Hauptgelenk 6 um etwa 900 geschwenkt, wonach dann das Strukturelement um
die Hilfsgelenke 6H nochmals um 900 geschwenkt wird. Damit ergibt sich eine Faltung,
wie sie in Figur 11B dargestellt ist. Die Obergurthauptstäbe der benachbarten Strukturelemente
im zusammengefalteten Zustand sind hierbei um den Abstand zwischen den Haupt- und
Hilfsgelenken voneinander entfernt, so daß zwischen ihnen genügend Raum verbleibt,
um Teile der einzelnen Strukturelemente oder Zusatzteile, wie z.B. Schalen zum Auslegen
auf die einzelnen Strukturelemente, zu verstauen.
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Soll die Struktur aus einer solchen Kette von gefalteten Strukturelementen
aufgebaut werden, so werden zunächst die Strukturelemente um die Hilfsgelenke 6H
- falls vorhanden -und anschließend um die Hauptgelenke 6 geklappt. Die einzelnen
Strukturelemente können dann etwa durch Verkürzen der Teleskopstreben 13 tidie in
Figur 4 gezeigte Lage geschwenkt werden. Dies kann automatisch erfolgen,indem die
Teleskopstreben einen in Figur 4 nur angedeuteten Aktuator 14, etwa in Form eines
Arbeitszylinders enthalten, mit dem die Länge der Teleskopstrehen 13 soweit verkürzt
wird, daß sich dann die Dreieckelemente in der richtigen Lage befinden. Danach wird
die Teleskopstrebe verriegelt. Selbstverständlich ist es auch möglich, anstelle
der Teleskopstreben starre Versteifungsstäbe zu verwenden, die einseitig am Gelenk
6 angelenkt sind und nach Ausklappen der Dreieckselemente jeweils mit deren freien
Spitzen verbunden werden.
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An diesen freien Spitzen der Dreieckelemente 3 befinden sich noch
Verriegelungsmittel, in diesem Fall jeweils eine Öse 15.
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Diese Öse 15 dient dazu, die Spitze der oberen und unteren Dreieckelemente
eines Strukturelementes 1 mit einer Ecke eines benachbarten Strukturelementes zu
verbinden; dies kann z.B. dadurch geschehen, daß der Zapfen 16 an den Binderstäben
jeweils in Fortsetzung der Längsachse dieser Stäbe einen Klemmstift 16 aufweist,
der in die Öse 15 eines Dreieckelementes eingeschoben und mit dieser verklemmt werden
kann. Sollten an einem Gelenk Ösen von mehreren benachbarten Strukturelementen verklemmt
werden, so kann dieser Klemmstift z.B. entsprechend länger sein, so daß auf diesen
zwei oder mehr Ösen verklemmt werden können.
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Sobald ein Strukturelement in die Form gemäß Figur 4 gebracht und
mit den Ösen entsprechend verriegelt ist, wird das nachfolgende noch gefaltete Strukturelement
um die Gelenke 6 längs des Pfeiles P2 geschwenkt, in die entsprechende Form gebracht
und
anschließend mit einem zugeordneten Klemmstift 16 verriegelt. Auf diese Weise kann
die in den Figuren 2 oder 3 gezeigte Gesamtstruktur sukzessive aufgebaut werden.
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In den Figuren 6 und 7 ist eine zweite Ausführungsform eines Strukturelements
dargestellt, welches ebenso wie das in Figur 4 aus Stäben aufgebaut ist. Die Ausgestaltung
des Rechteckelements 2' eines Strukturelements und die Anlenkung der Rechteckelemente
benachbarter Strukturelemente ist die gleiche wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß
Figur 4; für gleiche Teile sind. hier die gleichen Bezugsziffern verwendet, denen
lediglich ein. Strich hinzugefügt ist. Die Rechteckelemente bestehen demnach jeweils
aus einem Obergurthauptstab 7o', einem Untergurthauptstab 7u' sowie zwei Binderstäben
8' und einem Flächendiagonalstab 9'. Zwischen dem oberen und unteren Gelenk 6' eines
jeden Binderstabes 8' ist eine Stabkonstruktion bestehend aus einem parallel zum
pbergurt- bzw. Untergurthauptstab 7o' bzw. 7u' verlaufenden Obergurt- bzw. Untergurt-Verbindungsstab
120' bzw. 12U' und einem an dessen freies Ende reichenden Diagonalstab 13' um die
Längsachse des jeweiligen Binderstabes 8'in Richtung des Pfeiles P2' schwenkbar
angelenkt. Diese Dreiecksstabkonstruktion kann demnach in die Ebene des Rechteckelementes
2' eingeklappt und aus dieser ausgeklappt werden, wie dies durch die Pfeile P3 angedeutet
ist. An jeweils dem Gelenk 6'., das dem Anlenkpunkt des Obergurt- bzw. Untergurt-Verbindungsstabes
12o bzw. 12u' gegenüberliegt, ist ein weiterer Obergurt- bzw. Untergurt-Verbindungsstab
120' bzw. 12u' angelenkt, der senkrecht zu der Ebene des Rechteckelementes 2' in
Richtung des Pfeiles P4 verschwenkt werden kann. Die freien Enden der Verbindungsstäbe
120' und 12u' sind jeweils mit Ösen 15' versehen. Wenn die Strukturelementenkette
in Art der Figur 11A gefaltet ist, liegen sämtliche Stäbe des beschriebenen Strukturelements
in bzw. nahezu in der Ebene des Rechteckelements 2', wie dies in Figur 7 dargestellt
ist. Zum Überführen des Strukturelementes in die in Figur 6
gezeigte
Form werden die Dreieckskonstruktionen aus den Obergurt- bzw. Untergurt-Verbindungsstäben
1201 und 12U' und den Diagonalstäben 13' in Richtung des Pfeiles P3 aus der Ebene
des Rechteckelementes herausgeschwenkt; ebenso werden die zugeordneten einzelnen
Verbindungsstäbe 120' bzw. 12U' in Richtung des Pfeiles P4 geschwenkt, und zwar
soweit, bis die Ösen 15' der beiden oberen und der beiden unteren Verbindungsstäbe
in Deckung stehen. Diese Ösen 15' werden dann an Klemmstiften 16' eines bereits
entfalteten Strukturelementes wie oben beschrieben, verriegelt. Hierzu kann es für
die gewählte Steckverbindung notwendig sein, die einzelnen Stäbe in einer senkrechten
Bewegung nach oben bzw. nach unten zu führen, was durch hier nicht gezeigte geeignete
Mittel, z.B. den in Figur 4 erwähnten Aktuator, erfolgt.
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Auch bei einem solchen Strukturelement kann es zweckmäßig sein, benachbarte
Strukturelemente um Doppelgelenke nach Art der Figur 11B zu falten. Dementsprechend
sind auch hier in verschiedenen Stäben der Strukturelemente verriegelbare Hilfsgelenke
vorzusehen.
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In Figur 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Strukturelementes
1" gezeigt in Verbindung mit zwei benachbarten Strukturelementen; dieses Strukturelement
ähnelt denen in den Figuren 6 und 7 gezeigten, so daß hier für gleiche Teile wiederum
die gleichen Bezugsziffern verwendet werden, denen lediglich zwei Striche (") hinzugefügt
sind. Der Unterschied zu der oben erläuterten Konstruktion besteht darin, daß die
in den obigen Ausführungsbeispielen freien Obergurt- bzw.
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Untergurt-Verbindungsstäbe hier mit ihrem Ende fest mit der Dreieckskonstruktion
aus Verbindungsstab und Diagonalstab 12o" bzw. 13'' verbunden sind; die ersten Verbindungsstäbe
sind als Knickstäbe in Form von Flap-Rohren F mit einem Knickgelenk 17 ausgebildet.
Die Gesamtkonstruktion aus Verbindungsstab, Diagonalstab und Flap-Rohr, die bei
gefaltetem Strukturelement
in der oder nahe der Ebene des Rechteckelementes.
2" liegt, wird zur Bildung des entfalteten starren Strukturelements aus dieser Ebene
in die in Figur 8 gezeigte Position geschwenkt, in der die bisher geknickten Flap-Rohre
F eine gerade, starre Verbindung bilden. Diese Schwenkbewegung ist durch die Doppelpfeile
P5 und P6 in Figur 8 erläutert. Auch dieses Strukturelement kann entsprechend mit
verriegelbaren Hilfsgelenken versehen werden, so daß die Strukturelementenkette
nach Art der Figur 11B gefaltet werden kann.
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In Figur 9 ist eine gekrümmte, im Querschnitt kreisförmige Struktur
für einen Antennenreflektor dargestellt. Diese Struktur ist aus Strukturelementen
gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungen aus einer Strukturelementenkette
zusammengesetzt, die, wie in Figur 2 dargestellt, spiralförmig aufgewickelt und
entsprechend fixiert ist. Die gewölbte Struktur 5 wird voneinemStützbalken 18 gehalten,
auf dem ein zentraler Träger 19 angeordnet ist. An diesem zentralen Träger ist das
erste Strukturelement befestigt, um das die weiteren Strukturelemente sukzessive
nach Entfaltung gewickelt und entsprechend befestigt werden.
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In Figur 10 ist eine Abwicklung eines Teiles der für die in Figur
9 gezeigte Struktur verwendeten Strukturelementenkette in schematischer Form dargestellt.
Zur Verdeutlichung wird hier angenommen, daß die Viereckelemente 2 und die Dreieckelemente
30 bzw. 3u als Flächen ausgebildet sind, so daß sich beim Aufwickeln der entsprechend
entfalteten Strukturelementenkette eine allseits abgeschlossene Struktur ergibt,
in die die Struktur gemäß Figur 9 quasi eingeschrieben werden kann.
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Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die für die Bildung der Struktur
notwendigen Raumdiagonalstäbe 13 fortgelassen.
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Die Flächendiagonalstäbe 9 entfallen in diesem Falle, da die Viereckelemente
als Vollelemente Ausgebildet sind.
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Aus Figur 10 ist ersichtlich, daß die Viereckelemente 2 nicht immer
die Form eines exakten Rechtecks aufweisen, sondern in der Mehrzahl verschobene
Rechtecke bzw. unregelmäßige Vierecke darstellen. Hierdurch wird die Wölbung der
Struktur erreicht. Aus dieser Darstellung ist ferner ersichtlich, daß nicht alle
Viereckelemente an der Ober- und an der Unterkante entsprechende Dreieckelemente
aufweisen; bei der Zusammenfaltung der Struktur wird das "fehlende" Dreieckselement
dieses unvollständigen Strukturelementes durch ein Dreieckelement eines benachbarten
Strukturelementes aufgefüllt, wie dies oben beschrieben worden ist. In der Darstellung
gemäß Figur 10 weisen außerdem einige Viereckelemente an einer Kante zwei Dreieckelemente
auf. Diese zusätzlichen Dreieckelemente würden die in Figur 2 nicht schraffierten
Lücken zwischen den Strukturelementen ausfüllen. Wenn die Struktur, wie in Figur
9 dargestellt, tatsächlich aus Stäben aufgebaut wäre, würden diese zusätzlichen
Dreieck-Flächenelemente ebenso wie einige weitere Dreieckelemente in Figur 10 selbstverständlich
fortfallen.
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In eine fertiggestellte Struktur gemäß der Figur 9 kann z.B. ein in
dieser Figur gestrichelt dargestelltes Reflektornetz 20 eingehängt werden, das mit
der Struktur über eine Vielzahl von Befestigungspunkten an den Fachwerkstäben verbunden
wird. Die in Figur 9 dargestellte Struktur für einen Antennenreflektor ist mit einem
Durchmesser von fünf Metern geplant; selbstverständlich ist es möglich, auch wesentlich
größere Strukturen aufzubauen, indem die Anzahl der verwendeten Strukturelemente
in der Strukturelementenkette vergrößert wird, wobei auch andere als im Querschnitt
kreisförmige Strukturen aufgebaut werden können.