DE3150463A1

DE3150463A1 - Mechanismus zum ausfahren und wiedereinholen einer faltstruktur

Info

Publication number: DE3150463A1
Application number: DE19813150463
Authority: DE
Inventors: Helmut 8000 München Kiendl; Herbert Ing.(grad.) 8000 München Metz; Martin 8028 Taufkirchen Roth
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1981-12-19
Filing date: 1981-12-19
Publication date: 1983-06-30
Also published as: GB2114812A; FR2518494A1; JPS58112900A

Description

Mechanismus zum Ausfahren und Wiedereinholen einer FaItstruktur

Die Erfindung betrifft einen Mechanismus zum Ausfahren und Wiedereinholen einer an einem Zentralkörper gelagerten Faltstruktur, die aus mehreren gelenkig miteinander verbundenen Strukturelementen besteht, wobei benachbarte Strukturelemente jeweils um gemeinsame Schwenkachsen gegensinnig drehbar sind.

Ein derartiger Mechanismus ist bereits aus der DE-PS 20 21 580 bekannt. Dort sind faltbare Sonnenzellenausleger für einen Satelliten beschrieben. Die Ausleger bestehen aus mehreren aneinander gereihten Platten, von denen jeweils zwei benachbarte um eine gemeinsame Drehachse drehbar sind, und zwar jeweils gegensinnig in Bezug auf die zugeordnete Drehachse. Ein solcher Sonnenzellenausleger bildet demnach eine an dem Satelliten als Zentralkörper gelagerte FaItstruktur, wobei die einzelnen Platten gelenkig miteinander verbundene Strukturelemente darstellen. Die Drehstäbe, um deren Längsachse die Platten jeweils schwenkbar sind, sind an ihrem einen Ende jeweils mit der einen und an ihrem anderen Ende jeweils mit der anderen der beiden zugeordneten Platten starr verbunden. Die Anordnung ist so

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ausgeführt, daß die Drehstäbe im ausgefahrenen Zustand nicht unter Spannung stehen, beim Wiedereinholen der Faltstruktur jedoch zunehmend um ihre Längsachse verdreht werden. Vor dem Ausfahren steht der ganze züsammengefaltete Plattenstapel demnach unter einer gewissen Vorspannung, die für den Entfaltvorgang genutzt werden kann, um den Entfaltvorgang zu vergleichmäßigen, ist noch.eine Reihenschaltung von Zugmittelgetrieben vorgesehen. Diese bestehen jeweils aus zwei starren Kreisscheiben sowie einem geschlossenen, mit den Kreisscheiben fest-verbundenen Seil. Die Kreisscheiben sind einmal starr mit den oberen Enden der Drehstäbe und zum anderen starr an den unteren Ecken der Platten befestigt. Insgesamt ist die Wirkungsweise dieser Zugmittelgetriebe derart, daß beim Verdrehen einer beliebigen Platte die Drehbewegung auf alle anderen Platten übertragen wird, wobei ein■zieharmonikaartiges Falten oder Entfalten der Faltstruktur resultiert. ·

Der bekannte Mechanismus ist hinsichtlich des Entfalt- und Faltvorganges bzw. des Ausfahrens und Wiedereinholens der Faltstruktur nicht symmetrisch ausgebildet. So ist das Ausfahren von vornherein durch die im gefalteten Zustand unter Spannung stehenden Drehstäbe begünstigt» Andererseits sind die Drehstäbe einer erheblichen Materialbelastung ausgesetzt. Während das Ausfahren nun vorallem mit Hilfe der Drehstäbe erfolgt, muß für das Wiedereinholen ein Motor vorhanden sein, der den Faltvorgang mit Hilfe der Zugmittelgetriebe besorgt. Hierbei muß allerdings der Widerstand der elastischen Drehstäbe überwunden werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mechanismus der eingangs genannten Art bereitzustellen, der in einfacher

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und zuverlässiger Weise ein gleichberechtigtes Ausfahren und Wiedereinholen der Faltstruktur gestattet, wobei die Bewegungsvorgänge nach Geschwindigkeit und Lage jederzeit steuerbar sein sollen. Insbesondere soll die Verwendung von Drehstäben der bekannten Art vermieden werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß vom Zentralkörper aus einziehbare, über um die Schwenkachsen frei drehbar gelagerte Seilrollen laufende, von Seilrolle zu Seilrolle die Rollenseite wechselnde, jeweils an dem am weitesten außen angeordneten Strukturelement befestigte Seile vorgesehen sind.

In Anwendung auf die oben geschilderten, bekannten Solarzellenausleger bedeutet dies, daß zumindest am oberen, zweckmäßig zusätzlich am unteren Rand der die Strukturelemente bildenden, aneinandergereihten Platten Seilzüge vorgesehen sind. An die Stelle der elastischen Drehstäbe des bekannten Mechanismus treten nunmehr starre Schwenkachsen, um die die Platten jeweils drehbar sind, und auf denen frei drehbar Seilrollen gelagert sind. Diese dienen zur Führung der Seile, von denen jeweils mindestens eins der Funktion des Ausfahrens und mindestens eins der Funktion des Wiedereinholens zugeordnet sind. Durch die frei drehbaren, quasi losen Seilrollen sowie die Tatsache, daß die Seile jeweils an dem am weitesten außen gelegenen Strukturelement angreifen, ist eine einwandfreie und sehr direkte Kraftübertragung gewährleistet. Die Seilzüge können gemeinsam von einem am Zentralkörper befestigten Motor betätigt werden.

Um die Seile einwandfrei zu führen und jederzeit unter Spannung zu halten, wird vorgeschlagen, daß die Seile die Seilrollen jeweils einmal umlaufen, so daß sie den Kontakt

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mit den Seilrollen nicht verlieren können und daß die Seile weiterhin über am Zentralkörper befestigte Seilspanner laufen.

Die Erfindung stellt somit einen Mechanismus zur Verfügung, der ein wiederholtes, einwandfreies und zuverlässiges Ausfahren und Wiedereinholen der Faltstruktur gestattet. Die Anzahl der aneinanderzureihenden Strukturelemente ist im Prinzip nicht begrenzt. Die Bewegungsvorgänge können nach Geschwindigkeit und Lage der Strukturelemente gesteuert werden, wobei ein Stoppen jederzeit möglich ist. Dabei treten an allen Schwenkachsen gleiche Ausfahr- und Wiedereinho!momente auf. Weiterhin ist von Vorteil, daß thermische Dehnungen der Bauteile keinen Einfluß auf die Präzision der Bewegungsvorgänge haben. Die'Bauweise ist insgesamt unkompliziert, es werden lediglich einfache Bauteile in relativ geringer Anzahl benötigt. Der zur Durchführung der Bewegungsvorgänge erforderliche Leistungsbedarf ist ebenfalls vergleichsweise gering. Er kann noch dadurch erheblich vermindert werden, daß eine lange Ausfahrzeit gewählt wird. Es treten weder Leistungsspitzen noch ein Einrastschock auf.

Der Mechanismus ist bevorzugt bei Solarzellenauslegern für Satelliten verwendbar. Seine Anwendbarkeit ist jedoch keineswegs darauf beschränkt. So können die die Faltstruktur bildenden Strukturelemente auch Träger für flächenhaft angeordnete Strahlerelemente einer Antenne sein. Überhaupt hängt die Anwendbarkeit nicht davon ab, welche Funktionselemente die Strukturelemente tragen sollen. Die Erfindung

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wird bei den unterschiedlichsten Faltstrukturen anwendbar sein, die zieharmonikaartig gefaltet werden, und bei denen infolgedessen kein oder nur ein sehr geringes Drehmoment auf den Zentralkörper übertragen wird.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ein Ausführungsbeispiel soll im folgenden anhand der Abbildung näher beschrieben werden.

Dargestellt ist in schematischer Weise eine Faltstruktur 2, die im wesentlichen aus drei plattenförmigen Strukturelementen 3/4,5 besteht. Auf diesen Strukturelementen sind (nicht dargestellte) flächenhafte Solarzellen aufgebracht. Die Faltstruktur ist an einem Zentralkörper 1 drehbar gelagert. Die Strukturelemente 3 und. 4 sowie 4 und 5 können um jeweils gemeinsame Schwenkachsen 9,9' gedreht werden, und zwar jeweils gegensinnig. Dies bedeutet, daß in der dargestellten Position das Strukturelement 3 entgegen dem Uhrzeigersinn und das Strukturelement 4 im Uhrzeigersinn um die Schwenkachse 9 drehbar sind. Um die Schwenkachse 9¹ ist das Strukturelement 4 im Uhrzeigersinn und das Strukturelement 5 entgegen dem Uhrzeigersinn drehbar. Am Zentralkörper 1 ist die Faltstruktur 2 über eine Schwenkachse 9" gelagert. Auf den Schwenkachsen 9,9' und 9'' sind jeweils zwei unabhängig voneinander frei drehbare Seilrollen 10,11 sowie 10',11'und 10", 11" gelagert.

An einem an dem am weitesten außen gelegenen Strukturelement 3 angebrachten Befestigungselement 6 greifen zwei Seile 7,8 an/ von denen das erstere der Funktion des Ausfahrens bzw. Entfaltens und das letztere der Funktion des Wiedereinholens bzw. Faltens zugeordnet ist. Das Seil 7 läuft in peripheren Führungsrillen der Seilrollen 10,10' sowie 10" und zwar so, daß es jede dieser Seilrollen einmal

umläuft. Auf gleiche weise sind dem Seil 8 die Seilrollen 11, 11' sowie 11'· zugeordnet. Zwei entsprechende Seilzüge verlaufen am unteren Rande der Faltstruktur 2.

Im inneren des Zentralkörpers 1 ist ein Motor 14 gelagert.

Auf dessen Welle 15 sind hintereinander zwei Seiltrommeln 16/17 aufgesetzt. Die beiden Seile 7,.8. laufen über zwei ebenfalls im Zentralkörper gelagerte Seilspanner 13,12 zu den Seiltrommeln 17,16. Die Seile 7/8 laufen auf den Seiltrommeln 17/16 in entgegengesetzter Drehrichtung ein, sind auf diesen aufgewickelt und an diesen befestigt. Bei einer Drehung der Welle 15 beispielsweise entgegen dem Uhrzeigersinn wird das Seil 8 angezogen/ das Seil 7 in entsprechendem Maße gelockert. Die Verkürzung des Seiles 8 führt dazu, daß die Faltstruktur 2 durch Drehung der Strukturelemente 3,4,5 um die zugeordneten Schwenkachsen 9,9' sowie 9'¹ zieharmonikaartig eingeknickt wird. Die dabei auftretenden Drehmomente sind in ihrer Größe allein durch die Zugkraft und die Radien der Seilrollen bestimmt. Die Durchmesser der Seiltrommeln 16,17 sowie die Länge und Stärke der Federelemente der Seilspanner 12,13 sind so aufeinander abgestimmt, daß die beiden Seile 7,8 immer straff gespannt sind, obwohl während einer Drehbewegung der Welle des Motors 14 immer eins der beiden Seile angezogen und das andere gelockert wird. Für die beiden Seilzüge am unteren Rand der Faltstruktur 2 gilt entsprechendes.

In der Abbildung dargestellt sind noch zwei Zugmittelgetriebe, wie sie eingangs bei der Diskussion des Standes der Technik erwähnt wurden. Diese bestehen jeweils aus zwei Kreisscheiben, die über ein geschlossenes, jeweils an ihnen befestigtes Seil miteinander verbunden sind. Am oberen

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Rand der Faltstruktur 2 besteht dieses Zugmittelgetriebe aus den beiden Kreisscheiben 18 und 19 sowie dem geschlossenen Seil 20 (strichpunktiert dargestellt). Das geschlossene Seil 20 kann mit Hilfe einer Spannvorrichtung 21 unter Spannung gesetzt und gehalten werden. Ein entsprechendes Zugmittelgetriebe ist am unteren Rand der Paltstruktur 2 unterhalb des Strukturelementes 4 angedeutet. Die Zugmittelgetriebe sind dazu bestimmt, die Winkelgleichmäßigkeit der Ausfahr- und Wiedereinholbewegung zu gewährleisten.

ist die Faltstruktur 2 ganz ausgefahren, so steht das durch den Seilzug bezüglich jeder Schwenkachse erzeugte gleichgroße Moment als Haltemoment zur Verfugung. Das Seil wird so stark gespannt, daß die gesamte Steifigkeit der ausgefahrenen Faltstruktur nicht nachteilig beeinflußt wird.

Ein besonderer Vorteil besteht in der gleichmäßigen Verteilung der Seilspannung über die ganze Seillänge, und zwar aufgrund der frei drehbaren Seilrollen. Temperaturbedingte Längenänderungen im Seil oder in einzelnen Seilabschnitten können durch den zugeordneten Seilspanner ausgeglichen werden. Die Ausfahr- und Wiedereinholleistung ist sehr gleichmäßig auf die einzelnen Strukturelemente verteilt.

Prinzipiell besteht die Möglichkeit, mit Hilfe der Seilspanner temperaturabhängig einen Schalter zu betätigen, welcher das Nachfahren des Motors 14 schaltet. Um nach dem Abschalten des Motors ein Zurücklaufen des Seiles zu verhindern, ist eine Bremse oder ein selbsthemmendes Getriebe erforderlich. Die Ausfahr-und WiedereinhoIgeschwindigkeit wird durch die Drehzahl des Motors 14 gegeben und ist innerhalb eines großen Bereiches den Erfordernissen anpaßbar,

Leerseite

Claims

MESSERSCHMITT-BÖLKOW-BLOHM Ottobrunn, 15.12.1981 GESELLSCHAFT BTO1 El/le MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG MÜNCHEN · 9140 Mechanismus zum Ausfahren und Wiedereinholen einer Faltstruktur Patentansprüche

1. Mechanismus zum Ausfahren und Wiedereinholen einer

. an einem Zentralkörper gelagerten Faltstruktur, die aus mehreren gelenkig miteinander verbundenen Strukturelementen besteht, wobei benachbarte Strukturelemente jeweils um gemeinsame Schwenkachsen gegensinnig drehbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß vom Zentralkörper (1) aus einziehbare, über um die Schwenkachsen (9, 9¹ , 9" ) frei drehbar gelagerte Seilrollen (10,11? 10", 11'; 10", 11") laufende, von Seilrolle zu Seilrolle die Rollenseite wechselnde, jeweils an dem am weitesten außen angeordneten Strukturelement (3) befestigte Seile (7,8) vorgesehen sind.

2. Mechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Schwenkachse (9) je zwei Seilrollen (10,11) frei drehbar gelagert sind, von denen eine das zum Ausfahren, die andere das zum Wiedereinholen der F^altstruktur (2) bestimmte^:Seil führt.

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3. Mechanismus nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet/ daß die Seile (7/8) die Seilrollen jeweils einmal umlaufen.

4. Mechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Seile über am Zentralkörper (1) befestigte Seilspanner (12,13) laufen.

5. Mechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein im oder am Zentralkörper (1) gelagerter Motor (14) vorgesehen ist, dessen Welle (15) zwei axial versetzte Seiltrommeln (16,17) trägt, wobei das oder die zum Ausfahren bestimmten Seile (7) in einer Drehrichtung auf die eine Seiltrommel (17) und das oder die zum Wiedereinholen bestimmten Seile (8) in der anderen Drehrichtung auf die andere Seiltrommel (16) aufgewickelt sind.

6. Mechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strukturelemente (3,4,5) flächenhafte Solarzellenträger sind.