DE3532851A1 - Entfalt- und wiedereinfaltbarer antennenreflektor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen entfalt- und wieder­ einfaltbaren Antennenreflektor mit an einem Träger­ körper angelenkten, im entfalteten Zustand etwa radial von diesem abstehenden, ein Reflektornetz oder eine Reflektorfolie tragenden, zum Wiedereinfalten hoch­ schwenkbaren Tragrippen.

Ein derartiger Antennenreflektor ist aus der DE-OS 33 38 937 bekannt. Dort handelt es sich um einen vorzugsweise in der Raumfahrt zu verwendenden Antennen­ reflektor, der zum Zwecke des Transports im Stauraum der Trägerrakete auf einen kleinen Raum zusammenfaltbar sein muß. Der Antennenreflektor besteht daher im wesentlichen aus einem zentralen Trägerkörper, an dem im entfalteten Zustand radial nach außen weisende, starre Trägerrippen angelenkt sind, welche beim Zusammenfalten hochgeschwenkt werden können, so daß sie schließlich nahezu parallel zueinander stehen. An den Trägerrippen ist ein metallisches Reflektornetz befestigt, welches mit Hilfe von Justiereinrichtungen im entfalteten Zustand in die gewünschte, zumeist parabolische Form gebracht wird.

Anstelle eines Reflektornetzes kann bei einem der­ artigen Antennenreflektor prinzipiell selbstverständ­ lich auch eine metallische oder metallisierte Reflektorfolie verwendet werden, obwohl dies zumeist aus Gewichtsgründen vermieden wird. Im folgenden ist daher nur noch, auch stellvertretend für Reflektor­ folien, von Reflektornetzen die Rede.

Bei einem bekannten Antennenreflektor der obengenannten Art ergibt sich nun häufig die Schwierigkeit, das Reflektornetz beim Wiedereinfalten aus dem entfalteten Zustand in dem sehr kleinen, zwischen den Tragrippen noch verbleibenden Raum unterzubringen. Dabei ist zu beachten, daß derartige Antennenreflektoren im ent­ falteten Zustand beträchtliche Durchmesser aufweisen können, so daß entsprechend großflächige Antennennetze zu verwenden sind. Diese auf geordnete Weise zwischen den hochschwenkenden Tragrippen zu verstauen, bereitet erhebliche Schwierigkeiten, insbesondere bei manueller Durchführung. Schließlich muß das Reflektornetz zwischen den Tragrippen auf kleinem Raum so zusammen­ gefaltet werden, daß es nicht an den Tragrippen oder Justierelementen hängen bleibt, und daß es jederzeit auf einwandfreie Weise wieder entfaltet werden kann. Dieses Problem ist bisher nicht in zufriedenstellender Weise gelöst.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Antennenreflektor der eingangs genannten Art bereit­ zustellen, bei dem das Reflektornetz bzw. die Reflektorfolie in möglichst geordnetem Zustand derart eingefaltet werden kann, daß jederzeit ein störungs­ freies Entfalten und Wiedereinfalten möglich ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen benachbarten Tragrippen sich im wesent­ lichen quer zu diesen erstreckende, in vorwählbaren Abständen am Reflektornetz oder an der Reflektorfolie befestigte Faltelemente angebracht sind, wobei das Wiedereinfalten unter sukzessiver Verkürzung der Abstände zwischen den Befestigungspunkten erfolgt.

Werden innerhalb eines durch zwei benachbarte Trag­ rippen im entfalteten Zustand des Antennenreflektors gebildeten Sektors mindestens ein, vorzugsweise mehrere derartige Faltelemente angebracht, so faltet sich das Reflektornetz innerhalb dieses Sektors beim Wieder­ einfalten auf geordnete Weise zusammen. Dies geschieht vor allem dadurch, daß das Reflektornetz in vorzugs­ weise regelmäßigen Abständen mit den Faltelementen verbunden ist und diese Abstände im Zuge des Wieder­ einfaltens gleichzeitig verkürzt werden, wodurch dem Reflektornetz zwischen den Befestigungspunkten quasi eine geordnete Faltung aufgezwungen wird. Werden inner­ halb eines Sektors in gewissen radialen Abständen zueinander mehrere solcher, im wesentlichen quer zu den Tragrippen verlaufenden Faltelemente angebracht, so empfiehlt es sich, trotz der nach außen hin wachsenden Abstände zwischen den Tragrippen für jedes Faltelement jeweils gleich viele Befestigungspunkte vorzusehen. Dadurch wird eine von innen nach außen gleichbleibende Anzahl von Falten im Reflektornetz erreicht.

Den verwendbaren Faltelementen ist gemeinsam, daß sie im wesentlichen quer zu den Tragrippen in gewissen Abständen vorzugsweise mit der Unterseite des Reflektornetzes verbunden sind, und daß sie aufgrund ihrer besonderen Beschaffenheit diese Abstände beim Wiedereinfalten des Antennenreflektors in der Weise zu verkürzen in der Lage sind, daß das Reflektornetz sich in geordnete Falten legt. Es sind verschiedene Aus­ führungsformen von Faltelementen verwendbar.

So können als Faltelemente im wesentlichen quer zu den Tragrippen ausziehbare Wickelfedern dienen. Diese können an den benachbarten Tragrippen sowie an da­ zwischenliegenden Befestigungspunkten am Reflektornetz derart angebracht sein, daß sie im eingefalteten Zustand entspannt sind und beim Entfalten auseinander­ gezogen werden und somit unter Spannung geraten. Diese Spannung wird im allgemeinen relativ gering bemessen sein, vor allem um zu vermeiden, daß auf das Reflektor­ netz zusätzliche Kräfte ausgeübt werden, die seine vorjustierte Flächenform beeinträchtigen könnten.

Weiterhin ist es möglich, als Faltelemente ziehhar­ monikaartig zusammenfaltbare Strukturen zu verwenden, die jeweils aus einer Anzahl gelenkig miteinander verbundener, in ihrer Gesamtheit zusammenfaltbarer Plättchen, Stäbe oder Leisten bestehen. Im Falle von beispielsweise rechteckförmigen Plättchen können diese an ihren Schmalseiten jeweils mit Scharnieren unterein­ ander verbunden sein, wobei jedes zweite dieser Schar­ niere der Unterseite des Reflektornetzes zugekehrt und an den Befestigungspunkten an diesem angebracht ist. Beim Wiedereinfalten des Antennenreflektors bzw. Reflektornetzes werden diese aus Plättchen, Stäben oder Leisten bestehenden zusammenfaltbaren Strukturen dann durch die beim Hochschwenken sich einander annähernden Tragrippen zusammengeschoben bzw. -gefaltet. Auch hierbei wird dem Reflektornetz eine geordnete, durch die Befestigungspunkte der Scharniere oder Gelenke vorgegebene Faltung aufgezwungen. Es ist zweckmäßig, die zusammenfaltbare, beispielsweise aus Plättchen bestehende Struktur in ihrer Position bezüglich des Reflektornetzes jeweils durch ein Führungsseil zu stabilisieren. Dieses kann durch entsprechende Bohrun­ gen in den Plättchen, Stäben oder Leisten geführt sein und verläuft im wesentlichen quer zu den Tragrippen und parallel zur Reflektorfläche sowie unterhalb letzterer, d.h. auf der Rückseite des Reflektornetzes.

Anstelle von Plättchen können auch gewebte Bänder auf der Basis von Aramid- oder Kohlefasern verwendet werden, die z.B. mit Epoxidharz versteift sind und dann wie Plättchen wirken. Nur an den Gelenken (Faltstellen) fehlt diese Versteifung.

Als weitere Möglichkeit zur Gestaltung der Faltelemente seien hier noch im entfalteten Zustand des Antennen­ reflektors wellenförmig gebogene, in ihrer Position jeweils durch ein Führungsseil stabilisierte, elasti­ sche Bänder genannt. Derartige Bänder müssen sich beim Wiedereinfalten leicht zusammenschieben lassen, wobei sie dann unter geringe Spannung geraten.

Die drei obengenannten, konkreten Ausführungsformen von Faltelementen stellen keine abschließende Aufzählung dar. Vielmehr sind noch andere, ebenfalls unter das erfindungsgemäße Prinzip einzuordnende Ausgestaltungen von Faltelementen denkbar.

Insgesamt bietet die Erfindung eine Vielzahl von Vor­ teilen. Sie ermöglicht eine optimale Ausnutzung des sehr begrenzten Stauraumes für den Antennenreflektor während des Transports. Sie erleichtert das wiederholte und reproduzierbare Entfalten und Wiedereinfalten zu Test- und Probezwecken noch am Boden und im Weltraum. Das Reflektornetz kann sich beim Einfalten nicht ver­ klemmen, es wird vor Beschädigungen geschützt, neigt nicht zum Knittern und wird auf reproduzierbare Weise immer wie vorgesehen ordnungsgemäß gefaltet. Ein störungsfreies Entfalten ist jederzeit gesichert. Bei wiederholtem Entfalten und Wiedereinfalten ist ins­ besondere am Boden von Nachteil, daß die Schwerkraft auf das Antennennetz einwirkt, so daß sich ohne Anwen­ dung der erfindungsgemäßen Maßnahmen eine unkontrol­ lierte Faltung ergibt. Beim Reflektor einer Offset- Antenne von ungefähr 5,3 m Durchmesser sowie einer Tragrippenanzahl von 10 Stück beträgt die maximale Breite eines zwischen zwei entfalteten Tragrippen liegenden Sektors ungefähr 170 cm. Diese Breite wird beim Wiedereinfalten in die Startkonfiguration auf ungefähr 8 cm reduziert. Dies gibt eine Vorstellung davon, welche Massen eines Reflektornetzes, einschließ­ lich der an ihm in regelmäßiger flächenhafter Ver­ teilung angebrachten Justierelemente in dem geringen Restraum zwischen zwei hochgeschwenkten, eingefalteten Tragrippen unterzubringen sind. Dieses Problem wird bei aus zwei starren Teilrippen bestehenden Faltrippen, deren äußere Teilrippe im wiedereingefalteten Zustand des Reflektors nach innen hereingeschwenkt ist, noch vergrößert. Die Erfindung bietet auch hier eine prakti­ kable Lösung an.

Im folgenden ist die Erfindung in einigen Ausführungs­ beispielen anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen in schematischer Weise:

Fig. 1 einen Sektor eines Antennenreflektors gemäß der Erfindung im entfalteten Zustand mit schema­ tisch dargestellten Faltelementen,

Fig. 2 ein Faltelement aus gelenkig miteinander verbundenen Plättchen,

Fig. 3 ein Faltelement aus einem wellenförmigen, elastischen Band, sowie

Fig. 4 ein Faltelement aus einer ausgezogenen Wickelfeder.

In Fig. 1 ist schematisch ein Sektor 14 eines Antennen­ reflektors 1 im entfalteten Zustand in Draufsicht dargestellt. An einem zentralen Trägerkörper 4 sind Tragrippen 3 angelenkt, welche um Drehachsen 15 hoch­ schwenkbar sind, um in den wiedereingefalteten Zustand zu gelangen. In diesem Zustand ragen die Tragrippen 3 dann bezüglich der Zeichenebene nahezu senkrecht nach oben und sind damit nahezu parallel zueinander orien­ tiert. An den Tragrippen 3 ist ein Reflektornetz 2, das entweder aus Metallfäden oder metallisierten Kunst­ stoffäden besteht, angebracht. Im entfalteten und justierten Zustand ist die Oberfläche des Reflektor­ netzes 2 im allgemeinen in guter Näherung parabolisch gewölbt. Das Reflektornetz 2 kann mittels hier nicht dargestellter Abstandshalter, deren Länge auch ein­ stellbar sein kann, an der Oberseite der möglicherweise ebenfalls gewölbten Tragrippen 3 befestigt sein. Weitere hier nicht dargestellte Justierelemente können an der Unterseite des Reflektornetzes 2 befestigt und mit ihren anderen Enden an besonderen Spanndrähten oder an einem besonderen Justiernetz angebracht sein, welche mit den Unterseiten der Tragrippen 3 verbunden sind. Aus der Abbildung wird deutlich, daß der für das Reflektornetz 2 zur Verfügung stehende Raum nach dem Hochschwenken deutlich verringert ist. Um das Refle­ ktornetz 2 während des Hochschwenkens aus dem entfalte­ ten Zustand, in welchem es unter Spannung steht, in definierte und geordnete Falten legen zu können, sind zwischen den Tragrippen 3 innerhalb des dargestellten Sektors 14 drei sich im wesentlichen quer zu den Trag­ rippen 3 erstreckende Faltelemente 5 vorgesehen. Diese sind an jeweils sieben Befestigungspunkten 6 mit dem Reflektornetz 2 von dessen Unterseite her verbunden. Die Faltelemente 5 sind so konstruiert, daß sie an den Befestigungspunkten 6 in periodischer Wiederholung ihre höchstgelegenen Punkte besitzen und sich dazwischen weiter unterhalb des Reflektornetzes 2 fortsetzen. Weiterhin besitzen die Faltelemente 5 die Eigenschaft, sich beim Hochschwenken der Tragrippen 3 zusammen­ schieben- bzw. falten zu lassen, so daß sich die Abstände a zwischen ihren Befestigungspunkten 6 suk­ zessive verringern. Während des Wiedereinfaltens des Antennenreflektors 1 wird sich das Reflektornetz 2 daher zwischen den Befestigungspunkten 6 in radial ver­ laufende Falten legen, von denen eine durch die gestrichelte Gerade 16 angedeutet ist. Diese Falten werden sich bezüglich der Zeichenebene nach oben wölben. Damit wird dem Reflektornetz 2 durch die Falt­ elemente 5 eine geordnete Faltbewegung aufgezwungen.

In den Fig. 2a und 2b ist eine Ausführungsform eines Faltelementes 5 dargestellt, welche aus durch Gelenke 18 miteinander verbundenen Plättchen 9 besteht. Die Plättchen haben langgestreckte Rechteckform und sind in den Fig. 2a, 2b von der Seite her dargestellt. An den der Rückseite des Reflektornetzes 2 zugekehrten Gelenken 18 ist das Faltelement 5 an den Befestigungs­ punkten 6 mit dem Reflektornetz 2 verbunden. Darunter­ liegend ist an den Gelenken 18 ein elastisches, in dem in Fig. 2a dargetellten entfalteten Zustand des Reflek­ tornetzes vorgespanntes Schutzband 17 angebracht. Durch Bohrungen 11 in den Plättchen 9 ist ein Führungsseil 8 hindurchgeführt. Während des Hochschwenkens der Trag­ rippen 3 werden die Plättchen 9 von den Tragrippen, wie in Fig. 2b dargestellt, zusammengeschoben, wobei gleichzeitig das Führungsseil 8 über nicht gezeigte, in den Tragrippen 3 oder am Trägerkörper 4 angebrachte Aufrollmechanismen eingeholt und so gespannt gehalten wird. Weiterhin verliert das Schutzband 17 während des Einfaltens seine Vorspannung und verhindert gleich­ zeitig, daß das Reflektornetz 2 sich versehentlich in Richtung auf das Faltelement 5 hin faltet. Der in Fig. 2b dargestellte gefaltete Zustand des Reflektornetzes 2 ist somit durch das sich zusammenschiebende Faltelement 5 streng vorgegeben. Die Plättchen 9 können beispiels­ weise aus CFK- oder Kevlar-Gewebe, mit Kunstharz ver­ steift, bestehen, aus Gewichtsgründen und thermischen Gründen weniger aus Metallen, z.B. Aluminium.

Das Führungsseil 8 kann aus rostfreiem Stahl oder Kevlar-(Aramid)-Fasern sowie das Schutzband 17 aus Kevlargewebe oder demselben Gewebe wie das Reflektor­ netz, bestehen.

In Fig. 3 ist eine weitere mögliche Ausführungsform eines Faltelementes 5 dargestellt. In diesem Falle besteht das Faltelement 5 im wesentlichen aus einem etwa periodisch gebogenen, elastischen Band 13, welches ebenfalls mittels eines durch entsprechende Bohrungen geführten Führungsseils 8 in seiner Position stabili­ siert wird. Das Reflektornetz 2 ist an Befestigungs­ punkten 6 mit den auf seine Rückseite hin orientierten Wölbungen des elastischen Bandes 13 verbunden. Dieses elastische Band 13 kann beispielsweise aus kohlefaser­ verstärktem Kunststoff, Kevlar oder Metall bestehen. Fig. 3 zeigt den entfalteten Zustand des Reflektor­ netzes 2, in welchem das elastische Band 13 aufgrund seiner periodischen Wölbungen bereits eine ganze geringe Vorspannung aufweist. Beim Hochschwenken der Tragrippen 3 und gleichzeitigen Zusammenfalten des Reflektornetzes 2 zwischen den Befestigungspunkten 6 wird das elastische Band 13 noch weiter zusammen­ gedrückt, wobei seine Elastizitätsgrenze allerdings nicht überschritten wird. Auch hier wird während des Faltvorganges das Führungsseil 8 eingeholt und dadurch gespannt gehalten.

Als weitere, jedoch nicht abschließende Variante eines Führungselementes 5 ist schließlich in Fig. 4 eine Wickelfeder 7, beispielsweise aus Kupfer-Beryllium bestehend, dargestellt. Gezeigt ist der entfaltete Zustand des Reflektornetzes 2. Die Wickelfeder 7 ist an Befestigungspunkten 6 mit der Unterseite des Reflektor­ netzes 2 verbunden. Auch hier kann ebenso wie im Falle der Fig. 3 ein allerdings nicht dargestelltes, elasti­ sches Schutzband (siehe Fig. 2a, b) vorhanden sein, um für das Reflektornetz 2 die gewünschte Faltrichtung zwischen den Befestigungspunkten 6 zu gewährleisten. Die Wickelfeder 7 ist in dem entfalteten Zustand des Reflektornetzes 2 gemäß Fig. 4 bis zu einem gewissen Grade gedehnt und steht daher unter einer wenn auch geringen Spannung. Auf jeden Fall ist darauf zu achten, daß eine derartige Wickelfeder 7 ebenso wie die zuvor gezeigten Faltelemente 5 die vorjustierte Oberflächen­ form des Reflektornetzes 2 im entfalteten Zustand nicht beeinträchtigen.

Claims (7)

1. Entfalt- und wiedereinfaltbarer Antennen­ reflektor mit an einem Trägerkörper angelenkten, im entfalteten Zustand etwa radial von diesem abstehenden, ein Reflektornetz oder eine Reflektorfolie tragenden, zum Wiedereinfalten hochschwenkbaren Tragrippen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen benachbarten Tragrippen (3) sich im wesentlichen quer zu diesen erstreckende, in vorwählbaren Abständen (a) am Reflektornetz (2) oder an der Reflektorfolie be­ festigte Faltelemente (5) angebracht sind, wobei das Wiedereinfalten unter sukzessiver Verkürzung der Abstände (a) zwischen den Befestigungspunkten (6) erfolgt.

2. Antennenreflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faltelemente (5) im wesentlichen quer zu den Tragrippen (3) ausziehbare Wickelfedern (7) sind.

3. Antennenreflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faltelemente (5) aus einer Anzahl gelenkig miteinander verbundener, in ihrer Gesamtheit zusammenfaltbarer Plättchen (9), auch mit Kunstharz versteifter Gewebeplättchen aus Aramid­ fasern oder Kohlefaserbändern ohne Versteifung in den Faltbereichen, Stäbe oder Leisten bestehen.

4. Antennenreflektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch Bohrungen (11) in den Plättchen (9), Stäben oder Leisten eines Falt­ elementes (5) geführte und im wesentlichen quer zu den Tragrippen (3) und parallel zur Reflektorfläche unter­ halb dieser verlaufende Führungsseile (8) vorgesehen sind.

5. Antennenreflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faltelemente (5) im entfalteten Zustand des Antennenreflektors (1) wellenförmig gebogene, in ihrer Position jeweils durch ein Führungsseil (8) stabilisierte, elastische Bänder (13) sind.

6. Antennenreflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der den Faltelementen zugekehrten Seite des Reflektornetzes (2) zwischen den Befestigungspunkten (6) im entfalteten Zustand vorgespannte, elastische Bänder (17) angebracht sind.

7. Antennenreflektor nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Tragrippen (3) oder am Trägerkörper (4) die Führungs­ seile (8) beim Wiedereinfalten einholende Aufroll­ mechanismen vorgesehen sind.