DE3532851A1 - Entfalt- und wiedereinfaltbarer antennenreflektor - Google Patents
Entfalt- und wiedereinfaltbarer antennenreflektorInfo
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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.
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