DE3615263A1 - Niederhaltevorrichtung an raumflugkoerpern - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Niederhaltevorrichtung für
entfaltbare oder ausklappbare Strukturen an Raumflug
körpern nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Eine solche Niederhaltevorrichtung ist aus der DE-PS
30 42 923 bekannt. Bei dieser Vorrichtung besteht jeder
einzelne Niederhalter aus zwei gleich langen Seilen 13,
14, welche an ihren Enden jeweils durch eine jochartige
Traverse verbunden sind. Die eine Verbindung, der Nie
derhaltekopf 15, ist fest mit dem äußersten Paneel ei
nes Solargenerators verbunden, die zweite Verbindung
ist lösbar in eine Freigabevorrichtung 12 am Raumflug
körper eingehängt. Wach Freigabe werden die Seile 13,
14 von mit ihnen verbundenen Federbändern 9, 10 aufge
rollt und verbleiben am Paneel des Solargenerators. Da
in der Regel mehrere solche Niederhalter für einen So
largenerator erforderlich sind, müssen alle Freigabe
vorrichtungen 12 antriebsmäßig gekoppelt und synchroni
siert werden. Die relativ große Anzahl von Teilen, ins
besondere von bewegten Teilen, sowie die mechanisch
aufwendige Ausführung der Freigabevorrichtungen machen
diese Vorrichtung vergleichsweise schwer, teuer und an
fällig.
Aus der EP-OS 01 21 959 und der US-PS 44 26 053 sind
Systeme bekannt, bei denen die entfaltbaren Strukturen
in kistenähnlichen Behältern untergebracht sind, und
die Freigabe durch Öffnen der Behälterdeckel erfolgt.
Behälter und Deckel sind anfangs mit mehreren U-förmi
gen, aufgeklebten oder aufgeschweißten Metallstreifen
verbunden, deren freie Schenkel an einem gemeinsamen
Seil befestigt sind. Ein Ende dieses Seiles ist fest
mit dem Behälter verbunden, das andere Ende ist über
eine Zugfeder vorgespannt. In der Nähe des festen Seil
endes ist eine Schneidvorrichtung, z.B. ein pyrotechni
scher oder elektrischer Seil-Cutter, angeordnet, welche
bei Bedarf das vorgespannte Seil durchtrennt. Die auf
das Beil einwirkende Federkraft reißt die U-förmigen
Metallstreifen von den Verbindungsstellen ab, der Be
hälterdeckel kann sich öffnen, und die Struktur wird
entfaltet. Die Umhüllung der Struktur mit einem ge
schlossenen Behälter macht diese Vorrichtungsart rela
tiv schwer, teuer, aufwendig und platzraubend. Das Seil
selbst wird nicht als mechanisches Befestigungselement
sondern nur als Auslöseorgan benutzt. Falls die U-för
migen Verbindungsstreifen nicht vollständig abgezogen
werden, beispielsweise weil sie abbrechen, kann der
Deckel nicht geöffnet werden, und die Vorrichtung ver
sagt als Ganzes.
Angesichts der Nachteile der bekannten Lösungen besteht
die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine mög
lichst leichte, einfache und dabei zuverlässige Nieder
haltevorrichtung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 ge
kennzeichneten Merkmale gelöst.
Jeder einzelne Niederhalter der Vorrichtung besteht al
so nur aus einem auf Zug belasteten Seil und mindestens
einer Schneidvorrichtung zum Durchtrennen des Seiles.
Die Schneidvorrichtung tritt an die Stelle einer schwe
reren und anfälligeren Auslösemechanik und erfüllt in
gleicher Weise die Aufgabe der einmaligen Freigabe des
Niederhalters, wobei aus Sicherheitsgründen auch die
Anordnung von zwei Schneidvorrichtungen denkbar ist.
Das Einfügen eines elastischen Zwischengliedes ist
sinnvoll, um Belastungsspitzen zu dämpfen und um unter
schiedliche Maßänderungen aufgrund der großen Tempera
turunterschiede auf der Erde und im Weltraum zu kompen
sieren. Die Veränderung der wirksamen Seillänge ermög
licht das Ausgleichen von Fertigungsungenauigkeiten un
ter Einhaltung einer definierten Seilkraft.
Somit erhält man durch Kombination an sich bekannter
Einzelelemente besonders leichte und einfache Nieder
halter, welche beispielsweise über eine elektrische
Schaltung einzeln, in Gruppen oder in ihrer Gesamtheit
freigegeben werden können, wodurch die Vorrichtung auch
für Teilentfaltung und anschließende Vollentfaltung der
Struktur anwendbar ist.
Die Unteransprüche 2 bis 5 enthalten bevorzugte Ausge
staltungen der Vorrichtung nach Anspruch 1.
Tellerfedern als elastisches Zwischenglied besitzen den
Vorteil, daß die Federkraft sich über den Federweg
nicht sehr stark ändert, wodurch die Seilkraft etwa
konstant bleibt. Die Einstellung der Seillänge am äuße
ren Seilende ist aufgrund der besseren Zugänglichkeit
günstig.
Pyrotechnische Seil-Cutter besitzen hohe Schneidkräfte
bei geringer Masse und sind über Zündkabel einfach mit
einer zentralen Steuereinheit zu verbinden.
Die Klemmhülse zwischen Seil-Cutter und Seilführungsbe
schlag verhindert ein unkontrolliertes Davonfliegen des
gekappten Seiles sowie der Einstellvorrichtung und der
Tellerfedern, welche die Struktur beschädigen oder sich
in ihr verklemmen könnten.
Stahl ist ein hochfestes, preiswertes, temperaturbe
ständiges Seilmaterial, welches - im Gegensatz zu
Kunstfasern - nicht kriecht.
Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles noch nä
her erläutert. Dabei zeigt die Figur in vereinfachter
Darstellung alle wesentlichen Elemente eines Niederhal
ters und deren Zuordnung zu benachbarten Bauteilen.
Die Niederhaltevorrichtung 1 besteht meistens aus meh
reren Niederhaltern 2, welche zum einen mit dem Raum
flugkörper 3 und zum anderen mit der Struktur 4, im
vorliegenden Fall mit einem Solargenerator aus entfalt
baren Solarzellenpaneelen, verbunden sind. Falls die
Struktur 4 ausschließlich für vollständige Entfaltung
vorgesehen ist, greifen alle Niederhalter 2 am glei
chen, äußersten Element 5 an. Falls die Struktur 4 aber
zuerst teilentfaltet und anschließend vollständig ent
faltet werden soll, greift nur ein Teil der Niederhal
ter 2 am äußersten Element 5 an, die restlichen Nieder
halter 2 halten das äußerste derjenigen Elemente fest,
welche nicht für Teilentfaltung vorgesehen sind, also
in der Regel das zweite Element von außen.
In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß "innen" gleich
zusetzen ist mit "nahe am Raumflugkörper 3" und "außen"
mit "vom Raumflugkörper 3 entfernt".
In der Figur sind die wesentlichen Elemente eines Nie
derhalters 2 gezeigt, welcher aus einem vorgespannten,
zugbelasteten Seil 6 besteht, dem ein pyrotechnischer
Seil-Cutter 14 zugeordnet ist. Da jeder Niederhalter 2
nur ein einziges Mal freigegeben wird, und diese Frei
gabe nicht reversibel sein muß, wird das Seil 6 mittels
des Cutters 14 einfach mechanisch durchtrennt. Die
Krafteinleitung in das innere 7 und äußere Ende 8 des
Seiles 6 erfolgt über Seilschuhe 9 mit kugeliger Aufla
gefläche, wodurch eine spannungserhöhende Seilbiegung
bei nicht fluchtenden Auflagepunkten vermieden wird.
Zur Krafteinleitung und Seilführung ist am äußersten
Element 5 der Struktur 4 ein Seilführungsbeschlag 10
vorgesehen. Zwischen diesem und dem äußeren Seilende 8
sind mehrere Tellerfedern 11 eingefügt, welche als ela
stisches Dämpfungsglied wirken. Diese sind primär dazu
bestimmt, unterschiedliche Maßänderungen von Struktur 4
und Beil 6 infolge der großen Temperaturunterschiede
auf der Erde und im Weltraum in Verbindung mit den un
terschiedlichen Wärmeausdehungskoeffizienten des Seil
und Strukturwerkstoffes (Stahl/CFK) auszugleichen, in
dem sie die Zugkraft des vorgespannten Seiles 6 auch
bei Relativverschiebungen etwa konstant halten. Das
Einstellen der gewünschten Vorspannung erfolgt durch
Verdrehen der mit einem Innengewinde versehenen Stell
mutter 12, wobei die Vorspannung so groß sein sollte,
daß die zusammengefalteten Strukturelemente unter allen
Belastungszuständen spielfrei aufeinanderliegen. Zwi
schen dem Seil-Cutter 14 und dem Seilführungsbeschlag
10 ist eine Klemmhülse 13 fest auf dem Seil 6 angeord
net. Diese hat die Aufgabe, zu verhindern, daß der ab
geschnittene Teil des Seiles 6 mit den daranhängenden
Einstell- und Federelementen wegfliegt und die Struktur
beschädigt oder sich in ihr verkeilt.
Zur weiteren Steigerung der Betriebssicherheit könnte
es in gewissen Fällen sinnvoll sein, pro Seil 6 zwei
voneinander unabhängige Seil-Cutter 14 vorzusehen.
Claims (5)
1. Niederhaltevorrichtung für entfaltbare oder aus
klappbare Strukturen an Raumflugkörpern, insbesondere
für entfaltbare Solarzellenpaneele an Satelliten, mit
einem oder mehreren Niederhaltern, welche die erforder
liche Niederhalte- bzw. Vorspannkraft mittels zugbela
steter Seile auf die jeweilige Struktur ausüben, da
durch gekennzeichnet, daß jeder Nie
derhalter (2) die Kombination folgender Merkmale auf
weist:
- - ein Beil (6), dessen erstes, inneres Ende (7) mit dem Raumflugkörper (3) verbunden ist, und dessen zweites, äußeres Ende (8) mit einem - beispielsweise dem äußersten - Element (5) der Struktur (4) verbunden ist,
- - je ein axiales Anschlagelement am inneren (7) und äußeren Ende (8) des Seiles (6),
- - mindestens eine gezielt auslösbare Schneidvor richtung zum Durchtrennen des Seiles (6),
- - eine Einstellvorrichtung zum Verändern der wirksamen Seillänge,
- - ein elastisches Zwischenglied zur Stoßdämpfung und zur Kompensation unterschiedlicher Maßände rungen von Beil (6) und Struktur (4).
2. Niederhaltevorrichtung nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß die Ein
stellvorrichtung für die Seillänge als Stellmutter (12)
ausgeführt ist, daß das elastische Zwischenglied aus
einer oder mehreren Tellerfedern (11) besteht, und daß
Stellmutter (12) und Tellerfedern (11) zwischen einem
Seilführungsbeschlag (10) am jeweiligen Element (5) der
Struktur (4) und dem äußeren Ende (8) des Seiles (6)
konzentrisch bezüglich des Seiles (6) angeordnet sind.
3. Niederhaltevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Schneidvorrichtung zum Durchtrennen des Seiles (6) als
pyrotechnischer Seil-Cutter (14) ausgeführt und in der
Nähe des inneren Endes (7) des Seiles (6) am Raumflug
körper (3) befestigt ist.
4. Niederhaltevorrichtung nach Anspruch 2 und 3,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen
dem Seilführungsbeschlag (10) und dem Seil-Cutter (14)
nahe am Seilführungsbeschlag (10) eine Klemmhülse (13)
fest mit dem Beil (6) verbunden ist.
5. Niederhaltevorrichtung nach einem oder mehreren
der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Seil (6) als Stahlseil aus
geführt ist, und daß die axialen Anschlagelemente an
den Enden (7, 8) des Seiles (6) als Seilschuhe (9)
ausgeführt sind.
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