DE3615263C2 - - Google Patents

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. Nach 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, welcher bei Bedarf das vorgespannte Seil durchtrennt. Die auf das Seil 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 Seil 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 Seil (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 Seil (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 Seil (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.