DE3927941C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verriegelungsvorrichtung für entfaltbare Solargeneratoren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Entfaltbare Solargeneratoren von Satelliten bestehen aus mehreren, Solarzellen tragenden Paneelen, die mit den ihnen jeweils benachbarten Paneelen über Drehachsen schwenkbar verbunden sind. Im zusammengefalteten Zustand liegen die Paneele aufeinander und werden durch besondere Niederhalter am Entfalten gehindert. Dabei liegt das gesamte Paneelpaket am Satellitenkörper an. Nach Freigabe des Entfaltvorganges durch Lösen der Niederhalter schwenken die einzelnen Paneele um die jeweiligen Drehachsen in eine insgesamt gestreckte, entfaltete Position. Die Entfaltbewegung kann dadurch bewirkt werden, daß im Bereich der Drehachsen zunächst unter Vorspannung stehende Federn entsprechende Drehmomente ausüben. Als Alternative hierzu können auch motorbetriebene Seilzugmechanismen vorhanden sein, wie sie etwa in Aircraft Engineering, Januar 1984, Seiten 2 bis 5, insbesondere Fig. 4, beschrieben sind.

Die bisher verwendeten Solargeneratoren werden im allgemeinen in einem einzigen Entfaltvorgang in eine insgesamt gestreckte Position gebracht. Zuweilen stellt sich jedoch die Forderung, daß nicht der gesamte Solargenerator auf einmal zu entfalten ist, sondern daß zunächst nur beispielsweise das äußerste Paneel um 90° zu schwenken ist, während alle anderen Paneele im gefalteten Zustand verbleiben. Eine solche Teilentfaltung kann beispielsweise auf einem Transferorbit erwünscht sein, solange der Satellit noch nicht seine endgültige, beispielsweise geostationäre Umlaufbahn erreicht hat und die bereits gänzlich entfalteten Solargeneratoren bei weiteren Lage- bzw. Bahnänderungsmanövern hinderlich wären, beispielsweise beim Apogäumseinschuß. Während des teilentfalteten Zustands der Solargeneratoren steht demnach bereits ein gewisser Anteil der erzeugbaren Energie zur Verfügung, um wenigstens einen Teil der energieverzehrenden Komponenten betreiben zu können. Nach Erreichen der endgültigen Umlaufbahn sind die Solargeneratoren gänzlich zu entfalten, wobei auch hier die Paneele insgesamt schließlich in eine gestreckte Position gebracht werden. Hierbei muß auch das letzte Paneel, welches bei der Teilentfaltung bereits um etwa 90° geschwenkt war, um nochmals rund 90° weitergeschwenkt werden. Zwischen diesem letzten, d. h. äußersten, und dem vorletzten Paneel muß also eine Verriegelungsvorrichtung vorhanden sein, welche es einmal ermöglicht, daß das äußerste Paneel von der gefalteten in die teilentfaltete, d.h. um 90° geschwenkte Position gebracht und dort zeitweise verriegelt werden kann, und durch welche es zum anderen gewährleistet ist, daß schließlich die weitere Entfaltung in den gestreckten Endzustand mit anschließender Verriegelung ablaufen kann. Natürlich kann auch gefordert sein, daß nicht nur das äußerste, sondern beispielsweise die beiden äußersten Paneele gemeinsam einer Teilentfaltung zu unterziehen sind. Dann muß die entsprechende Verriegelungsvorrichtung zwischen dem vorletzten und dem nach innen hin folgenden Paneel vorgesehen sein.

Eine Verriegelungsvorrichtung der eingangs genannten Art, welche auch die Teilentfaltung ermöglicht, ist aus der FR-A1 26 27 150 bekannt. Gemäß dieser bekannten Vorrichtung sind zwei benachbarte Paneele eines Solargenerators durch zwei um eine gemeinsame Drehachse schwenkbare Gelenkhälften verbunden. An der einen Gelenkhälfte ist schwenkbar ein Rasthebel gelagert, welcher mit einem achsparallel gerichteten Einrastbolzen versehen ist. Die andere Gelenkhälfte weist ein Führungselement mit einer Führungskontur auf, welche in einen äußeren, kreisförmigen Kurvenabschnitt sowie einen inneren, ebenfalls kreisförmigen Kurvenabschnitt mit geringerem Radius eingeteilt ist. Der innere Kurvenabschnitt endet in einer Einrastnut. Der Einrastbolzen ist mit einer zur Drehachse hin gerichteten Federkraft beaufschlagt, so daß er stets an den Kurvenabschnitten der Führungskontur des Führungselementes anliegt. Die den Rasthebel tragende Gelenkhälfte ist weiterhin mit einem achsparallel gerichteten Haltebolzen versehen, welcher nach dem Herumschwenken des einen Paneels in die teilentfaltete Stellung in eine Öffnung entsprechenden Durchmessers im Führungselement einrastet, so daß dieses Paneel an einem weiteren Herumschwenken gehindert ist. In dieser Stellung hat der Einrastbolzen gerade den äußeren Kurvenabschnitt verlassen und liegt an der den Übergang zwischen äußerem und innerem Kurvenabschnitt bildenden Anschlagfläche an. Der in die Öffnung im Führungselement eingerastete Haltebolzen bildet somit ein Halteelement, welches ebenfalls verhindert, daß der Einrastbolzen nach Verlassen des äußeren Kurvenabschnittes auf dem inneren Kurvenabschnitt weiter verschoben werden kann. Die bekannte Vorrichtung weist ferner eine in Bezug auf das Führungselement axial versetzte, um die gemeinsame Drehachse drehbare Steuerscheibe auf, welche über einen Seilzugmechanismus die weitere Entfaltung bewirken soll. Sie weist eine Bohrung auf, in die kurz nach dem Einsetzen ihrer Drehung der mit einer entsprechend gerichteten Federkraft beaufschlagter Haltebolzen einfährt. Damit verläßt der Haltebolzen gleichzeitig die Öffnung im Führungselement, so daß eine weitere Drehung der Steuerscheibe zur Mitnahme des bereits teilentfalteten Paneels führt, wobei dann der Einrastbolzen des Rasthebels ungehindert auf dem inneren Kurvenabschnitt der Führungskontur des Führungselementes gleiten kann, bis er schließlich in dessen Einrastnut zur Ruhe kommt, womit die vollständig entfaltete Stellung erreicht ist.

Nachteilig an der bekannten Vorrichtung ist, daß der Haltebolzen, welcher die Verriegelung in der teilentfalteten Stellung bewirkt, ein separates, bewegliches Teil darstellt, welches zusätzlich mit einer Feder zusammenwirkt, so daß die Gefahr des Verklemmens oder Verkantens nicht ausgeschlossen ist und somit die Funktionsweise der Verriegelungsvorrichtung unter Umständen beeinträchtigt sein kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Verriegelungsvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche sich gegenüber der bekannten Vorrichtung durch erhöhte Funktionssicherheit und geringeren Bedarf an separaten Einzelteilen auszeichnet.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Demnach wird die Mitnahmeeinrichtung, welche bei der bekannten Vorrichtung im wesentlichen durch den Haltebolzen gebildet wird, nunmehr durch eine in die Steuerscheibe radial eingeschnittene Mitnahmenut für den Einrastbolzen verkörpert, und die Verriegelung in der teilentfalteten Stellung wird dadurch bewirkt, daß einerseits der Radius der Steuerscheibe kleiner als der des äußeren Kurvenabschnittes und größer als der des inneren Kurvenabschnittes der Führungskontur des Führungselementes ist und andererseits der innere Kurvenabschnitt die innere Begrenzung eines gekrümmten Schlitzes im Führungselement darstellt, dessen dem äußeren Kurvenabschnitt zugewandte Öffnung so dimensioniert ist, daß der Einrastbolzen in der teilentfalteten Stellung weder vor- noch zurückbewegt werden kann. Die weitere Mitnahme des teilentfalteten Paneels erfolgt dann, wenn der Einrastbolzen in Eingriff mit der Mitnahmenut der Steuerscheibe gebracht ist, wozu diese um einen entsprechenden Winkelbetrag gedreht werden muß.

Durch die erfindungsgemäßen Merkmale ist gewährleistet, daß sowohl die Teilentfaltung als auch die irgendwann danach erfolgende vollständige Entfaltung funktionssicher ablaufen, wobei gleichzeitig für eine sichere Verriegelung sowohl in der teilentfalteten als auch in der vollständig entfalteten Stellung gesorgt ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung betragen die beiden Winkelbereiche je etwa 90°.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Abbildungen näher dargestellt. Es zeigen in schematischer Darstellung:

Fig. 1 eine Verriegelungsvorrichtung gemäß der Erfindung im zusammengefalteten Zustand der beiden benachbarten Paneele,

Fig. 2 die Verriegelungsvorrichtung der Fig. 1 im Zustand der Teilentfaltung der beiden Paneele,

Fig. 3 die Verriegelungsvorrichtung gemäß Fig. 1 auf dem Wege zur endgültigen Entfaltung und

Fig. 4 die Verriegelungsvorrichtung gemäß Fig. 1 im gänzlich entfalteten Zustand.

Fig. 1 zeigt die einander benachbarten Teile zweier schwenkbar miteinander verbundener Paneele 1 und 2 eines entfaltbaren Solargenerators. Beide sind um eine gemeinsame Drehachse 3 drehbar. In Fig. 1 ist der Zustand dargestellt, in dem alle Paneele des Solargenerators aufeinanderliegen und dieser somit vollständig zusammengefaltet ist. Von sämtlichen Paneelen des Solargenerators sind nur zwei (teilweise) dargestellt, die übrigen sind mit diesen und untereinander über zur dargestellten Drehachse 3 parallele Drehachsen ziehharmonikaartig verbunden.

Das eine Paneel 1 trägt an seiner der gemeinsamen Drehachse 3 zugewandten Seite einen mit seinem einen Ende schwenkbar an ihm gelagerten Rasthebel 4, welcher an seinem anderen Ende mit einem achsparallel, d.h. parallel zur Drehachse 3, gerichteten Einrastbolzen 5 versehen ist. Das andere Paneel 2 weist an seiner der gemeinsamen Drehachse 3 zugewandten Seite ein Führungselement 6 mit einer gekrümmten, in einer Einrastnut 7 endenden Führungskontur auf. Die Führungskontur ist in einen äußeren Kurvenabschnitt 8 und einen inneren Kurvenabschnitt 9 unterteilt. Der äußere Kurvenabschnitt 8 hat in Bezug auf die gemeinsame Drehachse 3 einen größeren radialen Abstand von dieser als der innere Kurvenabschnitt 9. In der Führungskontur ergibt sich also eine Stufe 10. Der äußere Kurvenabschnitt 8 umfaßt einen ersten Winkelbereich von ca. 90°, der innere Kurvenabschnitt 9 umfaßt einen zweiten Winkelbereich von ebenfalls nahezu 90°. Er bildet gleichzeitig die innere Begrenzung eines gekrümmten Schlitzes 11 im Führungselement 6, welcher an seiner einen Seite in die Einrastnut 7 und an seiner anderen, dem äußeren Kurvenabschnitt 8 zugewandten Seite in eine nach außen hin gerichtete Öffnung 12 mündet. Die Weite dieser Öffnung 12 entspricht mindestens dem Durchmesser des Einrastbolzens 5.

In axialer Versetzung zum Führungselement 6 ist eine Steuerscheibe 13 angebracht, und zwar drehbar um die gemeinsame Drehachse 3. Für die Funktion ist wichtig, daß die Steuerscheibe 13 in Richtung vom ersten Winkelbereich (äußerer Kurvenabschnitt 8) zum zweiten Winkelbereich (innerer Kurvenabschnitt 9) hin drehbar ist. Die Steuerscheibe weist eine radial eingeschnittene Mitnahmenut 14 auf, deren Breite so bemessen ist, daß sie zur Aufnahme des Einrastbolzens 5 geeignet ist. Das den Einrastbolzen 5 tragende Ende des Rasthebels 4 wird durch eine (nicht dargestellte) Feder zur Drehachse 3 hingezogen, so daß der Einrastbolzen 5, welcher an dem äußeren Kurvenabschnitt 8 der Führungskontur anliegt, ständig mit dieser in Kontakt gehalten wird. Der äußere und der innere Kurvenabschnitt 8 bzw. 9 der Führungskontur des Führungselementes 6 haben jeweils Kreisbogenform. Dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, vielmehr sind auch andere Krümmungsformen denkbar, beispielsweise solche, bei denen sich der radiale Abstand zur Drehachse 3 im oben erwähnten Drehsinn zunehmend verringert. Die Steuerscheibe 13 hat zumindest teilweise Kreisform, wobei ihr Radius kleiner als der des äußeren Kurvenabschnittes 8 und größer als der des inneren Kurvenabschnittes 9 gewählt ist.

Um das Paneel 1 gegenüber dem Paneel 2 in einen Zustand der Teilentfaltung zu bringen, sind zunächst die (nicht dargestellten) Niederhalter zu lösen, durch welche das Paneel 1 fest auf dem Paneel 2 niedergehalten wird. Dann kann die Schwenkbewegung des Paneels 1 um einen ersten Winkelbereich erfolgen, und zwar im dargestellten Ausführungsbeispiel im Uhrzeigersinn. Hierzu wird auf das Paneel 1 ein einsprechendes Drehmoment ausgeübt, beispielsweise durch einen (nicht dargestellten) motorbetriebenen Seilzugmechanismus, oder durch im Bereich der Drehachse 3 angreifende, vorgespannte (nicht dargestellte) Federn. Bei der Schwenkbewegung im Uhrzeigersinn gleitet der Einrastbolzen 5 solange auf dem äußeren Kurvenabschnitt 8 der Führungskontur, bis er nach einer Drehung des Paneels 1 um ungefähr 90° in die Öffnung 12 des gekrümmten Schlitzes 11 hineingelangt. Aufgrund der Zugwirkung der in Richtung auf die Drehachse 3 hin wirkenden (nicht dargestellten) Feder kommt der Einrastbolzen 5 in der Öffnung 12 in Kontakt mit der gekrümmten, nämlich kreisförmigen Außenkontur der Steuerscheibe 13. Letztere ist von der Drehung des Paneels 1 entkoppelt, führt also während der Teilentfaltung keine Drehbewegung aus.

Wie in Fig. 2 dargestellt, liegt der Einrastbolzen 5 nunmehr in der Öffnung 12 fest, da er von einem Halteelement 15 an einer weiteren Verschiebung im Uhrzeigersinn auf der Außenkontur der Steuerscheibe 13 gehindert wird. Das Halteelement 15 wird durch den dem äußeren Kurvenabschnitt 8 abgewandten Rand der Öffnung 12 gebildet, in die der gekrümmte Schlitz 11 mündet. Aufgrund der radialen Federwirkung kann der Einrastbolzen 5 auch nicht mehr von selbst wieder aus der Öffnung 12 herausgelangen. Die in Fig. 2 dargestellte Position entspricht somit dem Zustand der verriegelten Teilentfaltung, in dem das Paneel 1 gegenüber dem Paneel 2 um den Betrag eines ersten Winkelbereiches, hier ca. 90°, geschwenkt ist. Hierbei ist noch vorausgesetzt, daß die übrigen, vom Paneel 2 aus nach innen hin folgenden (nicht dargestellten) Paneele sich weiterhin im zusammengefalteten Zustand befinden, also zusammen mit dem Paneel 2 als kompaktes Paneelpaket am Satellitenkörper anliegen, wo sie durch eine zweite (nicht dargestellte) Niederhaltevorrichtung festgehalten werden. In diesem Zustand der Teilentfaltung des bzw. der Solargeneratoren ist der Satellit im allgemeinen so ausgerichtet, daß das teilentfaltete äußerste Paneel 1 mit seiner Flächennormalen voll auf die Sonne gerichtet ist, so daß bereits ein Teil der insgesamt erzeugbaren Energie zur Verfügung steht.

Soll nun die völlige Entfaltung des Paneels 1 gegenüber dem Paneel 2 eingeleitet werden, so wird die Steuerscheibe 13 in Drehung versetzt, und zwar im Ausführungsbeispiel im Uhrzeigersinn. Die Mitnahmenut 14 gelangt dann nach einer Drehung von ca. 90° in eine Position, wo sie der Öffnung 12 direkt gegenübersteht, so daß der Einrastbolzen 5 durch die erwähnte, radial nach innen gerichtete Federwirkung in die Mitnahmenut 14 hineingezogen wird und am inneren Kurvenabschnitt 9 der Führungskontur des Führungselementes 6 anliegt. Das Halteelement 15 ist nun nicht mehr in der Lage, den Einrastbolzen 5 an seiner weiteren Bewegung entlang des inneren Kurvenabschnittes 9 zu hindern. Das gleiche gilt für die weitere Drehung des Paneels 1, welche bisher ebenfalls dadurch blockiert war, daß der Einrastbolzen 5 durch das Halteelement 15 festgehalten wurde. Voraussetzung hierfür ist natürlich, daß der Abstand zwischen der Außenkontur der Steuerscheibe 13 sowie dem inneren Rand des Halteelementes 15 im Bereich der Öffnung 12 geringer ist als der Durchmesser des Einrastbolzens 5. Weiterhin muß im Ausführungsbeispiel die radiale Breite des gekrümmten Schlitzes 11 mindestens so groß sein wie der Durchmesser des Einrastbolzens 5.

Ein Zwischenzustand der weiteren Entfaltung ist in Fig. 3 dargestellt, wo die Steuerscheibe 13 bereits so weit gedreht ist, daß die Mitnahmenut 14 sich etwa in der Mitte zwischen der Öffnung 12 und der Einrastnut 7 befindet. Während der weiteren Entfaltung, die über den zweiten Winkelbereich von ebenfalls ca. 90°, d.h. über die Länge des inneren Kurvenabschnittes 9 erfolgt, oder auch bereits vom Beginn der Drehung der Steuerscheibe 13 aus dem in Fig. 2 dargestellten Zustand an kann deren Drehung mit der Entfaltung der übrigen Paneele gekoppelt sein. Dies kann dadurch geschehen, daß die Steuerscheibe 13 als Seilführungsscheibe ausgebildet und in einen beispielsweise motorgetriebenen Seilzugmechanismus einbezogen ist. Dies ist jedoch für die Erfindung nicht unbedingt erforderlich, da die Steuerscheibe 13 auch vollkommen unabhängig von den übrigen Entfaltungsmechanismen sein kann. Es muß nur dafür Sorge getragen sein, daß die Steuerscheibe 13 während der Teilentfaltung zumindest insoweit von der Drehung des Paneels 1 bezüglich des Paneels 2 entkoppelt ist, daß die Mitnahmenut 14 am Ende der Teilentfaltung, wenn der Einrastbolzen 5 in die Öffnung 12 hineingezogen wird, noch nicht bis zu dieser Öffnung hin gedreht worden ist. Auch die anfängliche Position der Mitnahmenut 14 ist nicht auf die in Fig. 1 dargestellte beschränkt. Diese anfängliche Position kann beispielsweise im Extremfall direkt vor der Winkelposition gelegen sein, in der sich die Öffnung 12 befindet.

Gemäß Fig. 4 gelangt das Paneel 1 schließlich in eine Position, wo der Einrastbolzen 5 unter der radial nach innen gerichteten Federwirkung in die Einrastnut 7 hineingezogen und dort festgehalten wird, das Paneel damit verriegelt ist. Der Winkelabstand zwischen den beiden Paneelen 1 und 2 beträgt nunmehr 180°, und das Paneel 1 liegt stabil an (nicht dargestellten) Anschlägen des Paneels 2 an. Auch die übrigen Paneele sind jetzt vollständig entfaltet, der gesamte, aus diesen Paneelen zusammengesetzte Solargenerator befindet sich also in einer insgesamt gestreckten Lage.

Claims (2)

1. Verriegelungsvorrichtung für entfaltbare Solargeneratoren, die aus mehreren Paneelen bestehen, welche mit den jeweils benachbarten Paneelen über Drehachsen schwenkbar verbunden sind, wobei das eine zweier einander benachbarter Paneele an seiner der gemeinsamen Drehachse zugewandten Seite einen mit seinem einen Ende schwenkbar an ihm gelagerten, an seinem anderen Ende mit einem etwa achsparallel gerichteten Einrastbolzen versehenen und zur gemeinsamen Drehachse hin mit einer Federkraft beaufschlagten Rasthebel aufweist und das jeweils andere Paneel mit einem Führungselement mit einer gekrümmten, in einer Einrastnut endenden Führungskontur versehen ist, an welcher der Einrastbolzen verschiebbar anliegt,
wobei die Führungskontur einen äußeren, einen ersten Winkelbereich umfassenden Kurvenabschnitt mit größerem radialem Abstand zur gemeinsamen Drehachse sowie einen daran anschließenden, inneren, einen zweiten Winkelbereich umfassenden Kurvenabschnitt in Kreisbogenform mit geringerem radialem Abstand zur gemeinsamen Drehachse (3) aufweist,
wobei eine in Bezug auf das Führungselement axial versetzte, um die gemeinsame Drehachse in Richtung vom ersten zum zweiten Winkelbereich hin drehbare, zumindest teilweise als Kreisscheibe ausgebildete Steuerscheibe mit einer auf das eine Paneel wirkenden Mitnahmeeinrichtung vorhanden ist
und wobei eine Halteeinrichtung vorgesehen ist, welche verhindert, daß der Einrastbolzen nach Verlassen des äußeren Kurvenabschnittes der Führungskontur auf dem inneren Kurvenabschnitt weiter verschoben wird, solange noch keine Mitnahme des einen Paneels durch die Steuerscheibe erfolgt, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mitnahmeeinrichtung eine durch radialen Einschnitt in die Steuerscheibe (13) erhaltene Mitnahmenut (14) für den Einrastbolzen (5) ist,
der Radius der Steuerscheibe (13) kleiner als der des äußeren Kurvenabschnittes (8) und größer als der des inneren Kurvenabschnittes (9) ist
und der innere Kurvenabschnitt (9) die innere Begrenzung eines gekrümmten Schlitzes (11) im Führungselement (6) darstellt, welcher an seiner einen Seite in die Einrastnut (7) und an seiner anderen, dem äußeren Kurvenabschnitt (8) zugewandten Seite in eine nach außen hin gerichtete Öffnung (12) mit mindestens dem Durchmesser des Einrastbolzens (5) entsprechender Weite mündet,
wobei der dem äußeren Kurvenabschnitt (8) abgewandte Rand dieser Öffnung (Halteelement 15) sowie die Außenkontur der Steuerscheibe (13) die Halteeinrichtung (15) bilden und die Mitnahme dann erfolgt, wenn der Einrastbolzen (5) in Eingriff mit der Mitnahmenut (14) der Steuerscheibe (13) gebracht ist.

2. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Winkelbereich je etwa 90° betragen.