DE4026936C1

DE4026936C1 - Extensible mast for aerospace vehicle - has triangular cross=section with thin walled plastics strips

Info

Publication number: DE4026936C1
Application number: DE19904026936
Authority: DE
Inventors: Rainer Dr.-Ing. 3300 Braunschweig De Schuetze
Original assignee: Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1990-08-25
Filing date: 1990-08-25
Publication date: 1992-01-23
Anticipated expiration: 2010-08-26

Abstract

The extensible mast in triangular sections is made up of three coilable flexible thin wall plastics strips releasably interconnected at the edges by connectors which operate in and at right angles to the stip edges. The strips coil in and out using guides to form the mast section as they do so. The connectors engage and disengage with the guides during this operation. In their end state the strips are rigidly joined and have holders at their ends for the mast payload. The edges (18) of the strips (4) are angled at 30 deg to the strip plane and is fitted here with adhesive seals, using additional positive acting non-slip connectors acting along the strips at the edges. USE/ADVANTAGE - Platform masts. Mast strips with angled legs and end seals and additional longways connectors are proof against bending and torsion load.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen ausfahrbaren Mast mit einem dreieckigen Querschnitt nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to an extendable mast with a triangular cross section according to the preamble of the claim 1.

Bei einem bekannten Mast der gattungsgemäßen Art (US-PS 32 13 573) sind an den Längsrändern der Bänder in deren Ebene liegende schwal benschwanzförmige Zähne ausgebildet, zwischen denen Zwischenräume angeordnet sind, die an ihrer breitesten Stelle geringfügig größer sind als die größte Breite der Zähne. Die Bänder können somit mit ihren Rändern ineinandergesteckt werden, wenn die Bänder mit ihrem Randbereich etwa senkrecht aufeinanderstehen. Um dies zu erreichen werden die Bänder zunächst so zusammengeführt, daß zwei Bänder pa rallel zueinander zu dem dritten Band verlaufen und dann mit ihren Zähnen zwischen die Zähne des dritten Bandes eingeführt werden. Die beiden parallelen Bänder werden dann mit ihren freien Rand bereichen geneigt und über Rollenführungen so gebogen, daß die Randbereiche senkrecht aufeinanderstehen und die Zähne dann inein andergesteckt werden können. Die miteinander verbundenen Ränder sind formschlüssig in Längsrichtung der Bänder und senkrecht zur Bandebene gekoppelt. Der Nachteil besteht darin, daß systembe dingt die formschlüssige verbindung in beiden Richtungen ein er hebliches Spiel hat. Ein so ausgebildeter Mast hat daher durch das Spiel nur eine geringe Torsionssteifigkeit.In a known mast of the generic type (US Pat. No. 3,213,573) are Schwal lying on the longitudinal edges of the tapes in their plane tail-shaped teeth, between which spaces are arranged, which are slightly larger at their widest point are considered the largest width of the teeth. The tapes can thus their edges when the ribbons with their Border area approximately perpendicular to each other. To achieve this the tapes are first brought together so that two tapes pa parallel to the third volume and then with hers Teeth are inserted between the teeth of the third volume. The two parallel bands will then be with their free edge areas inclined and bent over roller guides so that the Edge areas are perpendicular to each other and then the teeth into each other can be plugged in. The bound edges are form-fitting in the longitudinal direction of the strips and perpendicular to Band level coupled. The disadvantage is that systembe the positive connection penetrates in both directions has considerable game. A mast designed in this way therefore has the Play a little torsional stiffness.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Mast der gattungemäßen Art da hin weiterzuentwickeln, daß dieser neben einer hohen Biegesteifig keit auch eine hohe Torsionssteifigkeit erhält.The object of the invention is there a mast of the generic type to develop further that this in addition to a high flexural strength high torsional rigidity.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die im kenn zeichnenden Teil des Patentanspruches 1 herausgestellten Merkmale.This object is achieved according to the invention by the in Drawing part of claim 1 highlighted features.

Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Appropriate configurations are the subject of the subclaims.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und nachstehend im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben.The invention is illustrated in the drawing, for example and described in detail below with reference to the drawing.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Mast in isometrischer Darstellung. Fig. 1 shows schematically a mast in an isometric view.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1. FIG. 2 shows a section along the line II-II in FIG. 1.

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf einen Abschnitt eines der Bänder. Figure 3 shows a top view of a portion of one of the tapes.

Fig. 4 bis 6 zeigen zwei Ausführungsformen der verbindungs mittel. FIGS. 4 to 6 show two embodiments of the connection means.

Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Mast 2 hat einen dreiecki gen Querschnitt und ist aus drei dünnwandigen Bändern 4 zusammen gesetzt, die an ihren Längsrändern 6 in der weiter unten zu be schreibenden Weise lösbar miteinander verbindbar sind. Als Bänder 4 finden dünnwandige, elastisch biegbare Faserverbundlaminate ver wendung, die sich, einem Bandmaß ähnlich, aufrollen lassen.The mast 2 shown schematically in Fig. 1 has a triangular cross-section and is composed of three thin-walled strips 4 , which can be releasably connected to one another at their longitudinal edges 6 in the manner to be written below. As tapes 4 thin-walled, elastically bendable fiber composite laminates are used, which, similar to a tape measure, can be rolled up.

Für jedes der Bänder 4 ist eine Aufwickelvorrichtung 8 vorgesehen, in der ein von einem Getriebemotor 10 angetriebener Wickelkern vorgesehen ist, der in der ohne Seitenwand dargestellten Wickel vorrichtung 8 rechts in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Das freie Ende 12 des Bandes ist an diesem Wickelkern befestigt. Der vorzugsweise selbsthemmend ausgebildete Getriebemotor weist vor zugsweise eine Einwegkupplung auf, die so ausgebildet ist, daß die Bänder durch einen Ausfahrantrieb, auf den weiter unten eingegan gen wird, von der Wickeltrommel abgezogen werden können. In der Gegenrichtung wirkt der Motor auf die Wickeltrommel, das Band ist also motorisch aufwickelbar und frei aus der Wickelvorrichtung ab ziehbar. Als Antrieb zum Aufwickeln der Bänder kann auch jeweils ein sich beim Abwickeln aufziehender Federmotor vorgesehen sein. Diese Federmotoren werden dabei durch den Zusammenhalt der Bänder automatisch synchronisiert.For each of the tapes 4 , a winding device 8 is provided, in which a winding core driven by a geared motor 10 is provided, which is not shown in the winding device 8 shown on the right in the drawing, without a side wall. The free end 12 of the tape is attached to this winding core. The preferably self-locking geared motor preferably has a one-way clutch, which is designed so that the tapes can be removed from the winding drum by an extension drive, to which gene is described below. In the opposite direction, the motor acts on the winding drum, so the tape can be wound up by a motor and can be pulled freely from the winding device. A spring motor that winds up during unwinding can also be provided as the drive for winding the tapes. These spring motors are automatically synchronized by the cohesion of the belts.

Zum Zusammenfügen der Bänder 4 zu dem Mast 2 ist eine Führungs matritze 14 vorgesehen, in die die Bänder über jeweils einen Über gangsbogen 16 eingeführt werden und in der die Bänder mit ihren Rändern paßgenau zusammengefügt werden.To join the tapes 4 to the mast 2 , a guide die 14 is provided, into which the tapes are each inserted via a transition sheet 16 and in which the tapes are fitted together with their edges.

Die drei Bänder sind in ihrem Endbereich über eine kurze Länge starr miteinander verbunden. In diesem Bereich sind Halterungen für an dem Mast zu montierende Nutzlasten befestigt. Eine solche Halterung kann beispielsweise eine am Ende des Mastes an den Bän dern befestigte Plattform sein.The three bands are in their end region over a short length rigidly connected. In this area there are brackets for payloads to be mounted on the mast. Such Bracket can be one at the end of the mast on the banks the fixed platform.

Bie Bänder 4 weisen unter einem Winkel α = 30° aus der Bandebene abgewinkelte Ränder 18 auf. Diese Ränder 18 liegen bei ausgefahrenem Mast flach aufeinander, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Auf den aufeinanderliegenden Ober flächen sind Befestigungsmittel angeordnet, mit denen die ab gewinkelten Ränder 18 der Bänder 4 im Bereich der Ecken der Drei ecksstruktur beim Ausfahren des Mastes schubsteif miteinander ver bunden werden.Bie tapes 4 have at an angle α = 30 ° angled edges 18 from the band plane. When the mast is extended, these edges 18 lie flat on one another, as shown in FIG. 2. Fastening means are arranged on the superimposed upper surfaces with which the angled edges 18 of the strips 4 in the area of the corners of the triangular structure are connected to one another in a shear-resistant manner when the mast is extended.

Die Bänder bestehen aus einem Faserverbundlaminat mit unter einem Winkel β zur Längserstreckung der Bänder verlaufenden Fasern auf. Dieser Kreuzungswinkel β liegt hierbei zwischen 30° und 60°, vorzugsweise bei 45°, wie in Fig. 3 angedeutet ist. Vorzugsweise finden Faser gewebe oder -geflechte aus Kohlenstoffasern in einer Kunstharz matrix als Faserverbundlaminat verwendung. Die Bänder können mit einer Wanddicke in der Größenordnung < 0,5 mm hergestellt werden, beispielsweise einer Wanddicke von 0,3 mm. Die Ränder 18 lassen sich beim Wickeln im wesentlichen in die Bandebene abbiegen, so daß in einer relativ kleinvolumigen Wickelvorrichtung große Band längen unterbringbar sind. Die Breite B der Bänder richtet sich nach den Aufgaben, für die der Mast einzusetzen ist. Die Breite B kann beispielsweise in der Größenordnung von 10 cm, aber auch dar über liegen.The tapes consist of a fiber composite laminate with fibers running at an angle β to the longitudinal extent of the tapes. This crossing angle β is between 30 ° and 60 °, preferably 45 °, as indicated in FIG. 3. Fiber fabrics or meshes of carbon fibers are preferably used in a synthetic resin matrix as a fiber composite laminate. The tapes can be produced with a wall thickness of the order of magnitude <0.5 mm, for example a wall thickness of 0.3 mm. The edges 18 can be bent substantially into the band plane during winding, so that large band lengths can be accommodated in a relatively small-volume winding device. The width B of the belts depends on the tasks for which the mast is to be used. The width B can, for example, be of the order of 10 cm, but also above it.

Auf den abgewinkelten Rändern sind die Verbindungsmittel 20 an geordnet. An die Bänder ist die Forderung zu stellen, daß diese möglichst biegeweich sein sollen, um auf einer Wickeltrommel mit möglichst kleinem Durchmesser aufgewickelt werden zu können. An dererseits wird von ihnen eine hohe Dehnsteifigkeit verlangt, damit der Träger insgesamt eine hohe Biegesteifigkeit erhält. Um ein Beulen der dünnen Bänder zu verhindern, können quer zu den Bändern vorzugsweise auf der Bandseite, auf der an den abgewinkel ten Rändern die verbindungsmittel angeordnet sind, in Abständen sich quer zur Längserstreckung des Bandes erstreckende Rippen 22 vorgesehen werden, die aus in eine Kunstharzmatrix eingebetteten UD-Fasern bestehen, die sich in Längsrichtung dieser Rippen er strecken. Die Querrippen 22, die die Wickelfähigkeit der Bänder nicht beeinträchtigen, erhöhen die Beulstabilität der dünnen Bänder. On the angled edges, the connecting means 20 are arranged. The tapes are required to be as flexible as possible so that they can be wound on a winding drum with the smallest possible diameter. On the other hand, they are required to have a high degree of tensile rigidity so that the wearer receives a high level of flexural rigidity overall. In order to prevent buckling of the thin strips, ribs 22 extending transversely to the strips, preferably on the side of the strip on which the connecting means are arranged at the angled edges, can be provided at intervals transversely to the length of the strip, which ribs 22 are made into a synthetic resin matrix embedded UD fibers exist, which he stretch in the longitudinal direction of these ribs. The transverse ribs 22 , which do not impair the ability of the tapes to wrap, increase the buckling stability of the thin tapes.

In Fig. 2 ist in Draufsicht die Matritze 14 erkennbar, die am oben liegenden Ausgang eine Innenform hat, die im wesentlichen der Aus senform des Mastes 2 entspricht. Für die Ränder 18 der Bänder 4 sind Ausnehmungen 24 in den Ecken der Matritze vorgesehen. Ober halb dieser Ausnehmungen sind jeweils Druckrollenpaare 28 angeord net, die auf die abgewinkelten Ränder 18 der Bänder 4 Druck aus üben und damit sicherstellen, daß die Verbindungsmittel mitein ander in Eingriff treten. In Fig. 2 sind derartige Druckrollen nur an einer Ecke dargestellt, sie sind selbstverständlich an allen drei Ecken vorgesehen.In Fig. 2, the die 14 can be seen in plan view, which has an inner shape at the top exit, which essentially corresponds to the shape of the mast 2 . For the edges 18 of the strips 4 , recesses 24 are provided in the corners of the die. Above half of these recesses, pressure roller pairs 28 are arranged in each case, which exert pressure on the angled edges 18 of the strips 4 and thus ensure that the connecting means engage with one another. In Fig. 2 such pressure rollers are only shown at one corner, they are of course provided at all three corners.

Wenigstens eins dieser Druckrollenpaare 28 ist mit einem Antrieb 30 versehen, der wiederum als Getriebemotor mit Einwegkupplung ausgebildet sein kann, wobei diese Einwegkupplung entgegen der Kupplungsrichtung der Einwegkupplung des Wickelantriebes wirksam ist. Beim Aufwickeln der Bänder mit den Wickelvorrichtungen laufen also die Druckrollen 28 frei mit. Wesentlich ist sowohl für den Antrieb der Wickelwalzen der Wickelvorrichtung als auch für den Antrieb der Druckrollen, daß diese jeweils synchron angetrieben werden. Dies kann über eine elektrische Gleichlaufsteuerung, aber auch durch Getriebemittel erreicht werden, wobei dann beispiels weise für die Wickeltrommel nur ein einziger Antrieb vorzusehen wäre, wie in Fig. 11 dargestellt ist.At least one of these pressure roller pairs 28 is provided with a drive 30 , which in turn can be designed as a geared motor with a one-way clutch, this one-way clutch being effective counter to the coupling direction of the one-way clutch of the winding drive. When the tapes are wound up with the winding devices, the pressure rollers 28 thus run freely. It is essential both for the drive of the winding rollers of the winding device and for the drive of the pressure rollers that these are each driven synchronously. This can be achieved by means of an electrical synchronous control, but also by means of a gear, in which case, for example, only a single drive would have to be provided for the winding drum, as shown in FIG. 11.

Wesentlich ist, daß die Bänder in der Matritze 14 so geführt sind, daß beim Ineingrifftreten der Verbindungsmittel eine genaue Aus richtung der Bänder im Bereich ihrer abgewinkelten Ränder sicher gestellt ist.It is essential that the tapes in the die 14 are guided so that when the connecting means engage, an accurate direction of the tapes is ensured in the region of their angled edges.

In Fig. 4 ist als Verbindungsmittel ein tex tiler Haftverschluß mit den beiden Verschlußelementen 32 und 34 dargestellt, wobei der Teil 34 beispielsweise der Flauschteil und der Teil 32 der Verankerungsteil sein kann. Dieser Haftverschluß wird innerhalb der Matritze zusammengeführt und durch die Druck rollen 28, die in Richtung der Pfeile in Fig. 4 wirken, in Ein griff gebracht. In Fig. 4, a tex tiler adhesive fastener with the two closure elements 32 and 34 is shown as a connecting means, wherein the part 34 can be, for example, the fleece part and the part 32 of the anchoring part. This fastener is brought together within the die and roll by the pressure 28 , which act in the direction of the arrows in Fig. 4, brought into a grip.

Derartige Flächenhaftverschlüsse lassen aufgrund ihrer Struktur Schlupf im Form geringer Verschiebungen in ihrer Ebene zu, die die Torsionssteifigkeit des Mastes beeinträchtigen können. Es sind daher zusätzlich schlupffrei formschlüssig kuppelbare Verriegelungs mittel (40, 42) vorgesehen, die einen Schlupf in Längsrichtung zwischen den Rändern 18 verhindern.Due to their structure, surface fasteners of this type allow slippage in the form of slight displacements in their plane, which can impair the torsional rigidity of the mast. There are therefore additional slip-free interlocking locking means ( 40 , 42 ) are provided, which prevent slippage in the longitudinal direction between the edges 18 .

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 sind als derartige Verriege lungsmittel in Abständen in Längsrichtung der Ränder 18 Stifte 40 am Rand 18 des einen Bandes 4 und Aufnahmeöffnungen 42 im gegen überliegenden Rand 18 des anderen Bandes 4 vorgesehen. Diese lie gen im Bereich der beiden Elemente 32 und 34 des Haftverschlusses. Der Stift 40 sollte eine Höhe h über der Randoberfläche haben, die sicherstellt, daß der Stift in das dazugehörige Loch 42 einge treten ist, bevor die Elemente des Haftverschlusses miteinander in Eingriff treten. Ober die Stifte und die dazugehörigen Löcher werden also die Schubkräfte im Bereich der Ränder schlupfarm form schlüssig übertragen, während der Haftverschluß die Ränder gegen ein Abheben sichert.In the embodiment according to FIG. 4, as such locking means are provided at intervals in the longitudinal direction of the edges 18, pins 40 on the edge 18 of one band 4 and receiving openings 42 in the opposite edge 18 of the other band 4 . These lie in the area of the two elements 32 and 34 of the adhesive fastener. The pin 40 should have a height h above the edge surface which ensures that the pin has entered the associated hole 42 before the elements of the fastener engage. Via the pins and the associated holes, the shear forces in the area of the edges are transferred in a low-slip form, while the adhesive lock secures the edges against lifting.

Fig. 5 und 6 zeigen eine Ausführungsform, bei der die Ränder 18 sich über den Bereich, auf dem der Haftverschluß mit seinen Ver schlußelementen 32 und 34 befestigt ist, hinaus erstrecken. Diese Erstreckungen sind vorzugsweise unter einem Winkel γ von etwa 45° zur Ebene der Ränder 18 abgewinkelt, und zwar entgegengesetzt zur Abwinklung zwischen den Rändern 18 und dem mittleren Bereich der Bänder. Sie haben die Form von Dreiecken 50, die an den gegenüber liegenden Rändern 18 der Bänder 4 jeweils um eine halbe Teilung versetzt angeordnet sind. Beim Zusammenführen der Ränder greifen diese Dreiecke jeweils ineinander und überlappen sich dabei, wie in Fig. 5 dargestellt. Auf diese Weise wird in Längsrichtung der Bänder eine Schlupffreie, formschüssige Verbindung hergestellt. FIGS. 5 and 6 show an embodiment in which the edges 18, 32 is attached, and 34 via the portion on which the fastener with its Ver locking elements, extend beyond. These extensions are preferably angled at an angle γ of approximately 45 ° to the plane of the edges 18 , specifically in the opposite direction to the angle between the edges 18 and the central region of the strips. They have the shape of triangles 50 , which are each offset by half a division on the opposite edges 18 of the strips 4 . When the edges are brought together, these triangles each interlock and overlap, as shown in FIG. 5. In this way, a slip-free, positive connection is produced in the longitudinal direction of the strips.

Claims

1.Extendible mast with a triangular cross section made of three windable tapes made of thin-walled, flexible plastic, on the longitudinal edges of which are arranged connecting means for their releasable, positive connection, which are effective in the plane and perpendicular to the plane of the longitudinal edges, with a device for opening - And unwinding the tapes with guide means with which the tapes are guided to form the mast cross-section and with which the connecting means are brought into and out of engagement on the longitudinal edges of the tapes, and with a rigid connection of the tapes in their end region with brackets for on the mast Payloads to be assembled, characterized in that
that longitudinal edges ( 18 ) of the strips ( 4 ) are angled at an angle of 30 ° to the plane of the strip,
that on the angled longitudinal edges textile Haftver closures ( 32 , 34 ) are arranged, and
that additionally effective coupling-free connecting elements ( 40 , 42 ; 50 ) are provided in the area of the longitudinal edges at least in the longitudinal direction of the strips.

2. Mast according to claim 1, characterized in that bores ( 42 ) in the longitudinal edge of a band and therein slip-free engaging pins ( 40 ) are arranged on the longitudinal edge of an adjacent band to be connected as additional union connecting elements.

3. Mast according to claim 1, characterized in that the longitudinal edges outside of the connecting means ( 32 , 34 ) have edge areas which are angled against the direction of the angled portion of the connecting element carrying the Ver, that in these outer edge areas as additional Liche slip-free form-fit coupling elements te projections ( 50 ) are formed with beveled flanks and that these projections on the adjacent edges of two bands ( 4 ) are each offset by half a pitch (T / 2 ) of the spacing of the projections ( 50 ).

4. Mast according to claim 1, characterized in that the tapes ( 4 ) consist of a fiber composite laminate with a fiber fabric or braid at an angle between 30 ° and 60 °, preferably 45 °, for the longitudinal extension of the tapes fibers.

5. Mast according to claim 4, characterized in that on least least one of the surfaces of the bands ( 4 ) at intervals transverse to the longitudinal extension of the bands ribs ( 22 ) are arranged from uni-directional fibers.