DE4032112A1 - Entfaltungsunterstuetzender, steifigkeitsoptimierter verriegelungsmechanismus fuer entfaltbare solargeneratoren von satelliten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen entfaltungsunterstützenden, steifigkeitsoptimierten Verriegelungsmechanismus für ent­ faltbare Solargeneratoren von Satelliten, zur Unterstützung der Entfaltung und zur spielfreien Verriegelung der einzel­ nen Panele des Solargenerators in entfaltetem Zustand. Es entspricht dem Stand der Technik, die Solargeneratoren von Satelliten für die Phase zusammenzufalten, in der der Satellit mittels Trägerfahrzeug in seine Bahn gebracht wird. Nach der Trennung des Satelliten vom Trägerfahrzeug wird der Solargenerator entfaltet.

Die einzelnen Panele müssen nach dem Entfalten verriegelt werden.

Die Genauigkeit der Lagekorrigier- und -steuerbarkeit des Satelliten während seines Einsatzes beeinflußt seine funk­ tionalen Möglichkeiten. Die Reaktion des Systems auf Lage­ änderungsmanöver hängt wesentlich von seiner Eigenstabili­ tät ab, die entscheidend durch den Steifigkeitsverlauf, in dem, durch Lageänderungsmanöver entstehenden, Belastungs­ bereich, der Verriegelungsmechanismen, als kleinste Glieder in der Steifigkeitskette, des Solargenerators, in verrie­ geltem Zustand der Panele, bestimmt wird.

In diesem Sinne ist der Steifigkeitsverlauf in genanntem Belastungsbereich von entscheidender Bedeutung für die Ein­ satzqualitäten des Satelliten.

In Fig. 1 und 2 ist eine Verriegelungsvorrichtung nach dem Stand der Technik dargestellt. Panele 1, 2, welche mit nicht dargestellten Solarzellen auf ihren der Sonne zuge­ wendeten Seiten ausgerüstet sind, sind drehbar über einen Scharnierbolzen 5 an dem einen Panel und einem Lager 6 an dem anderen Panel miteinander verbunden. Hierzu sind die Panele 1, 2 an ihren aneinandergrenzenden Enden mit Schar­ nierköpfen 3, 4 ausgestattet, wobei nach Art eines Tür­ scharniers der Scharnierkopf 4 in den Scharnierbolzen 5 übergeht und der Scharnierkopf 3 das Lager 6 ausbildet. Mit Hilfe der Vorrichtung nach Art eines Türscharniers können die Panele 1, 2 aus ihrer gefalteten Stellung in die ent­ faltete Stellung gedreht werden.

Auf dem Scharnierkopf 3 ist ein drehbarer Verriegelungsarm 7, auf einer drehbaren Welle 10 exzentrisch gelagert, mon­ tiert, an dem ein Verriegelungspin 8 angebracht ist. In dem Scharnierkopf 4 befindet sich ein Schlitz 9. Außerdem ist eine Feder 11 vorhanden, welche den Verriegelungspin 8 in Richtung des Scharnierbolzens 5 zieht, mithin in Richtung auf den Schlitz 9.

Die Verriegelung geschieht mit Hilfe der Vorrichtung nach dem Stand der Technik folgendermaßen. Wie aus Fig. 1 her­ vorgeht, werden die Panele 1, 2, für die entfaltete Stel­ lung in koplanare Stellung gebracht, wobei der Verriege­ lungspin 8 über eine Verriegelungspinführung 12, in Form einer Kurvenscheibe, aus der Position in zusammengefalte­ tem Zustand der Panele, in die Verriegelungsposition ge­ führt wird und in den Schlitz 9 des Scharnierkopfes 4 ein­ rastet. Der Verriegelungspin 8 befindet sich unter Spannung der Feder 11.

Wie in Fig. 3 gezeigt, kann zum Ausgleich von Fertigungsto­ leranzen der einzelnen Bauteile, hinsichtlich der streuen­ den Endlage verschiedener, derartiger Riegelmechanismen, der Verriegelungsarm 7, durch Verdrehen der Welle 10 und durch seine exzentrische Lagerung hierauf, die relative La­ ge der Scharnierköpfe 3 und 4 zueinander, in verriegeltem Zustand, beeinflussen. Somit ist eine exakt koplanare Aus­ richtung der Panele 1, 2 möglich.

Die Panele 1, 2 werden auf die Art und Weise in einer ver­ riegelten Position zueinander gehalten, sodaß mit höchst­ möglicher Sicherheit ein Entriegeln nach dem Entfalten des Solargenerators ausgeschlossen werden kann. (Deutsches Patentamt, Patentschriften: DE 32 15 434 C2, DE 34 18 413 C2).

Der Verriegelungsmechanismus nach dem Stand der Technik hat neben einem, durch Gleitreibung entstehenden, Störmo­ ment, zwischen Verriegelungspin 8 und Verriegelungspinfüh­ rung 12, keinen Einfluß auf die Entfaltung der Panele 1, 2. Insbesondere unterstützt er die Entfaltung nicht durch ein zusätzliches, öffnendes Moment. Hinsichtlich des Erreichens der, für den Einsatz wesentlichen, vollständig entfalteten Endlage der einzelnen Panele 1, 2, ist dies nicht förder­ lich.

Zum Verhindern der Gelenkspiele verspannt die Feder 11 den Scharnierkopf 3, das Lager 6, Scharnierkopf 4 und Schar­ nierbolzen 5. Somit ist die Gesamtsteifigkeit der Verrie­ gelungsvorrichtung nach dem Stand der Technik wie in Fig. 4 dargestellt, in einem Belastungsbereich gleich der Steifig­ keit der Feder 11 und in einem anderen Bereich gleich der Gesamtsteifigkeit der verbleibenden Bauteile. Der Übergang erfolgt sprunghaft. Dies erschwert im eingangs erwähnten Zusammenhang die Lagerkorrigier- und -steuerbarkeit des Sa­ telliten während seines Einsatzes.

Bei der koplanaren Ausrichtung der Panele 1, 2, zum Aus­ gleich der Fertigungstoleranzen der einzelnen Bauteile, än­ dert sich die Lage aller Bauteile zueinander derart, daß sich die funktionalen, die Verriegelung betreffenden, geo­ metrischen Verhältnisse ändern. Insbesondere muß mit Sorg­ falt darauf geachtet werden, daß durch keine mögliche Lage der Berührungsflächen, von Verriegelungspin 8 und Schlitz 9, zueinander, in verriegeltem Zustand, eine Entriegelung stattfinden kann.

Neben der Energieversorgung eines Satelliten, die maßgebend durch sicheres Entfalten und Verbleiben in entfaltetem Zu­ stand des Solargenerators abhängt, gewinnt die erzielbare Genauigkeit der Lagekorrigier- und -steuerbarkeit des Sa­ telliten während seines Einsatzes zunehmend an Bedeutung. Insbesondere werden, durch die zunehmende Größe der Solar­ generatoren, hinsichtlich sich erschwerender Lageände­ rungsmanöver des Satelliten, immer höhere Anforderungen an den Steifigkeitsverlauf im Belastungsbereich der Verriege­ lungsmechanismen, im eingangs erwähnten Zusammenhang, ge­ stellt.

Aufgabe ist es daher, einen Verriegelungsmechanismus der eingangs genannten Art zu schaffen, der

• 1. die Entfaltung der Panele unterstützt,
• 2. im Sinne einer bestmöglichen Lagekorrigier- und -steuerbarkeit des Satelliten während seines Einsat­ zes, eine hohe, kontinuierliche Steifigkeit und Spielfreiheit im Belastungsbereich der Verriegelungs­ mechanismen, im verriegelten Zustand der Panele bie­ tet,
• 3. eine von der Verriegelung unabhängige Verstellung der Panele ermöglicht, um eine Entriegelung, bedingt durch die Verstellbarkeit der Anschlüsse, prinzipiell auszuschließen.

Die Unterpunkte 1 und 2 dieser Aufgabe werden bei einer gattungsmäßigen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merk­ male des Anspruchs 1 gelöst.

Ist zum Ausgleich der Fertigungstoleranzen, der beteiligten Bauteile eines Mechanismus nach Anspruch 1, zur Verstel­ lung der Panele (10, 20), eine relative Verschiebung der Panelanschlüsse (111, 21) notwendig, so darf sich dadurch, die sich ergebende Keilaufnahme, durch die Längsführung (112) und Panelanschluß (21), nicht verändern, um die Ver­ riegelungsfunktion grundsätzlich zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird bei einer gattungsmäßigen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 2 gelöst, welche gleichzeitig Unterpunkt 3, der zu erfüllenden Aufga­ be, genügen.

Die Erfindung ist anhand der Figuren näher erläutert: Es zeigt

Fig. 5 die Seitenansicht während des ersten Teils der Entfaltung

Fig. 6 die Seitenansicht während des 2. Teils der Entfaltung

Fig. 7 die Seitenansicht bei entfaltetem So­ largenerator.

Fig. 8 die qualitative Unterstützung des Entfaltmomentes: M (α)

Fig. 9 der qualitative Steifigkeitsverlauf des Verriegelungsmechanismus über dem Belastungsbereich: F (f).

In allen Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugs­ zeichen versehen.

Claims (2)

1. Entfaltungsunterstützender, steifigkeitsoptimierter Verrie­ gelungsmechanismus für entfaltbare Solargeneratoren von Sa­ telliten, zur Unterstützung der Entfaltung und für die Ver­ riegelung der einzelnen Panele in entfaltetem Zustand, dadurch gekennzeichnet, daß ein Keil (31) in seiner Längsachse durch eine Feder (32) be­ aufschlagt ist und eine Rolle (311) aufweist, die, für den ersten Teil der Entfaltung, auf einer, als Kreissegment ausgebildeten Kurvenschiene (211), abrollt und im zweiten Teil der Entfaltung, den Keil (31) kontinuierlich, durch die hierfür, als Geradenstück ausgeführte Kurvenschiene (211), in die verriegelte Position führt, wobei die Feder­ kraft (32) den Entfaltvorgang unterstützt und im verrie­ gelten Zustand die Steifigkeit der Feder (32) nicht maßge­ bend ist für die Gesamtsteifigkeit des Verriegelungsmecha­ nismus.

2. Entfaltungsunterstützender, steifigkeitsoptimierter Verrie­ gelungsmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur relativen Einstellbarkeit der Panele (10, 20), in entfalte­ tem Zustand, die Längsführung (112) gegen den Panelanschluß (111), unabhängig von Panelanschluß (21), über der Drehach­ se (13) verdreh- und feststellbar ist.