DE4337968A1 - Gelenk zum Entfalten und Verriegeln von Raumfahrtelementen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gelenk zum Entfalten und Verriegeln von Raumfahrtelementen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Gelenk ist aus der DE 32 15 434 C2 bekannt, wo ein Riegelmechanismus für entfaltbare Solargeneratoren von Satelliten beschrieben ist. Die zu entfaltenden und zu verriegelnden Raumfahrtelemente werden dort durch die einzelnen Paneele des Solargenerators verkörpert. Das dortige Gelenk verfügt über zwei, jeweils mit einem zweier benachbarter Paneele verbundene Gelenkhälften, welche um eine gemeinsame Achse schwenkbar angeordnet sind. An der einen Gelenkhälfte ist ein als Verriegelungselement dienender Rasthebel schwenkbar gelagert, welcher mittels einer zwischen seinem Ende und der gemeinsamen Achse wirkenden, den Rasthebel in Richtung auf letztere hinziehenden Feder versehen ist. An der anderen Gelenkhälfte befindet sich eine Führungskontur, welche im Abstand eines gewissen Radius um die gemeinsame Achse herumgeführt und mit einer Einsenkung versehen ist. Ein als Teil des Rasthebels ausgebildetes Führungselement, nämlich ein Einraststift, liegt im gefalteten Zustand des Gelenkes an einem äußeren Teil der Führungskontur an und gleitet während des Entfaltvorganges auf letzterer, bis er schließlich bei Erreichen des völlig entfalteten Zustandes in die als Nut ausgebildete Einsenkung eingreift. Da die auf die gemeinsame Achse hin wirkende Feder den Einraststift in der Nut festhält, ist der verriegelte Zustand somit erreicht.

Dieses bekannte Gelenk ist auch im entfalteten und verriegelten Zustand mit Spiel behaftet. Besonders bei einer größeren Anzahl von zu entfaltenden Raumfahrtelementen, z. B. Solargeneratorpaneelen, summiert sich das Spiel und wirkt sich somit ungünstig auf Lagegenauigkeit und Lageregelung aus. Dies kann auf die Dauer nicht akzeptiert werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Gelenk der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches nach dem Entfalten und Verriegeln vollkommen spielfrei ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Zwar ist aus der ebenfalls vorveröffentlichten DE 40 32 112 C2 ein Verriegelungsmechanismus für entfaltbare Solargeneratoren von Satelliten bekannt, mit welchem ebenfalls eine hohe Spielfreiheit im verriegelten Zustand erreicht werden soll, jedoch geht dieser zumindest in einem wesentlichen Punkt von einer gänzlich anderen Grundkonstruktion aus und weist außerdem entscheidende Nachteile auf. So wird dort kein schwenkbarer Rasthebel verwendet, sondern ein mit Federzug beaufschlagter, mit einer Rolle versehener, an einer Führungsfläche anliegender Keil. Während des Entfaltvorganges soll die Rolle auf der dort ebenfalls vorhandenen, kreisförmigen Führungskontur abrollen, bis ein eben ausgebildeter Abschnitt der Führungskontur erreicht ist und der Keil schließlich zwischen der Führungsfläche und diesem ebenen Abschnitt der Führungskontur eingeklemmt wird. Nachteilig an dieser Konstruktion ist, daß stets die Gefahr einer Verklemmung von Rolle und Keil zwischen Führungsfläche und kreisförmiger Führungskontur besteht, und zwar noch während des eigentlichen Entfaltvorganges. Zwar kann dies vermieden werden, wenn alle Einzelteile äußerst sorgfältig dimensioniert sind, jedoch wird eine solche Dimensionierung durch unvermeidbare Toleranzen sowie unvorhersehbare Veränderungen der Reibungskoeffizienten, welche unter Weltraumbedingungen auftreten können, ständig in Frage gestellt. Dieses bekannte Konzept ist daher mit gewissen Funktionsrisiken behaftet, welche bei der Erfindung vermieden werden.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, daß am Ende des Entfaltungsvorganges der Rasthebel mit seiner Klemmnase auf der Fläche des Nockens aufgleitet und sich dort festklemmt, wobei gleichzeitig das Anschlagelement der einen Gelenkhälfte gegen die Anschlagfläche der anderen Gelenkhälfte gedrückt wird, so daß Ober die an diesen beiden Berührungsflächen wirkenden Kräfte eine Verspreizung der beiden Gelenkhälften gegeneinander stattfindet. So wird in den Gelenkhälften, in der Gelenklagerung und in der Hebellagerung das sonst vorhandene Spiel vollkommen eliminiert. Das Gelenk bildet dadurch eine starre und vollkommen spielfreie Einheit mit hoher Steifigkeit.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der Abbildungen näher erläutert. Es zeigen auf schematische Weise:

Fig. 1 einen Schnitt entsprechend den Linien I-I der Fig. 2 durch ein voll entfaltetes Gelenk,

Fig. 2 einen Schnitt entsprechend den Linien II-II der Fig. 1 durch das Gelenk entsprechend Fig. 1 und

Fig. 3 eine Ansicht in Richtung III auf das Gelenk bei der Fig. 2.

Ein Gelenk 1 besteht aus einer Gelenkhälfte 10 und einer anderen Gelenkhälfte 50, die mit Gabeln 11 und 51 auf einer gemeinsamen Achsbuchse 2 gelagert und damit um eine gemeinsame Achse 3 schwenkbar sind. Die beiden Gelenkhälften 10 und 50 werden von einer Schraube 4 mit Mutter zusammengehalten (siehe Fig. 3). Die Gabeln 11 und 51 sind mit Hilfe von Zentrierbolzen 5 und Schrauben 6 mit zwei nicht dargestellten Raumfahrtelementen, etwa Solarpaneelen, verbunden.

In der ersten Gelenkhälfte 10 befindet sich ein um die Achse 3 schwenkbarer Block 12, der oben als Teil einer Zylinderfläche 12a geformt ist und mit dieser an einer gleichgeformten Gegenfläche 13 dieser Gelenkhälfte 10 anliegt. In dem Block sind ein schwenkbarer Rasthebel 14 und ein Anschlagelement in Form einer beweglichen Kugelkalotte 20 gelagert. Zur Befestigung bzw. Klemmung des Blocks 12 dienen eine Mutter 16 und eine Gewindebuchse 21 (siehe Fig. 2). Die Klemmung mittels Mutter 16 erfolgt durch die Bundfläche 15a eines Lagerbolzens 15, die Klemmung mittels Gewindebuchse 21 durch die Schulter 26a einer Buchse 26.

Die Gewindebuchse 21 dient gleichzeitig als Lagerung für eine Feder 22, die auf den Rasthebel 14 eine zur gemeinsamen Achse 3 hin gerichtete, elastische Kraft und damit das Verklemmen des Rasthebels 14 sowie schließlich das Verspreizen der beiden Gelenkhälften 10 und 50 gegeneinander bewirkt. Dazu ist ein abgebogenes Ende 22a der Feder 22 durch einen Stift 23 geschoben, der in eine Bohrung 24 des Rasthebels 14 eingesetzt ist (siehe Fig. 2). Das andere Ende 22b der Feder 22 ist in eine Bohrung 25 an der einen Gelenkhälfte 10 gesteckt (siehe Fig. 3).

Der Rasthebel 14 hat an seinem unteren Ende eine Klemmnase 8 mit einer Fläche 17 und seitlich ein als Finger 18 ausgebildetes Führungselement. Die andere Gelenkhälfte 50 hat eine Führungskontur 53, auf der während der Entfaltung und bis kurz vor dem Ende des Entfaltungsvorganges der Finger 18 des Rasthebels 14 gleitet. Dabei ist der Rasthebel 14 so weit angehoben, daß er sich über einen an der anderen Gelenkhälfte 50 befindlichen Nocken 54 hinwegbewegt. Kurz vor dem Ende des Entfaltungsvorganges greift der Finger 18 in eine in der Führungskontur 53 befindliche Einsenkung 55 ein. Dabei gleitet die Klemmnase 8 des Rasthebels 14 mit ihrer Fläche 17 auf eine an dem Nocken befindliche Fläche 56 auf. Dadurch wird bewirkt, daß sich der Rasthebel 14 unter dem Druck der Feder 22 auf der Fläche 56 des Nockens 54 festklemmt. Dabei werden die Gelenkhälften 10 und 50 gegeneinander verspreizt und eventuelle Lagerspiele in der Lagerbuchse 2 oder in der Lagerung des Rasthebels 14 aufgehoben. An der Verspreizung wirkt ein an der einen Gelenkhälfte 10 beweglich gelagertes Anschlagelement, nämlich eine Kugelkalotte 20, mit, welches an eine an der anderen Gelenkhälfte 50 befindliche Anschlagfläche angedrückt wird. Die Kugelkalotte 20 ist mittels einer Bundschraube 19 beweglich gelagert, so daß sie sich an die Neigung der Anschlagfläche 52 anpassen kann.

Der Druck der Kugelkalotte 20 gegen die Anschlagfläche 52 beseitigt auch das zunächst vorhandene Spiel der Kugelkalotte im Block 12. Die Feineinstellung der Rastfunktion bzw. der Einrasttiefe des Rasthebels 14 und Ausschaltung von Fertigungstoleranzen kann durch Materialabtrag an der Kugelkalotte 20 bzw. durch Auswahl ihrer richtigen Dicke bewirkt werden.

Die Einstellung der Winkelstellung des entfalteten und verriegelten Gelenks kann durch Verdrehen des Blocks 12 und Verklemmen mit Mutter 16 und Gewindebuchse 21 vorgenommen werden.

Die Fläche 56 des Nockens 54 kann eben ausgebildet sein. Die Fläche 17 der Klemmnase 8 des Rasthebels 14 ist dann zweckmäßig leicht konvex auszubilden, wobei ein möglichst großer Krümmungsradius anzustreben ist. Die Fläche 56 kann auch leicht konkav ausgebildet sein, zumindest in einer senkrecht zur gemeinsamen Achse 3 orientierten Schnittebene, wobei dann die Ebene 17 nach wie vor konvex auszubilden ist und ihr Krümmungsradius an den mit der Fläche 56 in Berührung kommenden Stellen etwas kleiner zu wählen ist als derjenige der Fläche 56. Während des Aufgleitens der Klemmnase 8 auf den Nocken 54 unter Einwirkung der Feder 22 am Ende des Entfaltvorganges wandert der Berührungspunkt bzw. die Berührungslinie zwischen den Flächen 17 und 56 bei der Darstellung gemäß Fig. 1 auf der Fläche 17 nach rechts, während die Klemmnase 8 nach links hereingezogen wird und sich verklemmt. Die Normale auf dem Berührungspunkt bzw. die Normalenebene auf der Berührungslinie befindet sich in der Anordnung gemäß Fig. 1 dabei stets rechts von der Schwenkachse 9 des Rasthebels 14. Die Verbindungsgerade bzw. -ebene zwischen dieser Schwenkachse 9 und dem genannten Berührungspunkt bzw. der genannten Berührungslinie bildet dabei stets einen Winkel mit der genannten Normale bzw. Normalenebene, der während des Aufgleitens bzw. Verklemmens der Klemmnase 8 nicht zu Null werden darf. Es ist von Vorteil, diesen Winkel möglichst klein zu halten. Als Bedingung für eine Selbsthemmung, d. h. eine auch bei Erschütterungen sich nicht aufhebende Verklemmung der Klemmnase 8 auf der Fläche 56, gilt, daß der Tangens des genannten Winkels kleiner sein muß als der Reibungskoeffizient der Fläche 56.

Claims (5)

1. Gelenk zum Entfalten und Verriegeln von Raumfahrtelementen, mit zwei um eine gemeinsame Achse schwenkbaren, mit je einem zweier benachbarter Raumfahrtelemente verbundenen Gelenkhälften, einem als Verriegelungselement dienenden, an der einen Gelenkhälfte schwenkbar gelagerten, in Richtung auf die gemeinsame Achse hin mit einer elastischen Kraft beaufschlagten Rasthebel, einem an der anderen Gelenkhälfte befindlichen, mit Abstand um die gemeinsame Achse herum angeordneten, mit einer Einsenkung versehenen Führungskontur, an der im gefalteten sowie noch nicht gänzlich entfalteten Zustand des Gelenkes ein als Teil des Rasthebels ausgebildetes Führungselement anliegt, welches im entfalteten Zustand in die Einsenkung eingreift, gekennzeichnet durch

• - einen an der anderen Gelenkhälfte (50) befindlichen Nocken (54) mit einer ersten Fläche (56),
• - eine als Teil des Rasthebels (14) ausgebildete Klemmnase (8) mit einer zweiten, nach Eingreifen des Führungselementes (18) in die Einsenkung (55) und kurz vor Erreichen des gänzlich entfalteten Zustandes auf die erste Fläche (56) aufgleitenden und sich dort verklemmenden Fläche (17),
• - und mit einem an der einen Gelenkhälfte (10) beweglich gelagerten, im gänzlich entfalteten Zustand an einer an der anderen Gelenkhälfte (50) befindlichen Anschlagfläche (52) angepreßten Anschlagelement (20).

2. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Fläche (56) eben und die zweite Fläche (17) leicht konkav mit möglichst großem Krümmungsradius ausgebildet ist.

3. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Fläche (56) leicht konkav und die zweite (17) leicht konvex mit etwas geringerem Krümmungsradius als die erste Fläche (56) ausgebildet ist.

4. Gelenk nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungsradien der zweiten und/oder ersten Flächen (17, 56) örtlich nicht konstant sind.

5. Gelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlagelement (20) als Kugelkalotte ausgebildet ist.