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GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft entfaltbare, durch ein Umfangstragwerk abgestützte Reflektoren,
die prinzipiell in Hochfrequenzmikrowellen-Parabolkalottenantennen
eingesetzt werden und insbesondere eine Verbesserung für die ferngesteuerte
Einstellung des Profils des in der Umfangstragwerkanordnung abgestützten reflektierenden
Gebildes.
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HINTERGRUND
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Ein
parabolischer Reflektor stellt ein wesentliches Element einer Mikrowellenfrequenz-Parabolkalottenantenne
dar. Unter Ausnutzung des Vorteils der einzigartigen Eigenschaft
dieser parabolisch geformten reflektierenden Oberfläche, bei
der an einem beliebigen Ort auf der Oberfläche einfallende RF-Energie
auf den Fokuspunkt der Parabel reflektiert wird, ist die Zuleitungskomponente
der Antenne am Fokuspunkt der Oberfläche angeordnet. Infolgedessen werden
die diffuseren im Wesentlichen räumlich
verschobenen und sich durch den Raum ausbreitenden RF-Felder auf
einen einzigen Punkt konzentriert oder fokussiert, wodurch an diesem
Punkt ein stärkeres RF-Feld
erzeugt wird. Dieser Vorteil ermöglicht
einen klaren Empfang schwächerer
RF-Signale, die sonst nicht erfasst werden könnten. Aus dem oben genannten
Grund sowie aus anderen, dem Fachmann wohlbekannten Gründen ist
die Parabolantenne in Kommunikationssystemen, einschließlich den
in Raumfahrzeugen eingesetzten Kommunikationssystemen weit verbreitet.
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In
Raumfahrzeuganwendungen sind derartige Antennen "entfaltbar". Das heißt, die Antenne besteht aus
einer Anordnung, die zu einem kleinvolumigen Paket, das zur Verladung
in dem an Bord eines Raumfahrzeugs verfügbaren begrenzten Raum geeignet
ist, zusammengefaltet und anschließend nach dem Start und der
Positionierung des Raumfahrzeugs im Orbit zu einer viel größeren Anordnung
entfaltet werden kann. Entfaltbare RF-Parabolreflektoren in Raumfahrzeuganwendungen
umfassen typischerweise ein reflektierendes Gebilde, wie z. B. ein elastisches
Drahtgeflecht oder eine vergleichbare Anordnung als reflektierende
Oberfläche.
Das reflektierende Gebilde ist leichtgewichtig und biegsam ausgebildet,
so dass es als Teil des verladenen Pakets in eine kompakte Form
gebracht werden kann. Wenn der Reflektor entfaltet ist, wird das
Gebilde durch die zugehörigen
Stützen
zur Bildung einer parabolischen, gekrümmten Oberfläche ausgebreitet.
Ein Beispiel derartiger Reflektoren findet sich in der Patentliteratur,
wie z. B. in der am 21. Oktober 1997 an Thomson et al. erteilten
und auf die Astro Aerospace Corp. übertragenen
US 5,680,145 .
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Eine
neuere entfaltbare Antenne, wie z. B. die in dem '145-Patent an Astro
beschriebene, ist als faltbare Umfangstragwerkantenne bekannt. Bei
einer derartigen Antenne ist das reflektierende Material auf einem
Tragwerk abgestützt,
einer Rahmenkonstruktion aus Rohren, die zu einem kurzen Hohlzylinder
geformt ist. Das reflektierende Material deckt ein ringförmiges Ende
des Hohlzylinders ab und liegt darüber, wobei es vage einem durchhängenden
Trommelfell ähnelt.
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Zur
Abstützung
und Profilierung der Form des biegsamen reflektierenden Geflechtmaterials sind
als Aufhängungsleinen
bezeichnete Leinen vom Umfang des Zylinders über das Ende gespannt und legen
gemeinsam eine skelettartige parabolische Form fest. Das reflektierende
Material wird dann an diesen Aufhängungsleinen befestigt und
nimmt die durch die skelettartige Anordnung festgelegte parabolische
Form an. Das Obenstehende beschreibt die Tragwerkanordnung und ihre
Verbindung zu dem abgestützten
reflektierenden Material nur allgemein. Weniger erfahrene Fachleute,
die zusätzliche
Details dieser Anordnung in Erfahrung zu bringen wünschen, werden
gebeten, das zitierte Patent an Thomson et al. zu studieren. Darüber hinaus
kann auch auf die in der
US 6,028,570 beschriebene
neue Umfangstragwerkanordnung verwiesen werden.
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Die
vorliegende Verbesserung betrifft die Aufhängungsleinen und die Verbindung
dieser Aufhängungsleinen
mit der Tragwerkanordnung und die daraus resultierende Wirkung auf
das resultierende Profil des an diesen Aufhängungsleinen abgestützten reflektierenden
Geflechts. Insbesondere umfasst die obige Reflektoranordnung eine
Einstellanordnung, um eine werksseitige Einstellung der Kontur des
Geflechts zu ermöglichen.
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Notwendigerweise
wird eine große
Anzahl von an der Rückseite
des reflektierenden Gebildes befestigten Schnüren und Bändern zur Befestigung des reflektierenden
Geflechtgebildes an den abstützenden
Aufhängungsleinen
verwendet. Das Geflecht ist notwendigerweise an jede Aufhängungsleine
genäht.
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In
der Praxis werden bei einer früheren
Tragwerkanordnung zur Ausbildung der gewünschten Kontur oder des gewünschten
Profils zwei identische Sätze
von Aufhängungsleinen
verwendet. Ein Satz ist am vorderen Ende befestigt und der andere Satz am
hinteren Ende, wobei jede Aufhängungsleine
in einem Satz an einer entsprechenden Aufhängungsleine in dem anderen
Satz ausgerichtet ist und über dieser
liegt. Jeder Satz besteht aus einer Mehrzahl von voneinander beabstandeten
Leinen, die sich über
das kreisförmige
Ende des Tragwerks erstrecken. Die Enden der Leinen sind an einem
Bauteil entlang des Umfangs des Tragwerks befestigt, so dass jede
Leine wie eine Wäscheleine
abgestützt und
angemessen straff gehalten ist.
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An
allen Mittelpositionen entlang einer jeden Leine erstreckt sich
eine Schnur oder ein Band mit einer für diese Position präzise bestimmten
Länge nach
unten und ist an der gleichen Mittelposition an der darunter liegenden
Aufhängungsleine
des zweiten Satzes befestigt. Das Band zieht eine Aufhängungsleine
gegen die andere identische Leine, wobei sie die Leine am vorderen
Ende nach unten und die Leine am hinteren Ende nach oben zieht, ähnlich wie die
senkrechten Leinen an einer Hängebrücke. Durch
geeignete Anpassung der Länge
eines jeden Bandes in der Reihe an dieser einen Aufhängungsleine
wird die zugehörige
Aufhängungsleine
in den zwei Sätzen
in eine parabolische Form gebracht, die notwendigerweise eine Schnittlinie
einer imaginären
parabolischen Oberfläche
bildet. Durch die Bereitstellung der gleichen Bänder und die Einstellung der Bänder aller
anderen Aufhängungsleinen
zur Bildung von Schnittlinien an unterschiedlichen Positionen einer
derartigen imaginären
parabolischen Oberfläche wird
die Wirkung erzielt, dass die vorderen Aufhängungsleinen und auch die hinteren
gemeinsam eine skelettartige Anordnung mit der gewünschten
parabolischen Form festlegen.
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Das
reflektierende Metallgeflechtmaterial weist eine im Allgemeinen
kreisförmige
Form auf, die mindestens genauso groß ist, wie das kreisförmige vordere
Ende des Tragwerks. Es ist entlang seines äußeren Randes an einem Trägerelement
entlang des Umfangs des Tragwerks befestigt, so dass der mittlere
Abschnitt des Materials drapiert werden kann. Da er ein wenig biegsam
ist, legt sich der mittlere Abschnitt des Metallgeflechts an der
gewünschten
Position auf die Aufhängungsleinen,
die als sein Bett dienen und nimmt die parabolische Kontur oder das
parabolische Profil an, das durch diese Aufhängungsleinen festgelegt wird.
Das Geflecht wird dann zur Bildung einer permanenten Befestigung
an die Aufhängungsleinen
genäht.
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Das
Obenstehende beschreibt nur eine Anordnung für die Aufhängungsleinen und das Geflecht und
dient zur Erläuterung
der allgemeinen Prinzipien, die der Anordnung der Aufhängungsleinen
und dem Verhältnis
des reflektierenden Geflechts zu den Letztgenannten zugrunde liegen.
In einer anderen Anordnung ist das reflektierende Material unter
den oberen Aufhängungsleinen
angeordnet, durch Stützen
entlang des Umfangs der Abstützung
um seinen Umfang herum straff gehalten, und die sich von den Aufhängungsleinen
nach unten erstreckenden Bänder
sind durch das reflektierende Geflecht gefädelt und mit den entsprechenden
Aufhängungsleinen
an dem hinteren Satz verbunden. Beim Erreichen ihrer parabolischen
Kontur drücken
die oberen Aufhängungsleinen
gegen das reflektierende Geflecht und drücken das Geflecht in eine ähnliche
Kontur. Es gibt selbstverständlich
andere als die in dem zitierten Astro-Patent beschriebene sowie
neue Anordnungen, wie sie in der
US
6,028,570 beschrieben sind, aber die allgemeinen Prinzipien
der Aufhängungsleinen sind
allen gemeinsam.
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Auf
die beschriebene Art und Weise wird die Kontur der Oberfläche in die
gewünschte
geometrische Form gebracht. Das vorstehend Erwähnte stellt eine Einstellung
von Hand dar. Je präziser
die Form ist, die für
eine Antenne erforderlich ist, desto größer ist die verwendete Anzahl
von Aufhängungsleinen und/oder
sich nach unten erstreckenden Bändern und
somit die Anzahl der Einstellungen, die zur Erzielung der gewünschten
Genauigkeit erforderlich ist. Typischerweise liegt die Anzahl der
Bänder,
die eingestellt werden müssen,
in den Hundertern.
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Wie
klar erkennbar ist, ist die Montage und die Einstellung der Bänder langwierig,
zeitaufwendig und schwierig und nicht so leicht wie die Durchsicht des
obigen Textes. Das Gebilde und die Bänder sind physikalisch empfindlich.
Zu dem Problem der manuellen Einstellung trägt das Risiko bei, dass der
Techniker unabsichtlich den Reflektor beschädigen kann. Der Techniker muss
bei der Ausführung
der großen Anzahl
von Einstellvorgängen
besonders vorsichtig sein, um eine Beschädigung des Reflektors zu vermeiden.
Diese Vorsicht führt
zu einer langsamen Produktion. Darüber hinaus muss die Anordnung,
falls ein Schaden auftritt, repariert werden, was zeitaufwendig
ist, oder vollständig
aufgegeben und neu begonnen werden. Ferner löst die Fertigstellung eines perfekt
geformten Reflektors in der Fabrik das Problem nicht endgültig. Er
muss ausgeliefert und entfaltet werden.
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Darüber hinaus
führt die Übertragung
einer erfolgreichen Einstellung in der Fabrik auf eine Entfaltung
im Weltraum viele zusätzliche
Parameter ein, beispielsweise eine Veränderung der Gravitationskraft,
die die werksseitigen Einstellungen beeinträchtigen und dadurch die Genauigkeit
des Profils der reflektierenden Oberfläche verändern können. Und mit einem schlechteren
als einem idealen Profil der reflektierenden Oberfläche ist
der RF-Gewinn der parabolischen Antenne gegenüber dem optimalen Niveau verringert,
wodurch die Leistung sinkt.
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Die
JP 10135729 betrifft eine
einstellbare weiche Anordnung mit einer Drahtschichtoberfläche, welche
Aufhängungsleinen
umfasst, um ein Geflechtmaterial zu einer gekrümmten Oberfläche zu formen.
Diese Anordnung umfasst ferner eine erste Mehrzahl von horizontalen
Längsträgern, die
einen ersten geschlossenen Ring bilden, sowie eine zweite Mehrzahl
von horizontalen Längsträgern, die
einen zweiten geschlossenen Ring bilden, wobei sich vertikale Streben
zwischen dem ersten und dem zweiten geschlossenen Ring erstrecken,
um eine Mehrzahl von rechteckigen Rahmen festzulegen. Manuelle Einstelleinrichtungen
sind an Verbindungspunkten zwischen den horizontalen Längsträgern des
zweiten geschlossenen Rings und den vertikalen Streben angeordnet.
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Die
US 4,811,033 offenbart eine
entfaltbare und wiederverladbare Ringsäulenantenne, die eine mittlere
teleskopierbare Säule
und einen faltbaren Ring umfasst, wobei der Ring durch eine Mehrzahl von
in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten oberen Ringhalteschnüren, die
an einem oberen Ende eines oberen Abschnitts der mittleren Säule befestigt
sind, und durch eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung voneinander
beabstandeten unteren Ringsteuerschnüren gehalten ist, die an einem
kreisförmigen
Sockel befestigt sind, auf dem ein unterer Abschnitt der mittleren
Säule angebracht
ist. Eine reflektierende Oberfläche
wird von einer Graphitschnur-Tragwerkanordnung
zwischen dem Ring und dem kreisförmigen
Sockel abgestützt,
die eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten
Oberflächensteuerschnüren, die
an dem Ring und dem kreisförmigen
Sockel befestigt sind, und die Mehrzahl von unteren Ringsteuerschnüren umfasst. Die
Antenne umfasst ferner eine Mehrzahl von Aktuatoranordnungen, die
in radialer Richtung voneinander beabstandet um den kreisförmigen Sockel
angeordnet sind, wobei jede Aktuatoranordnung eine von einem Motor
angetriebene Einrichtung zur automatischen und individuellen Erfassung
und Einstellung der aktuellen Länge
der Oberflächensteuerschnüre und der
unteren Ringsteuerschnüre
umfasst, wodurch die Kontur der Oberfläche der Antenne gesteuert wird.
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Die
US 5,307,080 betrifft eine
entfaltbare Antenne mit einem Antennen-Reflexionsgeflechtspiegel,
der auf einem faltbaren/entfaltbaren Spiegelträgerelement abgestützt ist,
wobei das Spiegelträgerelement
aus sieben dreidimensionalen Tragwerken besteht, und wobei jedes
Tragwerk seitliche Tragwerkelemente umfasst, die in radialer Richtung
mit einem längsgerichteten
Tragwerkelement verbunden sind. Eine Rückseite des Antennen-Reflexionsspiegels
wird durch eine Mehrzahl von Spiegeleinstellaktuatoren abgestützt, die
durch Stützelemente
an vorbestimmten Abschnitten des Spiegelträgerelements angeordnet sind,
wobei jeder Spiegeleinstellaktuator einen Antriebsmotor umfasst.
Wenn der Motor des Aktuators angetrieben wird, werden die Stützelemente
nach oben und unten bewegt, wodurch die Spiegeloberfläche des
Antennen-Reflexionsspiegels gesteuert wird. Die Stützelemente
an dem Spiegelträgerelement
sind durch ein Drahtelement miteinander verbunden, um den Antennen-Reflexionsspiegel
in eine vorbestimmte Form zu bringen.
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Eine
Aufgabe der Erfindung besteht demnach darin, einen faltbaren Umfangstragwerk-Reflektor
bereitzustellen, der zu einem kleinvolumigen Paket zusammengefaltet
und dann einfach zu einer viel größeren Anordnung entfaltet werden
kann und der eine genauere Einstellung der Kontur oder des Profils einer
biegsamen reflektierenden Oberfläche
erlaubt.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Effizienz
zu verbessern, mit der ein entfaltbarer Reflektor hergestellt werden kann.
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Noch
eine weitere Aufgabe besteht darin, die Kontureinstellvorgänge für eine faltbare
Umfangstragwerk-Reflektorantenne zu verbessern.
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Ein
weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Fernsteuerung der
Profileinstellung eines entfaltbaren, versetzten oder symmetrischen
parabolischen Antennenreflektors und somit die Einstellung oder
Refokussierung der Kontur sogar nach der Entfaltung im Weltraum
zu ermöglichen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Zur
Lösung
dieser Aufgaben schlägt
die vorliegende Erfindung einen faltbaren Umfangstragwerk-Reflektor
mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen vor.
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Die
vorliegende Erfindung ermöglicht
die freihändige
Einstellung der Kontur der reflektierenden Geflechtoberfläche eines
entfaltbaren Reflektors, wobei Einstellungen der Oberflächenkontur ferngesteuert
möglich
sind, sogar während
der Reflektor im Weltraum entfaltet ist. Ein erfindungsgemäßer faltbarer
Umfangstragwerk-Reflektor umfasst eine elektrische Spanneinrichtung
zur Steuerung der freihändigen
Spannung der Aufhängungsleinen,
geeigneterweise einen Mikrominiatur-Schrittmotor. Die Spanneinrichtung
umfasst eine digitale elektronische Steuereinrichtung, die zur Steuerung
des Schrittmotorbetriebs Befehlsinformationen von einer entfernten
Quelle empfängt.
Gemäß einem
weiteren Merkmal wird elektrische Energie von einer wie deraufladbaren
Quelle zugeführt,
die durch eine photoelektrische Zelle gespeist wird, so dass die
Spanneinrichtung autark ist.
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Die
oben erwähnten
und weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung sowie ihr charakteristischer
Aufbau, der in den obigen Abschnitten nur kurz zusammengefasst wurde,
wird für
den Fachmann beim Lesen der in dieser Beschreibung folgenden detaillierten
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform im Zusammenhang
mit ihrer in den beigefügten
Zeichnungen gezeigten graphischen Darstellung klarer erkennbar.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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In
den Zeichnungen:
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1 zeigt
eine perspektivische Teilansicht eines erfindungsgemäßen Umfangstragwerks,
in der die Hälfte
des Aufhängungsleinensystems
dargestellt ist, das den Antennenreflektor abstützt und formt;
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2 zeigt
eine perspektivische Teilansicht von zweieinhalb Zellenabschnitten
des in 1 dargestellten Umfangstragwerks in einem größeren Maßstab, in
der die Verbindung der Holme mit den Aufhängungsleinen gezeigt ist;
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3 zeigt
eine Teilansicht des in 1 dargestellten Umfangstragwerks,
in der eine Seitenansicht eines Paars von Aufhängungsleinen und der zwischen
diesen befestigten sich nach unten erstreckenden Bänder gezeigt
ist, die die Leinen in die geforderte gekrümmte Form bringen, wobei der Übersichtlichkeit
halber auf eine Darstellung der mittleren Holme und weiterer Aufhängungsleinen
sowie der meisten der Ringleinen des Tragwerks verzichtet wurde;
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4 zeigt
eine perspektivische Ansicht des in 2 dargestellten
Bereichs D-D in einem noch größeren Maßstab, in
der der Einstellmechanismus dargestellt ist, der die Verbesserung
des Umfangstragwerks bildet;
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5 zeigt
eine Querschnittsansicht des in 4 dargestellten
Einstellmechanismus; und
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6 zeigt
ein Blockdiagramm der elektronischen Schaltung, die zur Steuerung
des in 4 dargestellten Einstellmechanismus verwendet
wird.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Obwohl
die Verbesserung in Verbindung mit jedem der in der vorstehenden
Hintergrundsbeschreibung beschriebenen früheren Tragwerke erläutert werden
kann, lässt
sich die Verbesserung am bequemsten und besten als Zusatz zu der
neuen faltbaren Umfangstragwerkanordnung, die in der
US 6,028,570 beschrieben ist, und
zu der verbesserten Umfangstragwerkanordnung beschreiben, die durch Einfügen der
hier beschriebenen Modifikationen erhalten wird. Es soll jedoch
betont werden, dass jede Tragwerkantenne, die ein Aufhängungsleinensystem aufweist,
so modifiziert werden kann, dass sie die Verbesserung umfasst.
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Es
wird auf die
1 Bezug genommen, die schematisch
einen Teil einer faltbaren Umfangstragwerkanordnung, die die Erfindung
enthält,
im entfalteten Zustand darstellt. Spezifischer sind die Einstellvorrichtungen,
die in dieser Figur nicht sichtbar sind, in den Aufbau einer neuen
faltbaren Umfangstragwerk-Reflektorkonstruktion integriert, die
den Gegenstand der
US 6,028,570 bildet.
Wie der Fachmann feststellen wird, umfasst der dargestellte Tragwerkaufbau
ein neues Aufhängungsleinensystem,
das sich von dem in der obigen Hintergrundsbeschreibung Beschriebenen
unterscheidet und ein Merkmal des zitierten neuen Tragwerks darstellt.
Es wird kurz auf die
2 Bezug genommen, die einen
Abschnitt des Tragwerks bildlich in einem größeren Maßstab detaillierter darstellt
und das komplexe Verhältnis
der Bauelemente augenscheinlich macht.
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Die
folgende Beschreibung benennt Elemente des früheren Tragwerks, wiederholt
jedoch nicht die Beschreibung seines Betriebs oder seiner Funktion
hinsichtlich des Faltens und/oder des Entfaltens, außer sie
hängen
mit der Beschreibung der vorliegenden Verbesserung zusammen. Es
wird davon ausgegangen, dass der Leser mit der für die Bauelemente des Umfangstragwerks
verwendeten Nomenklatur und der Funktion dieser Elemente oder derjenigen,
die dem Fachmann bekannt sein sollten, ausreichend vertraut ist.
Diejenigen, die weniger erfahren sind, sich aber für zusätzliche
Details interessieren, werden auf die
US
6,028,570 verwiesen.
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In
der folgenden Beschreibung wird häufig auf eine Verbindung zwischen
einem Ende eines Bauteils des früheren
Umfangstragwerks und dem eines anderen Elements Bezug genommen,
entweder als Gelenkverbindung oder als feste Verbindung. Es versteht
sich jedoch, dass der Begriff "Verbindung" im allgemeinen Sinne
verwendet wird, um die Beschreibung eines strukturellen Details,
das für
die Beschreibung an dieser Stelle des Texts unnötig ist, zu minimieren. Auf
dieser Grundlage sollte der weniger erfahrene Leser somit in der
Lage sein, die vorliegende Verbesserung schneller zu verstehen.
Jedoch ist in der Praxis und in der beschriebenen Ausführungsform
eine derartige Verbindung zwischen zwei oder mehreren Bauelementen
keine direkte, sondern eine indirekte Verbindung, die durch eine
als "Verbindungseinrichtung" bezeichnete separate
Gelenkkupplung hergestellt wird. Somit sind alle derartigen Verbindungen
für das
beschriebene Umfangstragwerk mit Verbindungseinrichtungen ausgestattet.
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Wie
der Fachmann feststellen wird, unterscheiden sich die Verbindungseinrichtungen
darüber hinaus
voneinander im Detail in Abhängigkeit
ihrer Anordnung in dem Tragwerk und der Anzahl und der Art der an
dieser Position endenden Bauteile, wie anhand der in dieser Beschreibung
erläuterter
verschiedener Verbindungsstellen ersichtlich wird. Während jedoch
die strukturellen Details dieser Verbindungseinrichtungen für die Beschreibung
der früheren Tragwerkanordnungen
wesentlich sein können,
sind diese Details mit einer Ausnahme, die die frühere Tragwerkanordnung
verbessert, für
das Verständnis der
vorliegenden Erfindung nicht erforderlich und müssen in dem vorliegenden Text
nicht wiederholt werden. Die eine Ausnahme, die der Leser der in
dieser Anmeldung folgenden Beschreibung der Zeichnungen entnehmen
kann, ist eine einzige Verbindungseinrichtung, die die durch die
vorliegende Verbesserung definierte zusätzliche Anordnung umfasst. Diejenigen,
die zusätzliche
Details über
die Verbindungseinrichtungen für
das Umfangstragwerk erfahren möchten,
die hier als Grundlage der vorliegenden Verbesserungserfindung dargestellt
werden, können auf
die
US 6,028,570 zurückgreifen.
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Eine
faltbare Umfangstragwerkanordnung 10 im entfalteten Zustand
ist in einer perspektivischen Draufsicht in einer Linienzeichnung
teilweise in 1 dargestellt, auf die hier
Bezug genommen wird. Hier ist das vollständig entfaltete faltbare Umfangstragwerk 10 perspektivisch
vom oberen vorderen Ende gezeigt. Die Seite des Tragwerks ist durch mehrere
Felder mit einem identischen Aufbau gekennzeichnet, die als Zellen
bezeichnet und durch die Bauelemente gebildet werden. Zwei der das Tragwerk
bildenden Zellen 12 und 14 sind in der Figur bezeichnet,
genauso wie obere und untere entfaltbare Holme 9 und 11,
die jeweils am linken Ende der Zelle 12 angeordnet sind.
Das obere durch eine Ringleine 25 gebildete Ende des Tragwerks
bildet einen einzigen Rand, der einen großen Kreis definiert und das
untere Ende ist in ähnlicher
Weise zu einem Rand geformt, der durch eine hintere Ringleine 27 definiert
wird, während
die gesamte Tragwerkrahmenkonstruktion skelettartig einen kurzen
Hohlzylinder definiert.
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Das
Aufhängungsleinensystem
umfasst die oberen Aufhängungsleinen,
von denen nur eine mit 29 bezeichnet ist, und die unteren
Aufhängungsleinen 31,
die radial an den erstgenannten Leinen ausgerichtet sind, wobei
beide undehnbare Spannelemente darstellen. Es sollte berücksichtigt
werden, dass nur eine Hälfte
der Aufhängungsleinen
in der Figur dargestellt ist, nämlich
diejenigen, die den halbkreisförmigen
Abschnitt des kreisförmigen
Endes des Tragwerks füllen.
Auf die Anderen wurde der Übersichtlichkeit
halber verzichtet. Alle Aufhängungsleinen 29 und 31 erstrecken
sich in radialer Richtung vom Mittelpunkt des Tragwerks nach außen. Sie
formen notwendigerweise ein Paar von Netzen, wobei das obere zur
Abstützung
des nicht gezeigten, den Reflektor bildenden reflektierenden Geflechtmaterials
dient.
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Die
die Aufhängungsleine 29 umfassenden oberen
Aufhängungsleinen
erstrecken sich von der ringförmigen
Verbindungsstelle 30 an einer Position entlang der Achse
des Tragwerks zwischen dem vorderen und dem hinteren Ende des Tragwerks
zu einem äußeren Ende
eines oberen entfaltbaren Holms, wie z. B. des Holms 9.
Die unteren Aufhängungsleinen,
die in radialer Richtung an den oberen Aufhängungsleinen ausgerichtet sind
und die zu der Aufhängungsleine 29 gehörige untere
Aufhängungsleine 31 umfassen,
erstrecken sich ebenfalls von der ringförmigen Verbindungsstelle zum äußeren Ende
eines zugehörigen
unteren entfaltbaren Holms 11, wie z. B. dem Ende des Holms 11,
mit dem die untere Aufhängungsleine 31 verbunden
ist. Es versteht sich, dass die Anzahl der vorderen und der hinteren
Aufhängungsleinen
in dem Tragwerk der Anzahl der Zellen in dem Tragwerk entspricht.
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Die
Verbindung einer jeden Aufhängungsleine
mit einem Ende eines zugehörigen
entfaltbaren Holms 9 erfolgt indirekt durch eine Verbindungseinrichtung,
wie das Verbindungselement genannt wird. Die Verbindung der Leine
mit der Verbindungseinrichtung kann wie in den aus dem Stand der
Technik bekannten Tragwerken durch eine konventionelle Spanneinrichtung,
wie z. B. eine nicht gezeigte, mit einem Gewinde versehene Schraube
und eine Mutter hergestellt werden. Eine Spanneinrichtung erleichtert
es, die Aufhängungsleinen
ein wenig straff zu ziehen und/oder alle Aufhängungsleinen im gleichen Maß zu spannen.
Die obige Ausführungsform umfasst
eine in der Figur nicht dargestellte Spanneinrichtung und die Verbesserung
der vorliegenden Erfindung umfasst Veränderungen an dieser Spanneinrichtung
und der zugehörigen
Verbindungseinrichtung, die im Folgenden detaillierter beschrieben
wird.
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Sich
von der Aufhängungsleine
nach unten erstreckende Bänder
oder einfach Bänder,
wie z. B. das mit 32a bezeichnete, mit verschiedenen vorbestimmten
Längen
verbinden verschiedene Positionen entlang der einzelnen vorderen
Aufhängungslei nen mit ähnlichen
Positionen an den darunter liegenden unteren Aufhängungsleinen,
um die zugehörige
Aufhängungsleine
in die geeignete gekrümmte
Form zu bringen. Diese Bänder
sind mit einfachen Knoten an den Aufhängungsleinen befestigt und
mit einem Klebstoff in ihrer Position gehalten.
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In
der dargestellten Ausführungsform
sind vier in gleichem Abstand voneinander angeordnete Bänder entlang
der Aufhängungsleine
zwischen der Aufhängungsleine 29 und
der Aufhängungsleine 31 befestigt.
Obwohl sie in der Figur nicht bezeichnet sind, können die drei Bänder vor
dem Band 32a in aufeinanderfolgender Reihenfolge als mit 32b, 32c und 32d bezeichnet
betrachtet werden. Die Länge der
Bänder
nimmt zu, je größer ihr
Abstand von dem Mittelpunkt ist.
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In
Abhängigkeit
der gewünschten
Funktion des Reflektors sind die Aufhängungsleinen entweder identische
Spannleinen oder ungleiche Spannleinen. In dem speziellen Fall,
in dem die Aufhängungsleinen identische
Spannleinen sind, zieht jedes Band die zwei Spannleinen um eine
gleiche Strecke aufeinander zu und je kürzer die Länge des Bandes ist, desto näher werden
die einander gegenüberliegenden Spannleinen
zueinander gezogen. Die Längen
der einzelnen Bänder
und ihre Anordnung entlang der jeweiligen Aufhängungsleine ist so gewählt, dass
sich das Paar von Aufhängungsleinen
jeweils einer parabolischen Kurve annähert. Da alle anderen Aufhängungsleinen-
und Bänderanordnungen
identisch sind, bildet jede Aufhängungsleine
die gleiche parabolische Kurve. Und insgesamt stellt das vordere Ende
der Aufhängungsleine,
wie aus der Figur ersichtlich ist, eine Netzoberfläche oder
ein skelettartiges Bett bereit, das einen Ausschnitt eines Paraboloids
definiert.
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Die
Kurve ist in der in 3 dargestellten Seitenansicht,
auf die kurz Bezug genommen wird, besser erkennbar. Wie gezeigt,
werden die Aufhängungsleinen 29 und 31 durch
die Bänderleinen 32 in eine
parabolische Form gebracht.
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Da
die vorderen und die hinteren Aufhängungsleinen einen identischen
Aufbau aufweisen und aus einem identischen Material bestehen, werden
alle physikalischen Änderungen
infolge einer Temperaturänderung
oder dergleichen symmetrisch verteilt und können keine verzerrenden, unsymmetrisch
aufgebrachten Spannungen in den verbleibenden Tragwerkelemente erzeugen.
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Bei
der Fortsetzung der Beschreibung der Grundlagen der vorliegenden
Verbesserung wird auf die 2 Bezug
genommen. In dieser Figur dargestellte Elemente, die bereits in 1 benannt
wurden, sind in dieser Ansicht mit den gleichen Bezugszif fern bezeichnet.
Darüber
hinaus umfasst die Bezeichnung dort, wo eine Mehrzahl gleicher Elemente auftritt,
einen kleingeschriebenen Buchstaben, um ein Element von einem anderen
gleichartigen Element zu unterscheiden. Die Rahmenkonstruktion der gezeigten
Zellenabschnitte umfasst vertikal ausgerichtete Streben 1, 1b und 1c,
die in gleichen Abständen
voneinander angeordnet sind. Jede Zelle in dem Tragwerk ist durch
ein benachbartes, voneinander beabstandetes Paar derartiger vertikaler
Streben definiert und jede derartige vertikale Strebe ist zwei benachbarten
Zellen gemeinsam zugeordnet. In der Zelle 12 überbrücken Ringlängsträger 5 und 7 die vertikalen
Streben: In der in der Figur gezeigten Zelle 12 überbrückt der
obere Längsträger 5 die
oberen Enden zweier benachbarter vertikaler Streben 1 und 1b.
Der untere Längsträger 7,
der parallel zu dem Ringlängsträger 5 ausgerichtet
ist, überbrückt die
unteren Enden der gleichen zwei vertikalen Streben. Gemeinsam definieren
die vertikalen Streben und die Ringlängsträger in einer Zelle einen rechteckigen oder
quadratischen Rahmen der Zelle. Separate Paare von horizontalen
Längsträgern sind
in allen anderen Zellen enthalten und in der Zelle 14 beispielsweise
mit 5b und 7b bezeichnet. Die Verbindung zwischen
den Ringlängsträgern und
den vertikalen Streben ist eine Verbindung, die unterschiedlich
als Gelenkverbindung oder Drehverbindung bezeichnet wird.
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Die
teleskopierbare Diagonale 13 ist eine teleskopierbare Rohranordnung,
wie sie z. B. in einem zusammenklappbaren Schirm zu finden ist,
wobei ein Rohr in ein größeres Rohr
passt und in dieses hinein- oder aus diesem herausgleiten kann,
um jeweils die Länge
des Elements einzustellen. Die Enden der teleskopierbaren Diagonale 13 sind
mit der Verbindungsstelle am oberen Ende der vertikalen Strebe 1 und
dem linken Ende des Ringlängsträgers 5 und dem
unteren Ende der benachbarten vertikalen Strebe 1b und
dem rechten Ende des unteren Ringlängsträgers 7 verbunden und
erstrecken sich nach unten in diagonaler Richtung von links nach
rechts über
den gebildeten quadratischen Rahmen.
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In
der benachbarten Zelle 14 auf der in der Figur rechten
Seite erstreckt sich die teleskopierbare Diagonale 13b in
diagonaler Richtung nach oben von links nach rechts und ist zwischen
dem unteren Ende der vertikalen Strebe 1b und dem oberen
Ende der vertikalen Strebe 1c verbunden. Die Verbindungen werden
ebenfalls durch eine Gelenkverbindung hergestellt. Die nächste teleskopierbare
Diagonale, die in der nächsten
benachbarten Zelle auf der rechten Seite angeordnet ist, ist in
der gleichen Richtung ausgerichtet, wie die erste beschriebene,
in der Zelle 12 angeordnete teleskopierbare Diagonale 13.
In dieser Ausführungsform
eines Tragwerks unterscheidet sich die Ausrichtung der teleskopierbaren
Diagonalen in einer Zelle von der Orientie rung in jeder der benachbarten
Zellen dadurch, dass sie ein Spiegelbild der anderen darstellt.
Die teleskopierbaren Diagonalen umfassen eine nicht dargestellte
innere Sperrvorrichtung, die die minimale Länge des Elements begrenzt.
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Die
zwei Dreiecksstreben 15 und 17 sind gelenkig an
einem Ende miteinander verbunden, um die Spitze eines Dreiecks zu
bilden. Das verbleibende Ende der Strebe ist gelenkig mit der Verbindungsstelle
am oberen Ende der vertikalen Strebe 1 verbunden und das
verbleibende Ende des Dreiecksstrebe 17 ist gelenkig mit
der Verbindungsstelle am unteren Ende der benachbarten vertikalen
Strebe 1b verbunden.
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Die
zwei Streben 15 und 17 bilden ein Dreieck mit
der teleskopierbaren Diagonale 13, die als Grundlinie des
Dreiecks dient. Dies bildet folglich die Basis für die Bezeichnung dieser Streben
als Dreiecksstreben, was keine Bezugnahme auf die Geometrie der
einzelnen Strebe darstellt, die rohrförmig ist. Die Zelle 12 umfasst ähnliche
Dreiecksstreben 15 und 17. Die Zelle 14 umfasst
in ähnlicher
Weise Dreiecksstreben 15b und 17b, die eine zugehörige teleskopierbare
Diagonale 13b überlagern.
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Spannleinen 2 und 4,
die insbesondere als Dreiecksspannleinen bezeichnet werden, um sie
von anderen Spannleinen in dem Tragwerk zu unterscheiden, erstrecken
sich von der Gelenkverbindung, die die zwei Dreiecksstreben 15 bzw. 17 mit
den verbleibenden zwei Ecken des gebildeten Quadrats verbindet,
den zwei Ecken, die nicht durch ein Ende entweder der Dreiecksstreben 15 und 17 oder
der teleskopierbaren Diagonale 13 belegt sind. Somit erstreckt
sich die Dreiecksspannleine 2 vom unteren Ende der vertikalen
Strebe 1 in der linken Zelle zur Spitze am Verbindungspunkt
der Dreiecksstreben, und die Dreiecksspannleine 4 erstreckt
sich von dem letztgenannten Punkt zum oberen Ende der benachbarten
vertikalen Strebe 1b. Entsprechende Dreiecksspannleinen 2c und 4c sind
in der rechten Zelle und Dreiecksspannleinen 2b und 4b sind
in der mittleren Zelle enthalten. In der mittleren Zelle erstrecken sich
die Dreiecksspannleinen nach unten von der oberen linken zur unteren
rechten Ecke der gebildeten Box, da die letztgenannten Ecken nicht
durch die Enden der zugehörigen
teleskopierbaren Diagonale 13 belegt sind.
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Die
Spannleinen sind Spannelemente und nicht verlängerbar sowie elastisch. In
dieser Beschreibung bedeutet elastisch, wenn es nicht anderweitig
erläutert
ist, biegsam oder mit anderen Worten im Allgemeinen nicht dazu in
der Lage, ohne das Aufbringen von Zugkräften eine vorgegebene Form
beizubehalten, nicht dazu in der Lage, selbsttragend zu sein. Nicht
verlängerbar
bedeutet, dass sich das Element nicht be deutend verlängert oder
ausdehnt und seine Länge
im Wesentlichen in Abhängigkeit
der Temperatur nicht variiert. Ein Beispiel eines derartigen dem
Fachmann bekannten Spannelements ist ein Faden oder eine Schnur.
In technischeren Begriffen ausgedrückt, besteht die Spannleine
aus einem Material mit einem hohen Modul und einem niedrigen Expansionskoeffizienten,
das nahezu nicht kriecht, wie z. B. Graphit-Multifilamentschnüre.
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Eine
Dreiecksringleine 23 erstreckt sich um den Umfang des Tragwerks,
ist auf halbem Weg zwischen den vorderen und den hinteren Rändern des Tragwerks
angeordnet und ist mit dem Verbindungspunkt an der Spitze eines
jeden gebildeten Dreiecksabschnitts verbunden. Die Dreiecksringleine
besteht aus einer Mehrzahl von einzelnen Spannleinen, die notwendigerweise
zwischen jedem benachbarten in jeder Zelle gebildeten Dreieck an
ihren Enden miteinander verbunden sind.
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Die
obere Verlängerung
oder der entfaltbare Holm 9 und der sich nach unten erstreckende
untere entfaltbare Holm 11 sind beispielsweise durch eine hier
nicht dargestellte federbelastete Gelenkverbindung oder ein Drehgelenk
gelenkig an dem jeweiligen oberen und unteren Ende einer zugehörigen vertikalen
Strebe 1 befestigt. Ein gleiches Paar von derartigen Streben 9b und 11b und 9c und 11c ist
jeder der die rechte benachbarte Zelle 14 festlegenden verbleibenden
vertikalen Streben zugeordnet, und in den zwei gezeigten Zellen
sind insgesamt drei entfaltbare Holme dargestellt. Die Holme 9c und 11c begrenzen
darüber
hinaus die nächste
rechte am nähesten
benachbarte nicht dargestellte Zelle und die Holme 9 und 11 begrenzen
darüber
hinaus die nächste
linke in der Figur nur teilweise dargestellte am nächsten benachbarte
Zelle.
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Bezüglich der
in der linken Zelle 12 gezeigten Spannleinen 19, 20, 21 und 22 stellen
in der mittleren Zelle 14 enthaltene Elemente 19b, 20b, 21b und 22b sowie
in der in der Figur rechten Zelle 16 enthaltene Elemente 19c, 20c, 21c und 22c gleichartige
Spannleinen dar. Jede dieser Spannleinen ist beispielsweise in der
linken Zelle an einem Ende an dem äußeren Ende eines entfaltbaren
Holms 9, 9b, 11 bzw. 11b und
an dem Verbindungspunkt an der Spitze des durch die Dreiecksholme 15 und 17 gebildeten
Dreiecks befestigt.
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Es
wird nun auf den oberen entfaltbaren Holm 9b Bezug genommen,
der beiden Zellen 12 und 14 gemeinsam zugeordnet
ist. Der Spanndraht 20 ist zwischen dem äußeren Ende
des Holms 9b und der Gelenkverbindung an den Dreiecksstreben 15 und 17 der
linken Zelle verbunden. Der Spanndraht 19b ist zwischen
dem äußeren Ende
des gleichen Holms und der Gelenkverbindung an den Dreiecksstreben 15b und 17b der
mittleren Zelle verbunden. Einer senkrecht zur Ebene des Papiers
auf das Ende des Holms 9b aufgebrachten Kraft wird durch
die Spannleinen 20 und 19b und die zwei gebildeten
Dreiecke, mit denen diese Spannleinen verbunden sind, standgehalten.
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Der
Spanndraht 22 ist zwischen dem äußeren Ende des unteren Holms 11b und
der Gelenkverbindung an den Dreiecksstreben 15 und 17 der
Zelle 12 verbunden. Der Spanndraht 21b ist zwischen
dem äußeren Ende
des gleichen Holms und der Gelenkverbindung an den Dreiecksstreben 15b und 17b der Zelle 14 verbunden.
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Eine
obere Ringleine 25 besteht aus einer Reihe von kurzen unverlängerbaren
Spannelementen, die durchgängig
um das obere Ende des Tragwerks angeordnet und mit den äußeren Enden
der oberen entfaltbaren Holme verbunden sind. Der Bequemlichkeit
halber sind in dieser Beschreibung alle gleichartigen Elemente dieser
Leine mit der Nummer 25 bezeichnet. Eine untere Ringleine 27 besteht ebenfalls
aus einer Reihe von kurzen unverlängerbaren Spannelementen, die
durchgängig
um das untere Ende des Tragwerks angeordnet und mit den äußeren Enden
der unteren entfaltbaren Holme verbunden sind. Der Bequemlichkeit
halber sind in dieser Beschreibung alle gleichartigen Elemente dieser
Leine mit der Nummer 27 bezeichnet.
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In
der 2 ist zu sehen, dass ein Ende der Elemente 9b, 20, 19b und 25-25 an
einem gemeinsamen Verbindungspunkt in dem mit D-D bezeichneten Bereich
zusammentrifft, der durch eine Verbindungseinrichtung 60 gebildet
wird, die als Einzelelement-Verbindungseinrichtung bezeichnet wird,
da nur eines dieser Elemente starr ist. Alle diese Elemente mit
Ausnahme des Holms 9c sind Spannelemente, wie z. B. Spanndrähte und
sind an der Verbindungseinrichtung befestigt. Die Aufhängungsleine 29,
eine Spannleine, ist ebenfalls mit der Verbindungseinrichtung verbunden.
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Es
wird auf die 4 Bezug genommen, die eine perspektivische
Ansicht eines kleinen vorderen Abschnitts D-D des in 2 gezeigten
Tragwerkabschnitts in einem vergrößerten Maßstab zeigt. Die mit dem Ende
des entfaltbaren Holms 9b verbundene Verbindungseinrichtung 60 verbindet
ein Ende der verschiedenen Bauteile des Rahmens, die am Ende des
Holms aufeinandertreffen, einschließlich der Enden der zwei Abzweigungen
der Ringleine 25, der Spanndrähte 19b und 20 und
der Aufhängungsleine 29,
die alle unverlängerbare
Spannelemente darstellen. Die Achsen dieser Elemente schneiden sich
in der Verbindungseinrichtung und ihre Enden laufen zusammen und
sind an der Verbindungseinrichtung befestigt, geeigneterweise durch
Crimpverbindungen oder andere konventionelle Befestigungsvorrichtungen.
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Die
Verbindungseinrichtung 60 dient darüber hinaus der Aufnahme eines
Spannungseinstellmechanismus 62, der mit einem Mikrominiatur-Schrittmotor 64,
welcher mit einem in dieser Ansicht nur teilweise dargestellten
Getriebezug 66 verbunden ist und diesen antreibt, und einer
elektronischen Fernsteuerungseinrichtung 68 ausgestattet
ist, die im Folgenden vollständig
beschrieben werden wird und die dazu dient, Befehle zu empfangen
und zu übertragen sowie
den Betrieb des Schrittmotors zu steuern. Diese Elemente sind auch
in der Querschnittsansicht der Verbindungseinrichtung gezeigt, die
in 5 dargestellt ist und die gleichzeitig betrachtet
werden kann. Wie besser in der 5 dargestellt
ist, dient eine wiederaufladbare Batterie 67 als Energiequelle
und eine Photozelle 69 ist an der äußeren Wand der Verbindungseinrichtung
angebracht.
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Das
Ende der Aufhängungsleine 29 ist
durch ein mit einem Gewinde versehenes Spannelement 65 an
der Verbindungseinrichtung befestigt, das durch die Wand der Verbindungseinrichtung
geschraubt ist, um mit dem angetriebenen Ende des Getriebezugs 66 zusammenzuwirken.
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Die
Verbindungseinrichtung 60 ist durch ein Einstellelement 61 am
Ende des entfaltbaren Holms 9b befestigt, das aus einem
mit einem Gewinde versehenen rohrförmigen Element besteht, das
in den Holm 9b passt und axial mit einem Verlängerungselement
verbunden ist, das mit der Verbindungseinrichtung 60 verbunden
ist. Das Einstellelement 61 ist in ein mit einem Innengewinde
versehenes Ende des Hohlraums des Holms geschraubt. An seinem anderen
Ende ist es durch eine drehbare Gleitverbindung an der Verbindungseinrichtung
angebracht.
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Durch
Drehen des Einstellelements 61 in eine Richtung bewegt
sich das Einstellelement axial in den Holm hinein und verkürzt notwendigerweise die
wirksame Länge
des Holms. Das Drehen des Einstellers in die entgegengesetzte Richtung
bewegt den Einsteller axial aus dem Holm heraus und verlängert notwendigerweise
die wirksame Länge
des Holms oder, präziser
ausgedrückt,
vergrößert den Abstand
zwischen der Verbindungseinrichtung und der Gelenkverbindung am
anderen Ende des Holms. Dies stellt eine Z-Achseneinstellung dar.
Dies erlaubt eine Voreinstellung des Endes der Aufhängungsleine,
die erforderlich ist, um jede Aufhängungsleine präzise an
der durch alle Aufhängungsleinen
erzeugten parabolischen Oberfläche
auszurichten.
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Die
oben beschriebene Verbindungseinrichtung und die zugehörigen Komponenten
sind für
die am Ende eines jeden oberen und unteren entfaltbaren Holms in
dem Umfangstragwerk angeordneten Verbindungseinrichtungen repräsentativ.
Identische Verbindungseinrichtungen und zugehörige Komponenten sind an jeder
derartigen Position angeordnet. Die Z-Achseneinstellung ist eine
manuelle Einstellung. Sie wird an allen entfaltbaren Holmen mit
dem Ziel durchgeführt,
alle Aufhängungsleinen
aneinander auszurichten und dadurch eine genauere parabolische Oberfläche zu erzeugen.
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Der
Mikrominiatur-Schrittmotor 64 ist eine mit Gleichstrom
betriebene Positionier- oder
Schritteinrichtung. Wenn auch nur vorübergehend ein Gleichstrom an
seinen Steuerungseingang angelegt wird, wird der Schrittmotor angeregt
und dreht oder bewegt schrittweise seine Welle um einen vorbestimmten
Winkel, stoppt dann und überprüft erneut den
Steuerungseingang auf einen angelegten Gleichstrom. Wenn der Motor
beginnt, seine Welle zu drehen, bleibt der Motor durch einen Haltestromkreis, der
den Gleichstromeingang umgeht, angeregt, um zu gewährleisten,
dass der Motor den "Schritt" auch dann beendet,
wenn der Gleichstrom von dem Gleichstromeingang getrennt wird. Wenn
der angelegte Gleichstrom am Gleichstromeingang bei der Beendigung
des Schritts angelegt bleibt, wird der Schrittmotor erneut angeregt
und führt
einen weiteren Schritt aus. Sonst stoppt der Motor und erwartet das
Anlegen einer weiteren Gleichspannung an seinen Gleichstromsteuerungseingang.
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Durch
das Anlegen einer Reihe von in geeigneter Weise voneinander beabstandeter
Gleichstrompulse dreht sich die Motorwelle um eine gleiche Anzahl
von Schritten, und die Strecke, die die Welle zurücklegt,
ist präzise
bekannt. Da die Schritteinrichtung physikalisch eine geringe Größe aufweist,
ist sie schnell in das Umfangstragwerk zu integrieren. Ihr leichtes
Gewicht minimiert die Auswirkung auf das Startgewicht, obwohl sie
im Verhältnis
zu Umfangstragwerken, die dieses Merkmal oder die dadurch erzielten
Vorteile nicht aufweisen, für
ein größeres Gewicht
sorgt.
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Die
Welle des Schrittmotors ist mit dem Getriebezug 66 verbunden
und treibt diesen an. Der Getriebezug untersetzt oder verringert
seinerseits die mechanische Bewegung der Welle auf eine Bewegung
am Ausgang des Getriebezugs, die nur einen kleinen Anteil der Drehung
der Antriebswelle darstellt, wodurch das Drehmoment erhöht wird.
Wie klar ersichtlich wird, ist der zur Veränderung der Spannung in der
Aufhängungsleine
erforderliche Betrag an physikalischer Bewegung sehr klein. Der
Getriebezug minimiert somit das erforderliche Drehmoment des Schrittmotors
und folglich seinen Energieverbrauch auf das notwendige Minimum.
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Wie
in dem in der 6 dargestellten Blockdiagramm
gezeigt ist, umfasst die elektronische Fernsteuerungsschaltung einen
RF-Empfänger
und einen Detektor 70 zum Empfangen von über die
Antenne 72 empfangener RF. Diese codierte RF wird erfasst
und als digitale Daten an die digitale Steuerungseinrichtung 74 ausgegeben.
Die digitalen Daten können
ein Datenpaket umfassen, das eine digitale Adresse umfasst, die
eindeutig der digitalen Steuerungseinrichtung an der einen speziellen
Position zugeordnet ist, die die Steuerungseinrichtung als ihre eigene
erkennt und auf die Erkennung hin die mit der Adressinformation
verbundenen digitalen Daten registriert. Die Steuerungseinrichtung
wandelt dann die Information um oder übersetzt sie in eine geeignete Anzahl
von Spannungspulsen, um den Schrittmotor um eine gleiche Anzahl
von Zählimpulsen
oder Schritten schrittweise zu bewegen. Die Steuerungseinrichtung
gibt diese Pulse an den Schrittmotor 64 aus. Derartige
digitale Steuerungseinrichtungen werden typischer Weise von einem
Mikroprozessor gesteuert und enthalten geeignete Speicher-, Puffer-, Register-
sowie Eingangs- und Ausgangs-Schnittstelleneinrichtungen.
Der Mikroprozessor arbeitet unter der Steuerung eines gespeicherten
Programms, der Software.
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Jeder
Verbindungseinrichtung in dem Umfangstragwerk ist eine eindeutige
digitale Adresse zugeordnet. Somit wird nur die Steuerschaltung,
deren Adresse in dem von der entfernten Übertragungsquelle gesendeten
Datenstrom enthalten ist, die Befehlsdaten decodieren und ausführen, die
ebenfalls in dem gleichen Datenstrom oder -paket gesendet werden.
Diese drahtlose Empfangs- und Fernsteuerungsfunktion beseitigt die
Notwendigkeit, eine zusätzliche
elektrische Verkabelung von der Box mit dem zugehörigen Raumfahrzeug
vorzusehen, die sonst ersatzweise erforderlich wäre, was eine weniger wünschenswerte
alternative Anordnung darstellt.
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Die
wiederaufladbare Gleichstrombatterie 67 führt dem
Schrittmotor und der elektronischen Steuereinheit Energie zu. Die
wiederaufladbare Batterie weist die kleinstmögliche Größe auf. Es wird davon ausgegangen,
dass Batterien in der Größe einer
Kreditkarte für
diese Anwendung wünschenswert
sind. Ein Beispiel für
gegenwärtig
vermarktete Batterien in Kreditkartengröße ist die Xerox-Flachpackbatterie.
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Eine
photoelektrische Batterieladevorrichtung 71 zur Speisung
der Batterieladevorrichtung wandelt den Strom um, der von einer
Photozelle 69 zugeführt
wird, die an einer äußeren Wand
des Gehäuses
angeordnet ist, wo sie für
das Sonnenlicht zugänglich
ist. Darüber
hinaus umfasst die elektronische Steuerschaltung einen digitalen
Radioempfänger
und eine Steuerschaltung 70 für die drahtlose Übertragung
von Befehlen für
den Schrittmotor über eine
digitale Radiokommunikationsverbindung.
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Der
Batterieausgang ist jeweils mit dem Energieeingang der Schaltungen 70 und 74 und
dem Schrittmotor 64 verbunden. Die Solarzelle 69 ist
mit einem Eingang der Batterieladevorrichtung 71 verbunden
und der Ausgang der Batterieladevorrichtung ist mit der Batterie
verbunden. Die Solarzelle wandelt verfügbares Sonnenlicht in Gleichstrom
um, der an einen Eingang einer konventionellen Batterieladeschaltung 71 übertragen
wird. Die letztgenannte Schaltung lädt ihrerseits langsam die Batterie.
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Um
Batteriestrom zu sparen, sollten der RF-Empfänger und die digitale Steuerungseinrichtung
vorzugsweise eine "Schlaf"-Schaltung umfassen,
um im Leerlaufzustand, während
dem sie den Empfang eines Befehls von der entfernten Quelle, die Erfassung
eines RF-Signals mit der passenden Frequenz und eines Codes erwarten,
einen minimalen Stromverbrauch aufweisen.
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Die
inkrementale Zunahme oder Abnahme der in den Aufhängungsleinen
durch jeden Schritt des Schrittmotors in eine entsprechende Richtung oder
die andere erzeugte Spannung oder Belastung wird während der
Produktion und der Erprobung in einem Kalibrierungsverfahren bestimmt,
das am Besten empirisch erhalten wird. Von einer festgelegten Grundspannung
wird der Schrittmotor jeweils um einen Schritt bewegt und jedesmal
die Spannung in der Aufhängungsleine
gemessen und ihre Krümmung bestimmt.
Alle derartigen Schritteinrichtungen in dem Tragwerk werden entsprechend
bewegt und die Vorschubwirkung wird gemessen. Wenn somit im Weltraum
ein Abfall der Vorschubwirkung erfasst wird, kann der Bediener am
Boden einen Befehl einleiten, den Motor um einen Schritt zu bewegen.
Bedeutenderweise kann das Schrittvorrichtungssystem zum anfänglichen
Spannen der Aufhängungsleine
beim Hersteller eingesetzt werden. Bei früheren Tragwerken wird die Spannung
der Aufhängungsleinen
von Hand eingestellt, überprüft und gemessen.
Der Techniker muss das Tragwerk physikalisch berühren. Mit der vorliegenden
Erfindung erfolgt die Spannungseinstellung freihändig.
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Es
wird davon ausgegangen, dass die obige Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen der
Erfindung im Detail ausreichend ist, um dem Fachmann die Herstellung
und die Verwendung der Erfindung zu ermöglichen. Es versteht sich jedoch ausdrücklich,
dass die Details der Elemente, die zu dem obengenannten Zweck ausgeführt wurden,
nicht dazu dienen sollen, den Schutzbereich der Erfindung zu beschränken, soweit Äquivalente
dieser Elemente und weitere Modifikationen davon, von denen alle
im Schutzbereich der Erfindung liegen, für den Fachmann beim Lesen dieser
Beschreibung ersichtlich werden. Somit ist die Erfindung innerhalb
des Gesamtschutzbereichs der beigefügten Patentansprüche breit
angelegt.