DE68902110T2 - Reibungsfreies selbstangetriebenes gelenk und eine gelenkige einheit, beispielsweise ein satellitensolarpaneel, das mit solchen gelenken versehen ist. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft hauptsächlich ein reibungsfreies Gelenk, entworfen um zugleich die automatische Ausbreitung der Elemente, die es verbindet, zu ermöglichen, sowie deren Verriegelung in ausgebreiteter Stellung. Die Erfindung betrifft auch einen gelenkigen Aufbau, der aus verschiedenen Elementen besteht, die miteinander durch solche Elemente verbunden sind.
• Wegen seiner Zuverlässigkeit und seiner Leistungsfähigkeit ist das erfindungsgemäße Gelenk besonders geeignet für eine Verwendung in der Raumfahrt, und vor allem für die Herstellung der Solarpanele für Satelliten, die aus verschiedenen gelenkig miteinander verbundenen Elementen bestehen und deren Ausbreitung im Weltraum erfolgt. Jedoch können zahlreiche weitere Anwendungen in Betracht gezogen werden, ebenso auf dem Gebiet der Raumfahrt wie auf der Erde. In der ersten Kategorie, nur beispielhaft genannt, die Sonnenjalousien, die Manipulationsarme, etc . . . Unter den Anwendungen auf der Erde seien genannt die Robotik und die Industrien für Nukleartechnik, Lebensmittel, Pharmazie, Chemie, etc . . .
• Gegenwärtig sind die verschiedenen, ein Solarpanel bildenden Elemente miteinander verbunden durch Gelenke des Scharniertyps, die bekanntlich Reibung verursachen zwischen den Teilen, die miteinander Kontakt haben. Solche Gelenke benötigen eine Schmierung, deren Verwirklichung schwierig ist aufgrund der extremen Temperaturbedingungen und der Luftleere, denen der Satellit ausgesetzt ist während des Transports in die Umlaufbahn und danach in der Umlaufbahn. Unter diesen Bedingungen haben die Materialien eine Tendenz sich zu verschweißen oder festzufressen, was eine Nichtausbreitung des Panels zur Folge haben kann.
• Übrigens wird bei den aktuellen Gelenken das Ausbreiten der Panels im allgemeinen mit Antriebsmitteln bewerksteiligt die z. B. Torsionsfedern enthalten. Die großen und gestreuten Reibungen dieser Gelenke verlangen einen starken Antrieb, um eine ausreichende Antriebsmarge zu erhalten. Für den Fall, daß die Reibungen gering wären, könnten die Stöße am Ende der Ausbreitung sehr groß sein. Um diese Stöße, die heftige strukturelle Schläge nach sich ziehen können, zu begrenzen, bringt man an diesen aktuellen Gelenken ein System der Geschwindigkeitsregelung an. Außerdem haben die großen und gestreuten Reibungen zur Folge, daß die Ausbreitungsgeometrie nicht genau vorausgesagt werden kann, was dazu geführt hat, daß man die die Ausbreitung der verschiedenen, die Panels bildenen Elemente, synchronisiert hat, wie vor allem im Dokument FR-A-2 371 343 gezeigt wird.
• In diesem Dokument ist vorgesehen, zwei gelenkige Elemente mittels mehrerer elastischer Lamellen von kreisbogenförmigem Querschnitt zu verbinden, die auf den beiden sich gegenüberliegenden Seiten dieser Elemente befestigt sind. So erhält man ein Gelenk ohne Reibung, das zwischen den Elementen ein Drehmoment ausübt, das bestrebt ist, sie automatisch auszubreiten und eine Verriegelungskraft ausübt zwischen diesen Elementen, wenn sie sich in ausgebreiteter Stellung befinden.
• Jedoch bietet dieses Gelenk keine relative Führung zwischen den Elementen, wenn sie sich ausbreiten, so daß sich parasitäre Bewegungen einstellen können, wie etwa Torsions- oder Oszillationsbewegungen, zum Beispiel beim Abschuß des Satellits, beim Ausbreiten des Panels oder unter der Wirkung der Temperaturgradienten, denen letzteres ausgesetzt ist. Solche Bewegungen sind in der Praxis nicht tolerierbar, weil sie die Panels selbst oder andere Teile des Satellits beschädigen könnten.
• Außerdem sind die in Dokument beschriebenen elastischen Lamellen notwendigerweise von begrenzter Dicke, um eine gute Elastizität zu garantieren während der ganzen Ausbreitungsphase. Das Erreichen eines höheren Drehmoments und einer ausreichenden Verriegelungskraft machen eine große Anzahl Lamellen erforderlich, was auch den Platzbedarf des Gelenks in übertriebener Weise erhöht.
• Andererseits kennt man aus dem Dokument FR-A-2 122 087 ein Scharnier, bei welchem die beiden gelenkig verbundenen benachbarten Elemente in Kontakt sind miteinander durch konvexe zylindrische Oberflächen. Diese beiden Elemente sind miteinander verbunden durch zumindest zwei flexible Bänder, deren Enden auf jedem der Elemente befestigt sind, so daß die Bänder sich kreuzen zwischen den zylindrischen Oberflächen.
• Ein solches Scharnier, auch es ohne Reibung, enthält weder Antriebsmittel noch Verriegelungsmittel in der geöffneten Stellung. Zudem ist es den vorgenannten Anwendungen nicht angepaßt, denn die großen Temperaturgradienten, denen es ausgesetzt wäre, würden unvermeidbar zum Auftreten eines Spiels zwischen den Elementen führen, was unerwünschte Torsionseffekte zwischen den Panels zur Folge hätte, vor allem wegen der beim Abschuß des Satellits auftretenden Spannungen und am Ende der Ausbreitung der gelenkigen Elemente.
• Der genaue Zweck der Erfindung ist ein neuer reibungsfreier Gelenktyp, der zugleich die Vorteile der in den Dokumenten US-A-3 386 128 und FR-A-2 122 087 beschriebenen Gelenke aufweist ohne deren Nachteile zu enthalten, wobei diese Gelenke vor allem die Vorteile haben, selbstantreibend und selbstverriegelt zu sein und dabei über eine Führung zu verfügen, die ohne Spiel und ohne Torsionsbewegung zwischen den Elementen ist, welchen Temperaturbedingungen und mechanischen Stößen sie auch immer ausgesetzt sind.
• Erfindungsgemäß wird dieses Resultat mit Hilfe eines Gelenks ohne Reibung erzielt, entworfen um zwischen zwei benachbarten Elementen montiert zu werden, dabei zumindest ein vorgeformtes elastisches Band von bogenförmigem Querschnitt enthaltend, mit seinen beiden Enden an jedem der Elemente befestigt, wobei dieses Gelenk dadurch gekennzeichnet ist, daß es zwei Beschläge aufweist, die geeignet sind an jedem der beiden Elemente befestigt zu werden und auf denen die Enden eines jeden elastischen Bandes befestigt werden, wobei genannte Beschläge zylindrisch konvexe Flächen enthalten, geeignet aufeinander abzurollen unter der Wirkung von mindestens zwei biegsamen Organen, wobei die Enden von jedem dieser Organe jeweils befestigt sind auf jedem Beschlag, so daß die Organe, sich dabei kreuzend, zwischen den genannten zylindrischen Oberflächen verlaufen, wobei ein spannungerzeugendes Mittel vorgesehen ist, um auf jedes der genannten Organe eine Vorspannung auszuüben.
• In einem so gestalteten Gelenk rollen die beiden Beschläge ohne Reibung aufeinander ab unter der Wirkung der elastischen Bänder, die auch die Verriegelung des ausgebreiteten Gelenks sicherstellen. Das Abrollen erfolgt spielfrei und ohne Torsionsbewegung zwischen den Panels durch die biegsamen und vorgespannten Organe, welche die beiden Beschläge verbinden, wobei diese Vorspannung so ausgelegt wird, daß die genannten Organe Belastungen jeder Art und die thermischen Gradienten aushalten, denen das Gelenk bei der vorgesehenen Anwendung ausgesetzt ist.
• Zusätzlich zu diesen Eigenschaften bietet das erfindungsgemäße Gelenk, da reibungsfrei, den Vorzug, daß die Restantriebskraft (Antriebsdrehmoment minus Gegenmoment) wenig gestreut ist. Somit kann die Geometrie der Ausbreitung mit großer Genauigkeit vorausgesagt werden. Folglich ist es im allgemeinen nicht nötig ein Synchronisationssystem hinzuzufügen für die Ausbreitung der verschiedenen Panels unter sich. Außerdem erlaubt das Fehlen der Reibung die Verwendung eines relativ schwachen Antriebs, und somit die Begrenzung der am Ende der Ausbreitung auftretenden Stöße. Folglich ist es nicht nötig, ein System für die Regelung der Geschwindigkeit hinzuzufügen.
• Vorteilhafterweise enthält jedes elastische Band zwei übereinanderliegende elastische Lamellen, verbunden miteinander in ihrer Mitte durch ein mechanisches Mittel wie etwa einem Niet.
• Um den besten Kompromiß zu finden zwischen dem Abtriebsdrehmoment und der Verriegelungskraft am Ende der Ausbreitung, wird jedes elastische Band angebracht mit einem Abstand der größer Null ist zu der Ebene die durch die Achsen der zylindrischen Oberflächen verläuft, parallel zu dieser Ebene und auf der nach innen gerichteten Seite des Gelenks, wobei eine konkave Seite des genannten elastischen Bandes dieser Ebene zugekehrt ist.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird den biegsamen Organen, bestehend z. B. aus einer Lamelle, die Vorspannung dadurch verliehen, daß man ein Ende dieses Organs auf einem der Beschläge befestigt mittels eines biegsamen Trägers. Dabei kann zur Vermeidung einer plastischen Deformation dieses Trägers ein Anschlag angebracht werden zwischen seinem mit genanntem Organ verbundenen Ende und einer benachbarten Fläche des Beschlags.
• Vorzugsweise wird zumindest ein elastisches Band befestigt auf zumindest einer Seite des Beschlags mittels Verankerungsstücken, montiert auf den entgegengesetzten Seiten der Beschläge.
• In zahlreichen Fällen funktioniert das so eingerichtete Gelenk befriedigend. Jedoch ist, wenn das Gelenk ausgebreitet ist, seine Steifheit in Schließrichtung (vor jeglicher Biegung der elastischen Bänder) bei gewissen Anwendungen unzureichend unter Berücksichtigung der auf dieses Gelenk wirkenden Kräfte. Die Beschläge haben dann die Tendenz, sich voneinander zu lösen.
• Drei verschiedene Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Gelenks erlauben es, dieses Problem zu lösen.
• Gemäß einer ersten Variante erzielt man die Steifheit des ausgebreiteten Aufbaus mittels zumindest eines Verbindungsorgans, vorzugsweise vorgespannt, wie etwa eines auf den Beschlägen befestigten Kabels, vorzugsweise mittels Verankerungsstücken, oder etwa elastischen Bändern, so daß die zylindrischen Oberflächen gegeneinander gedrückt werden. Dieses Verbindungsorgan wird angebracht ungefähr in einer Ebene, die durch die Achsen dieser Oberflächen verläuft.
• Bei einer zweiten Variante, welche die Steifheit des Aufbaus gewährleistet ohne das Lösen der Beschläge zu verhindern, schieben sich am Ende der Ausbreitung des Gelenks zusätzliche Hakenorgane ineinander, wobei letztere zum Beispiel einen Haken enthalten, der mit einem der Beschläge durch eine Federstahllamelle verbunden ist und einem Ansatz, verbunden mit dem anderen Beschlag.
• Schließlich, in einer dritten Variante sind die biegsamen Organe in Hohlkehlen untergebracht, die in den zylindrischen Oberflächen angebracht werden und deren Tiefe größer ist als die Dicke dieser Organe, so daß die zylindrischen Oberflächen zu beiden Seiten der Hohlkehlen in direktem Kontakt miteinander sind. Diese Variante, besonders vorteilhaft weil sie kein zusätzliches Organ im Gelenk benötigt, gewährleistet ebenfalls die Steifheit des Aufbaus ohne die Ablösung der Beschläge zu verhindern.
• Wie man gesehen hat, benötigt das erfindungsgemäße Gelenk im Prinzip kein System, das die Ausbreitung der Elemente synchronisiert. Eine solche Synchronisation kann jedoch bei gewissen besonderen Anwendungen nützlich sein.
• In einem solchen Fall ist ein gelenkiger Aufbau, der aus mindestens drei benachbarten, gelenkig verbundenen Elementen besteht, paarig verbunden durch zumindest ein erfindungsgemäßes Gelenk, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich einen Mechanismus für eine synchronisierte Ausbreitung enthält, der zwischen jedem Paar benachbarter Elemente einen mit diesen Elementen gelenkig verbundenen Träger enthält, wobei die Achsen dieser Verbindung zusammenfallen mit den Achsen der zylindrischen Oberflächen des Gelenks, das diese Elemente verbindet, und für jedes zwischen zwei Gelenken befindliches Element ein Paar Zugorgane, gelenkig an den Trägern befestigt zu beiden Seiten von deren Gelenkachse, so daß sie veränderliche Paralellogramme bilden mit diesen Trägern.
• Verschiedene Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Gelenks und eines mit diesen Gelenken ausgestatteten Aufbaus werden nun beschrieben, beispielhaft und nicht einschränkend, unter Bezug auf die angefügten Zeichnungen, in denen:
• Fig. 1 eine perspektivische Ansicht ist, die das Innere eines erfindungsgemäßen Gelenks zeigt in ausgebreiteter Stellung;
• Fig. 2 ein Aufriß des Gelenks der Fig. 1 ist, in ausgebreiteter Stellung und von der Innenseite gesehen;
• Fig. 3a, 3b und 3c Querschnittansichten sind des Gelenks der Fig. 1 und 2 in zusammengefalteter Stellung bzw. während der Ausbreitung und in ausgebreiteter Stellung;
• Fig. 4 ein Aufriß ist in vergrößertem Maßstab von der Befestigung eines elastischen Bandes und eines vorgespannten Kabels auf den Gelenkbeschlägen;
• Fig. 5 ein Teilschnitt ist durch die Linie - der Fig. 4;
• Fig. 6 eine Seitenansicht ist einer Ausführungsvariante des Gelenks der Fig. 1 bis 5;
• Fig. 7 ein Aufriß des mittleren Teils eines Gelenks ist, ausgebreitet und von innen gesehen gemäß einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung;
• Fig. 8 ein Querschnitt durch das Gelenk der Fig. 7 in ausgebreiteter Stellung ist; und
• Fig. 9 bis 11 Seitenansichten sind, die schematisch einen Teil eines gelenkigen Aufbaus zeigen, gebildet aus Elementen, die durch erfindungsgemäße Gelenke verbunden sind, wobei dieser Aufbau mit einem Ausbreitungs- Synchronisationsmechanismus ausgestattet ist, dargestellt in zusammengefalteter Stellung bzw. während der Öffnung und in ausgebreiteter Stellung.
• Wie vor allem die Fig. 1 bis 3 zeigen, enthält das erfindungsgemäße Gelenk, allgemein mit der Referenz 10 bezeichnet, zwei Beschläge 12 und 14, die z. B. aus bearbeiteten Metallblöcken bestehen. Diese Beschläge sind eventuell durch Aussparungen leichter gemacht, wenn die Anwendung es rechtfertigt, wie dies besonders in der Raumfahrt der Fall ist. Jeder der Beschläge soll befestigt werden auf einem entsprechenden Element E1, E2 durch geeignete Mittel wie Schrauben oder Niete 15 (Fig. 2).
• Die Beschläge 12 und 14 enthalten jeder eine zylindrische Oberfläche 12a, 14a, im Schnitt von der Form eines Kreisbogens dessen Bogenmaß im dargestellten Beispiel etwas mehr als 90º beträgt. Die Radien der zylindrischen Oberflächen 12a und 14a sind gleich. Somit sind die Oberflächen 12a und 14a geeignet aufeinander abzurollen, was den zwei Elementen E1 und E2 ermöglicht, sich gegenseitig zwischen zwei äußersten, um 90º versetzten Stellungen zu bewegen. Da die Elemente E1 und E2 ebene Elemente sind, entspricht die erste ihrer Stellungen, genannt zusammengefaltete Stellung, dem Fall, wo die Elemente E1 und E2 parallel zueinander aufeinanderliegen, während die zweite Stellung, genannt ausgebreitete Stellung, dem Fall entspricht, wo die Elemente geöffnet sind und sich in derselben Ebene befinden.
• Um die zylindrischen Oberflächen 12a und 14a permanent zu führen während sie aufeinander abrollen, enthält Gelenk 10 außerdem biegsame Organe, deren Enden auf jedem der Beschläge so befestigt sind, daß sie auf den Oberflächen 12a und 14a abrollen.
• Bei dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel präsentieren sich diese Organe in der Form von vier metallischen Lamellen 16 und 28, z. B. hergestellt aus rostfreiem Stahl, die man Abrollamellen oder Führungslamellen nennt, denn sie gewährleisten die Führung der Abrollbewegung zwischen den Oberflächen 12a und 14a.
• Beispielsweise enthält die Montageeinheit 10 zwei zentrale benachbarte Abrollamellen 16, angeordnet auf den Mittelteilen der Beschläge 12 und 14 und in der gleich Richtung aufgerollt auf die zylindrischen Oberflächen 12a und 14a, beidseitig einer gemeinsamen Mittelebene dieser beiden Beschläge. Ein erstes Ende jeder dieser Abrollamellen 16 ist direkt auf der ebenen Fläche des Beschlags 12 befestigt, der Fläche, welche die zylindrische Oberfläche 12a tangentiell zu dieser verlängert. Diese Befestigung wird z. B. mit Schrauben 18 ausgeführt. Ausgehend von diesem Ende wechseln die Lamellen über zwischen den zylindrischen Oberflächen 12a und 14a der Beschläge, so daß sie nacheinander im Kontakt sind mit Oberfläche 12a, dann mit Oberfläche 14a. Eine Gelenkbewegung in Richtung Ausbreitung hat folglich den Effekt, eine gewisse Länge der Lamellen 16 von der Oberfläche 14a abzurollen, und dieselbe Länge der Lamellen 16 auf die Oberfläche 12a aufzurollen.
• Wie Fig. 3a genauer zeigt, ist das entgegengesetzte Ende einer jeden Abrollamelle 16 mit Schrauben 20 an einem Ende eines biegsamen Trägers 22 befestigt, dessen anderes Ende mit Beschlag 14 verbunden ist. Im gezeigten Beispiel bestehen Träger 22 und Beschlag 14 aus einem Stück. Somit erhält man den Träger, indem man einen Schlitz 24 anbringt im Körper des Beschlags 14, am Ende der zylindrischen Fläche 14a und, bezüglich dieser Fläche, in radialer Richtung.
• Während der Montage übt man auf das Ende von Träger 22, wo die Abrollamelle 16 montiert werden soll, eine Kraft aus, die zu einer elastischen Deformierung des Trägers gegen den Beschlag 14 führt. Diese Kraft erhält man aufrecht bis zur vollständigen Befestigung der Lamelle 16 auf Träger 22 mittels Schrauben 20. Danach wird sie gelockert, was zur Wirkung hat, daß auf Lamelle 16 eine Vorspannung wirkt, deren Wert genau festgestellt werden kann als Funktion der gemessenen Durchbiegung des Trägers 22.
• Bei gewissen Anwendungen vor allem in der Raumfahrt, ist der Träger 22 Spannungen ausgesetzt, die ihn über seine Elastizitätsgrenze hinaus deformieren könnten, was zur Folge hätte, daß die Vorspannung auf die entsprechende Lamelle 16 aufgehoben oder reduziert wäre. Um dies zu vermeiden, wird vorzugsweise ein Anschlag 25 (Fig. 3a ) im Schlitz 24 angebracht zwischen dem Ende des Trägers 22, auf dem die Lamelle 16 befestigt ist und der gegenüberliegenden Fläche des Beschlags 14. Dieser Anschlag läßt jedoch ein ausreichendes Spiel bestehen, damit die Vorspannung auf die Lamelle angewandt bleibt.
• Bei der in Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform enthält Gelenk 10 zwei weitere, äußere Abroll- oder Führungslamellen 28, die auf den äußeren Teilen der Beschläge 12 und 14 angebracht sind in der Nähe einer jeden der Lamellen 16, ebenfalls symmetrisch, bezogen auf die Mittelebene der Beschläge. Diese Abrollamellen sind in Gegenrichtung zu den Lamellen 16 auf den Beschlägen aufgerollt, so daß die Lamellen 16 und 28 sich kreuzen zwischen den zylindrischen Oberflächen 12a und 14a. Die Montage der Abrollamellen 28 auf den Beschlägen, übrigens vergleichbar jener der Lamellen 16 , ist folglich umgekehrt bezogen auf jene.
• Beispielsweise wird ein Ende von jeder Lamelle 28 direkt mit Schrauben 30 befestigt auf einer ebenen Außenfläche des Beschlags 14, welche die zylindrische Fläche 14a tangentiell zu dieser verlängert. Das andere Ende einer jeden Abrollamelle 28 wird mit Schrauben 32 auf einem ersten Ende eines biegsamen Trägers 34 befestigt, dessen anderes Ende mit dem Beschlag 12 verbunden ist, und vorzugsweise aus einem Stück mit letzterem besteht (Fig. 3a). Eine Zugvorspannung wird während der Montage angewandt auf jede der Abrollamellen 28 mit Hilfe der Träger 34, wie vorhergehend für die Lamellen 16 beschrieben. Anschläge 35 verhindern ebenfalls jede Deformierung der Träger über ihre Elastizitätsgrenze hinaus.
• Der durch die Beschläge 12 und 14 und die auf Zug vorgespannten Abrollamellen 16 und 28 gebildete Aufbau bildet ein Gelenk ohne Reibung. Die Vorspannungen, in jeder einzelnen der Abrollamellen gespeichert (deren Wert ungefähr 800 N erreichen kann) verhindern das Auftreten eines Radialspiels oder von parasitären Bewegungen, wie etwa Torsionsbewegungen zwischen den Beschlägen, vor allem während der Ausbreitung, trotz der differentiellen Dilatationen und der Stöße, denen das Gelenk ausgesetzt sein kann, vor allem wenn es in der Raumfahrtindustrie eingesetzt wird.
• In Übereinstimmung mit der Erfindung enthält Gelenk 10 außerdem elastische vorgeformte Bänder 36, die zugleich die Funktion haben, die automatische Ausbreitung des Gelenks zu bewerkstelligen und seine Verriegelung in der ausgebreiteten Stellung. Zu diesem Zweck sind die Enden jedes einzelnen der elastischen Bänder 36 auf den Beschlägen 12 und 14 befestigt.
• Noch genauer, die Enden jedes einzelnen der elastischen Bänder 36 sind auf Verankerungsstücken 38 befestigt, z. B. mittels Schrauben 37, welche die Enden der Bänder 36 zwischen einer Befestigungsscheibe 39 und dem Verankerungsstück 39 festklemmen (Fig. 4 und 5). Die Verankerungsstücke selbst sind z. B. mit lösbaren Montagemitteln befestigt, wie etwa Schrauben 41, auf den seitlichen Flächen der Beschläge 12 und 14. In der dargestellten Ausführungsform ist somit ein elastisches Band 36 auf jeder Seite der Beschläge 12 und 14 montiert, wie in Fig. 1, 2 und 4 dargestellt.
• Wie besonders in Fig. 5 gezeigt, besteht jedes der elastischen Bänder aus zwei identischen, übereinanderliegenden elastischen Lamellen 40 von bogenförmigem Querschnitt. Im Ruhezustand nehmen diese elastischen Lamellen normalerweise eine geradlinige Stellung ein. Das Gelenk 10 ist dann in ausgebreiteter Stellung. Die Befestigung der elastischen Bänder 36 auf den Verankerungsstücken 38 ist so, daß in dieser Stellung die Bänder einen Abstand größer Null haben von der Ebene, in der die Achsen der zylindrischen Oberflächen 12a und 14a liegen und daß die Konkavität dieser Lamellen dieser Ebene zugekehrt ist. Der Wert des Abstands wird gewählt in Abhängigkeit von der beabsichtigten Anwendung, um den besten Kompromiß zu erhalten zwischen dem die Ausbreitung bewirkenden Antriebsdrehmoment, dem die Effizienz der Verriegelung bestimmenden Verriegelungsdrehmoment, und der Gelenksteifheit im ausgebreiteten Zustand. Wenn z. B. der Radius der zylindrischen Flächen 12a und 14a 22 mm beträgt, kann der Abstand ungefähr 15 mm betragen.
• Vorteilhafterweise ist jedes der elastischen Bänder 36 mit einer thermisch isolierenden Schutzhülle 42 ausgestattet (Fig. 1 und 2) für den Fall, daß das Gelenk auf dem Gebiet der Raumfahrt benutzt wird. Dieser Schutz verhindert, daß das Verhalten der elastischen Bänder sich verändert durch die differtiellen Dilatationen, verursacht durch die erhöhten thermischen Gradienten, denen das Gelenk bei dieser Anwendung ausgesetzt ist (die Temperatur des Gelenks kann variieren zwischen ungefähr 180ºC und ungefähr -120ºC, wenn sich der Satellit in der Erdumlaufbahn befindet).
• Wie Fig. 5 ebenfalls zeigt werden die übereinanderliegenden elastischen Lamellen 40, die jedes einzelne der Bänder 36 bilden, vorzugsweise in ihrer Mitte verbunden mittels eines Niets 44 oder jedem anderen geeigneten mechanischen Verbindungsmittel, welches das Verhalten dieser elastischen Lamellen nicht verändert. Versuche haben ergeben, daß ein solcher Niet eine perfekte Symmetrie garantiert zwischen den beiden Hälften der Lamellen 40. Eine ruckfreie Entwicklung des durch die elastischen Lamellen auf das Gelenk ausgeübte Antriebsdrehmoments wird so erzielt, was zu einer ruckfreien Ausbreitung von letzterem führt, was beim Fehlen eines Niets nicht immer der Fall ist.
• Das Hinzufügen der elastischen Bänder zu dem aus den Beschlägen 12 und 14 und den Abrollamellen 16 und 28 bestehenden Aufbau ermöglicht die Verwirklichung eines reibungsfreien Gelenks mit Selbstantrieb, das sich von selbst verriegelt in der ausgebreiteten Stellung. Wichtig ist die Feststellung, daß durch die Herstellung von jedem der elastischen Bänder 36 aus zwei übereinanderliegenden elastischen Lamellen 40 bei gleichem Platzbedarf ein höheres Antriebs- und Entriegelungsdrehmoment erzielt wird als es der Fall wäre mit einer einzigen Lamelle von größerer Dicke. Die Versuche haben tatsächlich gezeigt, daß das mit zwei übereinanderliegenden elastischen Lamellen einer vorgegebenen Dicke erzielte Antriebsdrehmoment doppelt so hoch ist wie das mit einer elastischen Lamelle derselben Dicke erzielte, während der gesamten Dauer der Ausbreitung, wobei dieses Phänomen zunimmt bei Abnahme des Gelenkausbreitungswinkels. Die Versuche haben ebenfalls ergeben, daß dieses Phänomen zunimmt, wenn die Dicke der elastischen Lamellen zunimmt. Daher ist es besonders vorteilhaft, um ein besser auf die Ausbreitungswinkel verteiltes Antriebsdrehmoment zu erzielen, erfindungsgemäß zumindest zwei übereinanderliegende elastische Lamellen zu verwenden.
• In den Fig. 3a bis 3c sind verschiedene Ausbreitungsphasen eines so gestalteten Gelenks 10 dargestellt.
• Fig. 3a zeigt das Gelenk in seiner gefalteten Ausgangsstellung. Die Zurückhaltung der durch das Gelenk verbundenen Elemente in dieser Stellung wird durch irgendein äußeres Mittel wie etwa einen Sprengbolzen bewirkt, das nicht Teil der Erfindung ist. In dieser Stellung sind die Lamellen 16 praktisch gänzlich abgerollt auf der zylindrischen Oberfläche 14a des Beschlags 14 während die Lamellen 28 praktisch gänzlich abgerollt sind auf der zylindrischen Oberfläche 12a des Beschlags 12. Dabei sind die elastischen Lamellen, welche die Bänder 36 bilden, derart gebogen, daß sie eine Schleife bilden.
• Sobald das vorgenannte Zurückhaltungsmittel gelöst wird, übt die in den elastischen Bänder 36 gespeicherte Energie auf die Beschläge 12 und 14 ein Antriebsdrehmoment Cm (Fig. 3b) aus, das ein Abrollen der zylindrischen Oberflächen 12a und 14a der Beschläge aufeinander bewirkt. Die Abrollamellen 16 rollen sich zunehmend auf die zylindrische Oberfläche 12a auf und dabei von der zylindrische Oberfläche 14a ab, während die Abrollamellen 28 sich zunehmend auf die zylindrische Oberfläche 14a rollen und von der zylindrische Oberfläche 12a abrollen. Diese Situation wird in Fig. 3b gezeigt.
• Fig. 3c zeigt die Situation am Ende der Ausbreitung, wenn die elastischen Bänder 36 vollständig geradlinig sind und die Verriegelung des Gelenks in dieser Stellung bewirken. Die Abrollamellen 16 sind nun praktisch vollständig auf die zylindrische Oberfläche 12a gewickelt, während die Abrollamellen 28 praktisch vollständig auf die zylindrische Oberfläche 14a gewickelt sind.
• Bemerkenswert ist, daß die Abrollamellen 16 und 28, auf Zug vorgespannt, eine genaue Führung gewährleisten, ohne Abrollreibung der Beschläge gegeneinander, ohne ein Radialspiel oder irgendeine parasitäre Bewegung wie etwa eine Torsionsbewegung zwischen den Beschlägen. Der Antrieb des Gelenks kann daher verhältnismäßig schwach sein, was nicht der Fall ist bei den bestehenden Gelenken, vor allem in der Raumfahrt. Es ist daher möglich, auf jedes System zur Regelung der Ausbreitungsgeschwindigkeit zu verzichten, das normalerweise hilft, die Stöße am Ende der Ausbreitung der verschiedenen Elemente eines gelenkigen Aufbaus, wie etwa eines Satelliten- Sonnenpanels, zu begrenzen.
• Wenn das erfindungsgemäße Gelenk 10 in ausgebreiteter Stellung ist, zeigt sein Steifheitsverhalten unterschiedliche Merkmale, je nach dem, ob ein Drehmoment in Richtung Öffnung oder Schließung wirkt.
• Somit, wenn auf das ausgebreitete Gelenk ein Drehmoment in Richtungöffnung wirkt (Pfeil Co in Fig. 3c), bewirkt die relative Anordnung der elastischen Bänder 36 und der Beschläge 12 und 14 zueinander, daß letztere die Tendenz haben, sich gegeneinander zu drücken während die Bänder einer Zugspannung ausgesetzt sind. Die Steifheit des Gelenks ist nun ausreichend hoch für alle vorgesehenen Anwendungen.
• Wenn im Gegensatz dazu das ausgebreitete Gelenk einem in Schließrichtung wirkenden Drehmoment ausgesetzt ist (Pfeil Cf in Fig. 3c) arbeiten die elastischen Bänder 36 in Kompressionsrichtung und eine Zugspannung wirkt in den Abrollamellen 16 und 28. Die Steifheit des Gelenks ist nun deutlich geringer als die Steifheit die es aufweist, wenn ein Drehmoment in Öffnungsrichtung auf es wirkt. Wenn das angewandte Drehmoment zu groß ist, führt diese geringe Steifheit zu einem Lösen der Beschläge 12 und 14.
• In zahlreichen Anwendungen ist die mittelmäßige Steifheit des Gelenks in Schließrichtung ohne weiteres tolerierbar. Jedoch gibt es gewisse Anwendungen, wo das Hinzufügen einer Zusatzeinrichtung nötig ist, die eine Vergrößerung seiner Steifheit in Schließrichtung bewirkt, wenn es sich in ausgebreiteter Stellung befindet.
• Bei der in den Fig. 1 bis 5 gezeigten Ausführungsform besteht diese Zusatzeinrichtung aus biegsamen Verbindungsorganen wie etwa verdrillte Metallkabel 46, deren Enden auf den Beschlägen 12 bzw. 14 befestigt sind, derart daß sie auf Zug vorgespannt sind, wenn das Gelenk 10 in ausgebreiteter Stellung ist.
• Genau genommen enthält das dargestellte Gelenk zwei Kabel 46, die beidseitig der Beschläge 12 und 14 angebracht sind außerhalb der elastischen Bänder 36.
• Die Enden jedes einzelnen Kabels 46 sind an einem Winkel 48 befestigt, der wiederum selbst auf einem der Verankerungsstücke 38 befestigt ist, wie in Fig. 4 detailliert dargestellt.
• Die Befestigung jedes einzelnen Kabelendes 46 an den entsprechenden Winkeln 48 erfolgt mittels eines Gewindeansatzes 49, der in den Winkel 48 geschraubt und mittels einer Kontermutter 50 gesichert wird. Die Spannung jedes einzelnen Kabels 46 wird eingestellt in ausgebreiteter Stellung, indem man einen der Ansätze 49 in eine Muffe 51 schraubt, die am entsprechenden Ende des Kabels 46 befestigt ist, so daß die Federteller 53 gegen den Winkel 48 zusammengedrückt werden. Die Vorspannung der Kabel stellt sich am Ende der Ausbreitung des Gelenks von selbst ein.
• Vorzugsweise, wenn das Gelenk großen Temperaturgradienten ausgesetzt werden muß, was besonders in der Raumfahrt der Fall ist, wird die Befestigung der Winkel 48 auf den Verankerungsstücken 38 so ausgeführt, daß die daraus resultierenden Dehnungen ohne Wirkung bleiben auf die in den Kabeln 46 gespeicherten Vorspannungen.
• Wie Fig. 4 zeigt kann dieses Resultat erzielt werden durch eine besondere Montage der Winkel 48 auf den Verankerungsstücken 38. Bei dieser Montage enthält jeder Winkel 48 einen Ansatz 48a, der eindringt in einen komplementären Versatz 38a im Verankerungsstück 38. Eine fest angezogene Befestigungsschraube 52 durchquert den Winkel 48 und das Verankerungsstück 38 in der Achse des Ansatzes 48a. Jeder der Winkel 48 ist ebenfalls auf dem entsprechenden Verankerungsstück 38 befestigt durch eine zweite Schraube 54, weniger stark angezogen und den Winkel 48 mit einem gewissen Spiel durchquerend.
• In der so verwirklichten Anordnung entspricht der Abstand der Enden des auf Winkel 48 befestigten Kabels 46 einer Distanz d&sub0;, während die Achsen der Befestigungsschrauben 52 der Winkel 48 auf den Verankerungsstücken 38 getrennt sind durch eine Distanz d&sub1;. Überdies werden die Winkel 48 aus einem Material hergestellt wie etwa Invar (geschützte Marke) dessen Koeffizient praktisch Null ist.
• Zudem kennt man den Ausdehnungskoeffizienten α&sub1; des Materials wie etwa eines Metalls oder einer metallischen Legierung, aus denen die Verankerungsstücke 38 und die Beschläge 12 und 14 gefertigt sind ebenso wie den Ausdehnungskoeffizienten α&sub0; des Materials wie etwa Stahl, aus dem das Kabel 46 gefertigt ist. Folglich, indem man den vorher definierten Distanzen d&sub0; und d&sub1; Werte wie etwa d&sub0;α&sub0; = d&sub1;α&sub1; gibt, ermöglicht diese Montage die Unterdrückung der differentiellen Dilatationen zwischen den Kabeln und den Beschlägen, so daß die in den Kabeln gespeicherte Vorspannung sich nicht verändert in Abhängigkeit von der Temperatur.
• Die Anordnung der Kabel 46 im Verhältnis zu der Ebene in der die Achsen der zylindrischen Oberflächen 12a und 14a der Beschläge liegen wenn sich das Gelenk in ausgebreiteter Stellung befindet ist so, daß die Kabel ungefähr in dieser Ebene liegen oder verschoben in Richtung elastische Bänder 36, bezogen auf diese Ebene. Durch diese Anordnung kommen die Kabel 46 erst am Ende der Ausbreitung des Gelenks unter Vorspannung, und man vermeidet folglich, daß das durch die Kabel ausgeübte Widerstandsmoment die vollständige Ausbreitung des Gelenks verhindert. Diese Anordnung er Kabel 46 erhöht die Steifheit des ausgebreiteten Gelenks erheblich, vor allem in Schließrichtung, und verhindert das Lösen der Beschläge 12 und 14, wenn ein Moment in Ausbreitungsrichtung angewandt wird.
• Fig. 6 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der die Steifheit in der ausgebreiteten Stellung nicht mehr durch die Kabel, sondern durch zusätzliche Hakenorgane verbessert wird, die mit jedem der Beschläge verbunden sind und sich ineinanderschieben am Ende der Ausbreitung des Gelenks. Ein Satz zusätzlicher Hakenorgane kann also befestigt werden auf beiden Seiten der Beschläge 12 und 14 außerhalb der elastischen Bänder 36.
• Genau genommen sieht man in Fig. 6 , daß jeder Satz zusätzlicher Hakenorgane einen Haken 56 enthält, an einem Ende einer flexiblen Federstahllamelle 58 befestigt, deren anderes Ende auf einem Beschlag befestigt ist, z. B. dem Beschlag 12. Das andere Hakenorgan wird durch einen Ansatz gebildet, der mit dem anderen Beschlag verbunden ist, z. B. dem Beschlag 14. Die Befestigungen der flexiblen Federstahllamelle 58 auf Beschlag 12 und des Ansatzes 60 auf Beschlag 14 sind so verwirklicht, daß der Haken 56 sich auf den Ansatz 60 schiebt, wenn das Gelenk in ausgebreiteter Stellung ist, wobei die Lamelle 58 und die Achse des Ansatzes 60 ungefähr auf der Ebene angeordnet sind, in der die Achsen der zylindrischen Oberflächen 12a und 14a der Beschläge liegen, wie die Kabel in der vorhergehenden Ausführungsvariante.
• Zudem neigt die Elastizität der Federstahllamelle dazu, letztere um ihr an Beschlag 12 befestigtes Ende schwingen zu lassen über die vorerwähnte Stellung hinaus in die Richtung des Ineinanderschiebens von Haken 56 und Ansatz 60 bis zu einem Anschlag 61, befestigt auf Beschlag 12.
• Auf diese Art dringt der Ansatz 60 am Ende der Ausbreitung des Gelenks in den Haken 56 ein und kommt in Kontakt mit einem geneigten inneren Rand 56a des äußeren Arms des Hakens. Die Neigung von Rand 56a wird so festgelegt, daß der Ansatz 60 bei allen Temperaturbedingungen zu seinem Kontakt kommt, trotz der daraus resultierenden differentiellen Dilatationen. Insbesondere die Elastizität der Federstahllamelle 58 ermöglicht es, den Haken 56 und den Ansatz 60 tiefer ineinanderzuschieben wenn die differentielle Dilatation es erfordert.
• Die Materialien aus denen der Haken und der Ansatz bestehen sind so ausgewählt, daß eine Zugkraft, die auf das ausgebreitete Gelenk wirkt mit dem Bestreben die Beschläge auseinander zu ziehen, gänzlich aufgenommen wird durch die Abstützung des Ansatzes 60 auf dem geneigten Rand 56a des Hakens, ohne daß ein Gleiten auftreten könnte zwischen diesen Organen.
• Diese zweite Ausführungsvariante der Erfindung gestattet folglich, wie die vorhergehende, die Steifheit des Gelenks in der ausgebreiteten Stellung zu gewährleisten, besonders dann, wenn letzteres einem in Schließrichtung wirkenden Drehmoment ausgesetzt ist. Jedoch, im Gegensatz zu den vorgespannten Kabeln der ersten Ausführungsvariante ist der aus den Federstahllamellen 58 , den Haken 56 und den Ansätzen 60 bestehende Aufbau nicht vorgespannt, so daß die Steifheit des Gelenks erzielt wird ohne daß ein eventuelles Lösen der Beschläge verhindert würde, wenn das Gelenk einem großen Drehmoment in Schließrichtung ausgesetzt ist.
• Die beiden beschriebenen Lösungen, welche die Steifheit des Gelenks verbessern, wenn sich dieses in ausgebreiteter Stellung befindet und einem Drehmoment in Schließrichtung ausgesetzt ist, machen es erforderlich, der aus den Beschlägen, den Abrollamellen und den elastischen Bändern bestehenden Gelenkbasis zusätzliche Organe hinzuzufügen. In der in Fig. 7 und 8 gezeigten Ausführungsvariante wird ein vergleichbares Resultat erzielt, ohne daß der Gelenkbasis irgendein Organ hinzugefügt wird.
• In dieser Ausführungsvariante rollen sich die Abrollamellen 16 und 28 nicht direkt auf die zylindrischen Oberflächen 12a und 14a auf, sondern sind in Hohlkehlen 12b und 14b, ausgebildet in diesen Oberflächen, untergebracht. Somit, anstatt sich in der Tangentialebene der zylindrischen Oberflächen 12a und 14a zu kreuzen, kreuzen sich die beiden Abrollamellen indem sie mit dieser gemeinsamen Tagentialebene einen Winkel e größer Null bilden. Der Wert dieses Winkels e wird von der Tiefe der Hohlkehlen 12b und 14b bestimmt, die größer sein muß als die Dicke der Abrollamellen 16 und 28.
• Wegen der Existenz dieses Winkels e bildet die auf jede der Abrollamellen 16 und 28 wirkende Zugvorspannung im Kontaktpunkt der zylindrischen Oberflächen 12a und 14a der Beschläge eine senkrechte Komponente zu diesen Oberflächen, die ein Gegeneinanderdrücken der Beschläge bewirkt. Folglich ist es möglich, die Steifheit des Gelenks in ausgebreiteter Stellung zu erhöhen, indem man für diesem Winkel e einen angemessenen Wert festlegt. Tatsächlich stellt man einem gegebenen maximalen Schließmoment, welches das Gelenk aushalten können muß, eine Anpreßkraft der Beschläge gegenüber, die zumindest dieses Moment ausgleicht.
• Beispielsweise, keinesfalls einschränkend, kann der Winkel e einen Wert um 15 haben im Falle eines Gelenks mit vier Abrollamellen, die ein Moment von 8 Nm aufnehmen müssen, wenn die elastischen Bänder 36 ungefähr 15 mm entfernt sind von der Ebene in der die Zentren der zylindrischen Oberflächen 12a und 14a der Beschläge liegen. Für zylindrische Oberflächen mit einem Radius von 22 mm entspricht dieser Winkel e einer Tiefe von ungefähr 0,9 mm der Hohlkehlen 12b und 14b.
• Bei der in den Fig. 7 und 8 gezeigten Ausführungsvariante kommt es zum direkten Kontakt der zylindrischen Oberflächen 12a und 14a der Beschläge beidseitig der Hohlkehlen 12b und 14b, anstatt des indirekten Kontakts über die Abrollamellen 16 und 28. Um eine korrekte Druckverteilung zwischen den Beschlägen zu gewährleisten, ist eine geringe Erhöhung der Abstände zwischen den Abrollamellen nötig.
• Das erfindungsgemäße, reibungsfreie Gelenk, wovon drei Ausführungsvarianten nacheinander beschrieben wurden anhand der Fig. 1 bis 8 weist die Merkmale der Zuverlässigkeit, der Steifheit und der mechanischen Widerstandsfähigkeit auf, die es ermöglichen, wenn nötig, zwei benachbarte Elemente gelenkig miteinander zu verbinden mittels eines einzigen Gelenks dieses Typs. Dies vereinfacht die Montage, da das Vorhandensein von mehreren Gelenken zwischen zwei benachbarten Elementen zu Ausrichtungsproblemen führt, die manchmal wegen der Fabrikationstoleranzen schwer zu lösen sind.
• Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Gelenks, vorher schon erwähnt, betrifft den Umstand, daß die Qualität der Führung, gewährleistet durch die vorgespannten Abrollamellen, während des Abrollens der Beschläge aufeinander, gesteuert von den elastischen Bänder, ebenso wie das Fehlen von Gelenkreibung es ermöglichen, auf sehr genaue Weise das Verhalten des Gelenks während seiner Ausbreitung zu modellieren. Es ist folglich im allgemeinen weder nötig die Ausbreitungsgeschwindigkeit zu regeln, noch einen aus mehreren mit diesen Gelenken verbundenen Elementen bestehenden Aufbau mit einem zusätzlichen Synchronisationsmechanismus auszustatten.
• In gewissen Anwendungen kann es sich jedoch als nützlich erweisen, einen solchen gelenkigen Aufbau mit einem Synchronisationsmechanismus auszustatten. In diesem Fall verwendet man vorzugsweise einen Mechanismus wie jenen, der in den Fig. 9 bis 11 schematisch dargestellt ist.
• In diesen Figuren sind drei gelenkig in Folge miteinander verbundene Element E1, E2 und E3 dargestellt, wobei jeweils zwei paarig miteinander verbunden sind mittels der erfindungsgemäße Gelenke 10a und 10b. Diese gelenkig verbundenen Elemente, deren Anzahl eventuell höher sein kann als drei, können insbesondere Elemente eines Satelliten-Sonnenpanels sein.
• Wie Fig. 9 zeigt, enthält der Synchronisationsmechanismus, mit dem der gelenkige Aufbau ausgerüstet ist, vor allem einen Träger 70a, 70b, verbunden mit jedem der Gelenke 10a und 10b. Jeder dieser Träger weist ungefähr die Form eines V auf, dessen Spitze ins Innere des entsprechenden Gelenks weist.
• Die Schenkel des V's, das jeder dieser Träger 70a, 70b bildet, sind in ihrer Mitte gelenkig gelagert an den Panels E1, E2 und E3, die durch die entsprechenden Gelenke 10a und 10b verbunden sind. Somit sind die Schenkel des Trägers 70a gelenkig an den Panels E1 bzw. E2 gelagert mittels der Achsen 72a1 und 72a2, und die Schenkel des Trägers 70b sind gelenkig gelagert an den Panels E2 und E3 mittels de Achsen 72b2 und 72b3. Noch genauer ausgedrückt fallen die jeweiligen Achsen 72a1 und 72a2 zusammen mit den Achsen der zylindrischen Oberflächen der Gelenkbeschläge 10a, jeweils verbunden mit Element El und Element E2. Auf vergleichbare Weise fallen die Achsen 72b2 und 72b3 zusammen mit den Achsen der zylindrischen Oberflächen der Beschläge des Gelenks 10b, jeweils verbunden mit den Elementen E2 und E3. In der Praxis können die Träger 70a und 70b direkt gelenkig verbunden sein mit den die Elemente verbindenden Gelenkbeschlägen, anstatt mit den Elementen E1, E2 und E3 gelenkig verbunden zu sein.
• Der in den Fig. 9 bis 11 gezeigte Mechanismus für synchronisierte Ausbreitung enthält außerdem Zugorgane, wie etwa Kabel oder Stangen, welche die Träger 70a und 70b verbinden, die gelenkig mit demselben Element, wie etwa Element E2 in den Figuren, verbunden sind.
• Somit sind, bei Betrachtung von Element E2, zwei Zugorgane 74ab1 und 74ab2 mit ihren beiden Enden gelenkig gelagert auf den Schenkeln der Träger 70a und 70b beidseitig der Achsen 72a und 72b und mit gleichem Abstand von letzteren, so daß sie ein veränderliches Parallelogramm bilden mit den genannten Schenkeln der Träger. Vergleichbare Organe und auf gleiche Weise angeordnet, sind an den anderen Elementen des Panels, wie etwa El und E3, angebracht. Diese Zugorgane haben die Referenzen 74a1 bzw. 74a2 für Element E1 und 74b1 bzw. 74b2 für das Element E3.
• Dank dieser Anordnung und wie in verschiedenen Etappen dargestellt in Fig. 9, 10 und 11, vollzieht sich die Ausbreitung der verschiedenen den Aufbau bildenden Elemente auf vollkommen synchrone Weise.
• Somit, in der in Fig. 9 dargestellten Ausgangsstellung, in der die Element E1, E2 und E3 parallel zueinander sind und gegeneinandergefaltet, sind die Zugorgane 74 ebenfalls alle parallel zu diesen Elementen, und die Träger 70a und 70b sind symmetrisch angeordnet bezogen auf Ebenen, welche die zylindrischen Oberflächen der entsprechenden Gelenkbeschläge 10a und 10b in den Kontaktpunkten tangieren.
• Wenn die Vorrichtung (nicht dargestellt), welche den Aufbau in seiner zusammengefalteten Stellung verriegelt, geöffnet wird, veranlaßt das in den elastischen Bändern der Gelenke gespeicherte Antriebsmoment automatisch die Ausbreitung der verschiedenen Elemente, wie etwa E1, E2 und E3. Jedoch, wegen des Vorhandenseins des veränderlichen Parallelogramms, gebildet von den Zugorganen 74 und von den Trägern 70, hat für jeden Wert β des Ausbreitungswinkels von irgendeinem der Gelenke, wie etwa dem Gelenk 10a, der Ausbreitungswinkel der anderen Gelenke, wie etwa Gelenk 10b in Fig. 10 denselben Werte β.
• Die vollständige Ausbreitung der verschiedenen Elemente des gelenkigen Aufbaus, dargestellt in Fig. 11, erfolgt somit simultan für jedes einzelne der Gelenke dieses Aufbaus, wie etwa 10a und 10b.
• Selbstverständlich ist die Erfindung nicht beschränkt auf die verschiedenen, vorhergehend beispielhaft beschriebenen Ausführungsvarianten.
• So kann die Anzahl der Abrollamellen abweichen von vier, vorausgesetzt, daß zumindest eine Abrollamelle analog den Lamellen 16 und 28 vorhanden ist. Gleichfalls können die Mittel für die Erzeugung der Vorspannung der Lamellen verschieden sein von den beschriebenen Mitteln. Insbesondere können die Abrollamellen ersetzt werden durch biegsame und nicht dehnbare Organe, wie etwa Kabel, auf welche die Vorspannung mittels komprimierter Federteller ausgeübt werden kann.
• Die Anzahl der elastischen Bänder kann ebenfalls abweichen von zwei, wenn die Momente des Antriebs und der Verriegelung, die man erzielen will, es rechtfertigen. Außerdem kann, wenn auch jedes der elastischen Bänder vorzugsweise auf zwei übereinanderliegenden Lamellen besteht, eventuell eine Anzahl, die größer oder kleiner ist als zwei, angewandt werden.
• Ebenfalls sei daran erinnert, daß die Verwendung von Mitteln wie etwa vorgespannten Kabeln, Haken oder Hohlkehlen zur Erhöhung der Steifheit des Gelenks, wahlfrei ist. Das gleiche gilt für den Mechanismus für synchronisierte Ausbreitung, beschrieben anhand Fig. 9 bis 11.
• Schließlich können die Winkel 48 der Verbindungsorgane 46 hergestellt werden aus einem Material mit Ausdehnungskoeffizient α&sub2; größer Null. Die Abstände d&sub0; und d&sub1; müssen dann so gewählt werden, daß sie folgender Funktion genügen : dO α&sub0; = d&sub1; α&sub1; + (d&sub0;-d&sub1;) α2.

Claims (23)

1. Reibungsfreies Gelenk (10), das zur Montage zwischen zwei benachbarten Elemente (E1, E2) vorgesehen ist und das wenigstens ein vorgeformtes, elastisches Band (36) mit einem Querschnitt in Kreisbogenform umfaßt, das mit jedem der Elemente (E1, E2) an seinen beiden Enden verbunden ist, wobei dieses Gelenk (10) gekennzeichnet ist durch die Tatsache, daß es zwei Beschläge (14, 12) aufweist, die geeignet sind, mit jedem der Elemente (E1, E2) verbunden zu werden, und auf denen die Enden jedes elastischen Bands (36) befestigt sind, wobei die Beschläge (14, 12) konvexe, zylinderförmige Oberflächen (14a, 12a) aufweisen, die geeignet sind, unter der Wirkung von wenigstens zwei elastischen Elementen (16, 28) aufeinander zu rollen, wobei die Enden jedes dieser Elemente (16, 28) jeweils auf einem der Beschläge (12, 24) derart befestigt sind, daß diese Elemente vorbeigehen, indem sie sich zwischen den zylinderförmigen Oberflächen kreuzen, wobei eine Vorrichtung (22, 34) zum In-Spannung-Versetzen vorgesehen ist, um eine Zugvorspannung auf jedes dieser Elemente (16, 28) auszuüben.

2. Gelenk nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß jedes elastische Band (36) zwei übereinanderliegende, elastische Lamellen (40) besitzt, die in ihrer Mitte mit einer mechanischen Verbindungsvorrichtung (44) verbunden sind.

3. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 und 2, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß jedes elastische Band (36) in einem nicht verschwindenden Abstand (d) von einer durch die Achsen der zylindrischen Oberflächen (12a, 14a) entfernten Ebene parallel zu dieser Ebene und auf der zum Inneren des Gelenks gewandten Seite angeordnet ist.

4. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß jedes elastische Band (36) mit einer thermisch isolierenden Schutzhülle (42) überzogen ist.

5. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß jedes elastische Element eine aufgerollte Lamelle (16, 28) ist.

6. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß die Vorrichtung zum In-Spannung- Versetzen einen sich biegenden Träger (22, 34) umfaßt, von dem ein Ende mit einem der Beschläge (12, 14) verbunden ist und auf dessen gegenüberliegendem Ende ein Ende des Elements (16, 28) befestigt ist.

7. Gelenk nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß ein Keil (25, 35) zwischen dem Ende des Trägers (22, 34), auf dem das Element (16, 28) befestigt ist und einer benachbarten Fläche des diesen Trägers tragenden Beschlags (12, 14) angeordnet ist.

8. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß es vier elastische Elemente umfaßt mit zwei zentralen, benachbarten Elementen (16), die im gleichen Sinne auf den zylindrischen Oberflächen (12a, 14a) aufgerollt sind, und mit zwei äußeren, den zentralen Elementen benachbarten Elementen (18), die in einem zweiten gleichen, dem ersten entgegengesetzten Sinn auf denselben zylindrischen Oberflächen aufgerollt sind.

9. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß jeder Beschlag (12, 14) zwei seitliche, gegenüberliegende Flächen umfaßt, wobei auf wenigstens einer derselben das Ende von wenigstens einem elastischen Band (36) mittels eines Verankerungsstücks (38) befestigt ist.

10. Gelenk nach Anspruche 9, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß die Verankerungsstücke (38) auf den Beschlägen (12, 14) mittels demontierbaren Befestigungselementen (41) befestigt sind.

11. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß es außerdem wenigstens ein Verbindungselement (46) umfaßt, dessen Enden jeweils auf jedem der Beschläge (12, 14) montiert sind, wobei dieses Verbindungselement in unmittelbarer Nachbarschaft zu einer geöffneten Stellung des Gelenks in Spannung versetzt wird, um ein Kraft auszuüben, die dazu neigt, die zylindrischen Oberflächen (12a, 14a) in dieser geöffneten Stellung gegeneinander zu drücken.

12. Gelenk nach Anspruch 11 kombiniert mit einem der Ansprüche 9 bis 10, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß es zwei Verbindungselemente (46) umfaßt, wobei die Enden jedes dieser Verbindungselemente mit einer Halterung (48) auf jedem der Verankerungstücke (38) montiert sind.

13. Gelenk nach einem der Ansprüche 11 und 12, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß die Halterungen (48) Befestigungsbereiche (48a) auf den Verankerungstücken (38) aufweisen, die zwischen sich einen Abstand dl aufweisen, dem ein Abstand d0 zwischen den Enden der auf diesen Halterungen montierten Verbindungselemente (46) in der geöffneten Position des Gelenks entspricht, wobei diese Abstände d&sub1; und d&sub0; derart sind, daß d&sub0;α&sub0; = d&sub1;α&sub1; + (d&sub0;-d&sub1;)a&sub2;, wobei α&sub0;, &sub1; und &sub2; jeweils die Ausdehnungskoeffizienten der das Befestigungselement (46), die Verankerungsstücke (38) und Beschläge (12, 14) und die Halterungen (48) bildenden Materialien angeben.

14. Gelenk nach einem der Ansprüche 11 bis 13, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß jedes Verbindungselement (46) ein Kabel ist.

15. Gelenk nach einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß jedes Verbindungselement ungefähr in einer durch die Achsen der zylindrischen Oberflächen (12a, 14a) gehenden Ebene geht, wenn das Gelenk ausgebreitet ist.

16. Gelenk nach einem der Ansprüche 11 bis 15, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß jedes Verbindungselement (46) vorgespannt ist, wenn das Gelenk in der geöffneten Stellung ist.

17. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß es außerdem komplementäre Verankerungselemente (56, 60) umfaßt, die jeweils auf jedem der Beschläge (12, 14) derart befestigt sind, daß diese Elemente in der Nähe einer geöffneten Stellung des Gelenks so ineinanderfassen, daß sie einem Spalt zwischen den Beschlägen in dieser Stellung gegenüber liegen.

18. Gelenk nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß die komplementären Verankerungselemente einen Haken (56), der mit einer Federlamelle (58), die in einer Ebene, die die Achsen der zylindrischen Oberflächen verbindet, ungefähr stetig ist, an einem der Beschläge (12) befestigt ist, und eine Kugel (60) umfassen, die mit dem anderen Beschlag (14) verbunden ist und sich in der geöffneten Stellung des Gelenks auf einen geneigten Rand (56a) dieses Hakens stützt.

19. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß das elastische Element (16, 28) in Spalten (12b, 14b) montiert ist, die von den zylindrischen Oberflächen (12a, 14a) gebildet werden und von einer Tiefe größer als die Breite des Elements sind, so daß die zylindrischen Oberflächen direkt untereinander auf der einen und der anderen Seite der Spalten in Kontakt stehen.

20. Gelenkanordnung, die aus wenigstens drei benachbarten Elementen (E1, E2, E3) besteht, die paarweise mit wenigstens einem Gelenk (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 19 gelenkig miteinander verbunden sind, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß sie außerdem einen Mechanismus zum synchronen Ausbreiten aufweist, der zwischen jedem Paar benachbarter Elemente eine Halterung (70a, 70b), die mittels Achsen (72), die mit den Achsen der zylindrischen Oberflächen des diese Elemente verbindenden Gelenks zusammenfallen, gelenkig auf diesen Elementen befestigt sind, und für jedes Element ein Paar von Zugorganen (74) umfaßt, die gelenkig mit den Halterungen (70a, 70b) auf der einen und der anderen Seite ihrer Gelenkachsen auf diesem Element verbunden sind, so daß sie mit diesen Halterungen verformbare Parallelogramme bilden.

21. Gelenkanordnung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß die Halterungen (70a, 70b) zwei rechtwinklige Zweige aufweisen, die zur Außenseite der entsprechenden Gelenke geöffnet sind.

22. Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 20 und 21, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß die Zugorgane (74) Kabel sind.

23. Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 20 und 21, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß die Zugorgane (74) Kuppelstangen sind.