ES2343910T3 - Articulacion auto-motorizada para conjunto articulado, tal como un panel solar de satelite. - Google Patents
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Abstract
Articulación auto-motorizada sin rozamiento diseñada para quedar montada entre dos elementos próximos (E1, E2) que comprende dos herrajes cilíndricos (12, 14) impulsados en rotación bajo la acción de al menos un elemento flexible (70), de tipo lámina de muelle, estando los extremos de este elemento fijados respectivamente sobre cada uno de los herrajes, caracterizada porque comprende medios de sujeción de los herrajes (16, 28; 42, 44) y medios de transferencia de cargas (61, 62, 50) distintos de los medios de sujeción y porque los medios de sujeción comprenden bandas de enrollamiento (16, 28) fijadas por sus extremos a los herrajes y un medio de tensionamiento para ejercer un pretensado de tracción distribuido sobre cada una de las bandas de enrollamiento que comprenden pistas flexibles (42, 44) concéntricas a los herrajes y fijadas por un extremo a los herrajes y situadas en los extremos de estos últimos.
Description
Articulación auto-motorizada
para conjunto articulado, tal como un panel solar de satélite.
La invención se refiere a una articulación
auto-motorizada, diseñada para asegurar al mismo
tiempo el despliegue automático de los elementos que une así como
el bloqueo de estos elementos en posición desplegada. La invención
también se refiere a un conjunto articulado constituido por
diferentes elementos unidos entre sí por dichas articulaciones.
La invención se aplica más particularmente,
aunque no exclusivamente, al ámbito espacial y particularmente en
la fabricación de paneles solares de los satélites que están
formados por diferentes elementos articulados entre sí como se
ilustra en la figura 1 y cuyo despliegue tiene lugar en el espacio.
Pueden preverse muchas otras aplicaciones, tanto en el ámbito
espacial como en tierra.
Actualmente los diferentes elementos que
constituyen los paneles solares articulados están unidos
generalmente entre sí por una articulación tal como se representa
en la figura 1 y que fue objeto de un depósito de solicitud de
patente FR 2 635 077 publicado el 08 de agosto de 1988.
Esta articulación se presenta en forma de un
sistema mecánico auto-motorizado que permite su
apertura y, como consecuencia, el despliegue de los elementos que
están unidos a él gracias a un conjunto de elementos mecánicos que
cooperan y en particular gracias a bandas de enrollamiento cruzadas
fijadas a vigas de tensionamiento (que permiten un pretensado de
tracción), que se desenrollan bajo la acción de una o más bandas de
motorización sometidas a tensiones que ejercen un par motor cuando
se libera un dispositivo de sujeción del elemento articulado en
posición replega-
da.
da.
El dispositivo de sujeción del generador solar
es externo a la articulación y está realizado generalmente por un
perno o corte tirante explosivo.
El sistema descrito en la técnica anterior no
permite asegurar una tensión estable y regular en las bandas de
enrollamiento, debido a numerosas pérdidas de tensión por roces
entre las formas cilíndricas de los herrajes y las bandas de
enrollamiento (obteniéndose la tensión de las bandas de
enrollamiento mediante vigas en los extremos), y sea cual sea la
configuración de la articulación.
Además, las bandas de enrollamiento aseguran la
doble función de guiado en rotación y transferencia de las cargas
en el lanzamiento. Esto impone grandes tensiones mecánicas entre las
dos pistas para asegurar la no separación de las dos partes de la
articulación. De ello resulta un gran riesgo de degradación de las
pistas de rodadura (en almacenamiento), así como un riesgo de no
despliegue debido a una muy fuerte sensibilidad a la contaminación
en las pistas durante todo el despliegue.
La presente invención, tal como se reivindica en
la reivindicación 1, tiene por objeto resolver estos problemas.
La articulación propuesta de acuerdo con la
invención, debido a las nuevas posibilidades de reducción del peso
que propone, es particularmente adecuada para los paneles laterales
de los generadores solares de tipo LPS (Light Panel
Structure).
Esta articulación también permite asegurar, al
igual que la articulación descrita en el documento mencionado que
constituye el estado de la técnica más próximo, un par resistente
mínimo durante el despliegue y una garantía de su integridad sin
necesitar su despliegue completo.
La presente invención tiene más particularmente
por objeto, una articulación auto-motorizada sin
rozamiento diseñada para montarla entre dos elementos próximos, que
comprende dos herrajes cilíndricos impulsados en rotación bajo la
acción de al menos un elemento flexible, de tipo lámina de muelle,
estando los extremos de este elemento fijados respectivamente a
cada uno de los herrajes, caracterizada principalmente por que
comprende medios de sujeción de los herrajes y medios de
transferencia de cargas distintos de los medios de sujeción.
Las pistas flexibles están fijadas a los
herrajes para quedar enfrentadas dos a dos.
Como en la técnica anterior, el elemento
flexible, de tipo lámina de muelle, está desplazado con respecto al
punto de contacto, de las pistas flexibles, lo que permite asegurar
un bloqueo en posición desplegada.
Los medios de transferencia de cargas comprenden
un dispositivo de acoplamiento y al menos dos bandas laterales
flexibles.
El dispositivo de acoplamiento comprende dos
pernos de transferencia de carga, fijado cada uno a una pista
flexible y dos receptáculos fijados a las pistas flexibles y
enfrentados, asociados a las dos bandas laterales, fijada cada una
respectivamente en cada extremo a los dos herrajes, para asegurar
una función anti-separación de la articulación.
\newpage
De este modo, en posición almacenada, los dos
pernos de transferencia de cargas y los dos receptáculos
enfrentados, acoplados a las dos bandas laterales que aseguran una
función anti-separación de la articulación, permiten
asegurar una sujeción en posición y en particular una transferencia
de fuerza, en caso de una gran carga.
Cada pista flexible está fijada por un extremo a
un herraje exteriormente a la fijación de las bandas de
enrollamiento y enfrentados dos a dos.
Otras particularidades y ventajas de la
invención surgirán claramente con la lectura de la descripción que
se realiza a continuación y que se da como ejemplo ilustrativo y no
limitante y en referencia a las figuras, en las que:
La figura 1 representa el esquema de una
articulación de acuerdo con el estado de la técnica,
La figura 2 representa el esquema de una
articulación de acuerdo con la invención, estando la articulación
en posición "almacenada",
La figura 3 representa el esquema de la
articulación de acuerdo con la invención en posición desplegada,
La figura 4 representa esquemáticamente la
cinemática de despliegue de la articulación ilustrada por las etapas
1, 2 de configuración almacenada e inicio del despliegue,
La figura 5 representa esquemáticamente la
cinemática de despliegue de la articulación ilustrada por las etapas
3 a 6 que permiten pasar a la posición desplegada.
La articulación de acuerdo con la invención
comprende dos herrajes 12, 14 constituidos, por ejemplo, por dos
bloques metálicos cilíndricos maquinados. Estos herrajes están
aligerados eventualmente mediante huecos cuando la aplicación lo
justifica, como es particularmente el caso en el ámbito espacial.
Cada uno de los herrajes 12 y 14 está previsto para fijarse sobre
un elemento correspondiente E1, E2 mediante cualquier medio
apropiado tal como tornillos o remaches a nivel de los anclajes
15.
Las pistas flexibles 42 y 44 comprenden cada una
superficie cilíndrica 42a y 44a que presenta en sección la forma de
un arco de círculo cuya longitud es superior a 270º. Los radios de
las superficies cilíndricas 42a y 44a son iguales.
De este modo las superficies de las pistas
flexibles 42 y 44 son adecuadas para rodar una sobre la otra para
permitir que los elementos E1 y E2 se desplacen entre dos posiciones
extremas desplazadas 180º una con respecto a la otra. Cuando los
elementos E1 y E2 son elementos planos, la primera de estas
posiciones se denomina plegada o almacenada, correspondiendo al
caso en el que los elementos E1 y E2 están plegados uno contra el
otro y paralelos entre sí, mientras que la segunda posición,
denominada posición desplegada, corresponde al caso en el que estos
elementos están abiertos y dispuestos en el mismo plano.
Para mantener en contacto permanente a las
superficies cilíndricas 42a y 44a de las pistas flexibles durante
su rodadura una contra la otra, la articulación 10 comprende además
órganos flexibles cuyos extremos están fijados en cada uno de los
herrajes de modo que rueden sobre las superficies 12a y 14a. Estos
órganos se presentan en forma de cuatro bandas metálicas flexibles
16 y 28, realizadas por ejemplo en acero inoxidable que se denominan
bandas de enrollamiento o bandas de conducción.
Como ejemplo, la articulación 10 comprende dos
bandas de enrollamiento centrales adyacentes 16 dispuestas en la
parte central de los herrajes 12 y 14 y enrolladas en el mismo
sentido sobre las superficies cilíndricas 12a y 14a a uno y otro
lado de un plano mediano común a estos herrajes. Un primer extremo
de cada una de las bandas de enrollamiento 16 está fijado
directamente al herraje 12. Esta fijación está asegurada por ejemplo
mediante tornillos 18. A partir de este extremo las bandas 16 pasan
entre las superficies cilíndricas 12a y 14a de los herrajes de modo
que estén sucesivamente en contacto con la superficie 12a y después
con la superficie 14a. Un movimiento de la articulación en el
sentido del despliegue tiene, por lo tanto, el efecto de desenrollar
las bandas de un herraje y simultáneamente enrollarlas sobre el
herraje opuesto.
En el ejemplo ilustrado, la articulación 10
comprende dos bandas de enrollamiento más 28, fijadas a las partes
internas de los herrajes 12, 14, en las proximidades de cada una de
las bandas 16 (que a su vez están fijadas a las partes externas de
los herrajes 12, 14) de forma también simétrica con respecto a un
plano mediano de los herrajes. Estas bandas de enrollamiento se
enrollan en sentido inverso a las bandas sobre los herrajes de modo
que las bandas 16, 28 se cruzan sobre las partes cilíndricas 12a y
12b de los herrajes.
La articulación comprende además pistas
flexibles 42, 44 concéntricas con las superficies cilíndricas de los
herrajes de enrollamiento 12a, 14a.
Cada pista 42 ó 44 está fijada por un extremo a
un herraje externamente a los puntos de unión 15 en los herrajes.
Las pistas flexibles 42 fijadas al herraje 12 están enfrentadas a
las pistas 44 fijadas al herraje 20 y presentan un punto de
contacto 45 en su superficie externa.
\newpage
La utilización de las pistas flexibles 42, 44
para asegurar un pretensado sobre las bandas de enrollamiento 16,
28 permite aplicar una fuerza estable y uniforme durante todo el
despliegue, en un punto 45, sin pérdida de tensión (como era el
caso con la articulación representada en la figura 1). Esta solución
permite, en efecto, ejercer una tensión directa en el punto de
contacto de rodadura 45. De este modo, con las pistas flexibles 42,
44, el pretensado es estable en todas las configuraciones de la
articulación: almacenada, durante el despliegue y desplegada.
Las bandas laterales 50 fijadas a los herrajes
mediante tornillos 51 o un medio equivalente, ofrecen una
motorización 35 suplementaria durante la apertura. Estas bandas 50
están fijadas para quedar dispuestas en un plano que pasa por los
ejes de los herrajes en configuración almacenada. Durante la
apertura, el desfase de las bandas con respecto al eje de los
herrajes provoca una ligera motorización que permite facilitar la
extracción de los pernos de sujeción 61 de su receptáculo 62.
El sistema de transferencia de fuerzas comprende
dos pernos 61 y dos receptáculos 62 enfrentados sujetos sobre un
soporte 60, fijado a las pistas flexibles 42, 44. Los pernos 61
tienen forma cónica para asegurar un acoplamiento o desacoplamiento
fácil durante el despliegue de las bandas laterales 50.
Los pernos 61 son para la transferencia de
fuerzas siguiendo los ejes X, Z y los momentos de torsión alrededor
del eje Y. Las dos bandas laterales (paralelas al eje Y) son para la
transferencia de fuerzas según el eje Y y los momentos de torsión
alrededor del eje X así como las fuerzas de desacoplamiento de los
pernos.
En configuración almacenada, las bandas
laterales 50 están extendidas, estas bandas aseguran una función
anti-separación de la articulación. Las pistas
flexibles 42, 44 están pretensadas por las bandas laterales 50. Este
pretensado suplementario permite recoger y, por lo tanto, proteger
las bandas de enrollamiento 16, 28 de cualquier agresión mecánica
durante la fase de lanzamiento.
En configuración almacenada, las cargas
aplicadas sobre la articulación son importantes. En el ejemplo
práctico de realización descrito e ilustrado por las figuras, la
función de sujeción en posición es asegurada, por lo tanto, por los
dos pernos 61 de transferencia de cargas y también por las dos
bandas de pretensado 50, asegurando las pistas flexibles 42 y 44 la
inserción por presión de los pernos 61 en su receptáculo respectivo
y la tensión en las bandas laterales 50.
Desde el momento de la liberación de los
apéndices a desplegar, la articulación gira bajo el efecto de la
motorización combinada del elemento flexible de motorización 70 y de
las bandas laterales 50, esta rotación de la articulación, permite
una separación instantánea de los pernos 61 (de forma cónica).
Para el funcionamiento de la articulación
podemos remitirnos a las figuras 4 y 5. Estas figuras representan
esquemáticamente la cinemática de despliegue.
En la figura 4 se han ilustrado las etapas 1, 2
que corresponden respectivamente a la configuración almacenada y al
inicio del despliegue (separación de los pernos). Lo siguiente es
ilustrado por las etapas 3 a 6 de la figura 5 que desemboca en la
configuración final (etapa 6) desplegada.
Durante los primeros grados de apertura, bajo la
acción de las pistas flexibles 42, 44, las bandas de enrollamiento
16, 28 se cargan progresivamente hasta una tensión nominal.
Simultáneamente, las bandas laterales 50 se descargan y después se
repliegan sobre sí mismas ofreciendo un par resistente limitado.
La solución descrita permite, debido a la
colocación de elementos específicos para la transferencia de cargas
en el lanzamiento, una reducción de la tensión en las bandas de
enrollamiento y tiene como consecuencia.
Una reducción del diámetro de enrollamiento de
las bandas sobre los herrajes y, por lo tanto, una reducción
importante del tamaño y de la masa global de la articulación. Como
ejemplo, la masa de la articulación realizada es de -50% (con
respecto a la técnica anterior).
Esta solución también permite:
- -
- La obtención de un par motor en cualquier momento del despliegue, así como una motorización extra en el inicio del despliegue.
- -
- garantizar el despliegue (sin pegado de las piezas) sin necesidad de una apertura completa,
- -
- una reducción de los costes y de los plazos de industrialización de una articulación con bandas de enrollamiento,
- -
- una reducción de la masa y del volumen de una articulación con bandas de enrollamiento,
- -
- una notable reducción de los riesgos de no despliegue, debido a contaminaciones externas, debido a una tensión reducida entre las pistas de rodadura.
- -
- una integración simplificada de la articulación (particularmente en paneles de generadores solares).
Claims (4)
1. Articulación auto-motorizada
sin rozamiento diseñada para quedar montada entre dos elementos
próximos (E1, E2) que comprende dos herrajes cilíndricos (12, 14)
impulsados en rotación bajo la acción de al menos un elemento
flexible (70), de tipo lámina de muelle, estando los extremos de
este elemento fijados respectivamente sobre cada uno de los
herrajes, caracterizada porque comprende medios de sujeción
de los herrajes (16, 28; 42, 44) y medios de transferencia de
cargas (61, 62, 50) distintos de los medios de sujeción y porque los
medios de sujeción comprenden bandas de enrollamiento (16, 28)
fijadas por sus extremos a los herrajes y un medio de
tensionamiento para ejercer un pretensado de tracción distribuido
sobre cada una de las bandas de enrollamiento que comprenden pistas
flexibles (42, 44) concéntricas a los herrajes y fijadas por un
extremo a los herrajes y situadas en los extremos de estos
últimos.
2. Articulación de acuerdo con la reivindicación
1, caracterizada porque los medios de transferencia de cargas
comprenden un dispositivo de acoplamiento y al menos dos bandas
laterales flexibles (50).
3. Articulación de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el
dispositivo de acoplamiento comprende dos pernos de transferencia de
carga, fijado cada uno sobre una pista flexible y dos receptáculos
fijados sobre las pistas flexibles enfrentados, asociados a las dos
bandas laterales, fijada cada una respectivamente en cada extremo a
los dos herrajes, para asegurar una función
anti-separación de la articulación.
4. Articulación de acuerdo con la reivindicación
2, caracterizada porque cada pista flexible está fijada por
un extremo sobre un herraje externamente a la fijación de las bandas
de enrollamiento (16, 28) y enfrentadas dos a dos.
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