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Die
Erfindung betrifft einen dünnwandigen Hohlprofilstrang,
insbesondere zum Einsatz in der Raumfahrttechnik, der vor Ort in
der erforderlichen Länge
mechanisiert hergestellt wird und aus wenigstens zwei bandartigen
Segmentsträngen,
die zur Herstellung des Hohlprofilstranges von trommelartigen Wickeleinheiten
geführt
abgewickelt und in ihren Randbereichen zusammengefügt werden,
besteht. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Herstellung dieses dünnwandigen Hohlprofilstranges,
jeweils mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches
6 und 10.
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Dünnwandige
Hohlprofilstränge
oder Maste werden neben ihrem Einsatz im Bauwesen und der Nachrichtentechnik
vor allem auch in der Weltraumtechnik eingesetzt. Hier werden sie
beispielsweise zur Befestigung und Verbindung von Sonnensegeln oder
Solargeneratoren an Raumschiffen, für Antennenanlagen, als Abstandshalter
zu anderen Raumschiffen oder Flugkörpern, zur Bestimmung der Position
zwischen zwei Flugobjekten u. ä.
eingesetzt.
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Diese
Hohlprofile müssen
sehr leicht ausgebildet sein, relativ lang sein und müssen platzsparend in
einem Raumschiff mitgeführt
werden können. Wichtig
ist auch, sie möglichst
mehrfach einsetzen zu können.
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Es
sind bereits unterschiedliche Lösungen zur
Herstellung derartiger Hohlprofile bekannt. Nach der STEM-Technologie
werden aus elastischen Materialien hergestellte Halbprofile auf
Trommeln aufgewickelt und in diesem aufgewickelten Zustand vor Ort transportiert.
Beim Abwickeln springen die Profilbänder in ihre ursprüngliche
C-Profilform zurück.
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Nachteilig
an dieser Lösung
ist, dass insbesondere bei großen
Längen
des offenen Hohlprofils nicht die notwendige Torsions- und Biegesteifigkeit erreicht
werden kann.
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Zur
Minderung dieses Nachteils sind „BI-STEM”-Profile bekannt geworden.
Zwei gleich ausgebildete C-Profilbänder werden simultan und mit der
offenen Seite zueinander ausgerichtet, abgewickelt. Die Stabilität und Steifigkeit
dieser Hohlprofilstränge
wird dadurch zwar verbessert, ist jedoch für viele Applikationen nicht
ausreichend, da beide Profilhälften
nicht miteinander verbunden sind. Außerdem verdoppelt sich der
Platzbedarf.
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Nach
einer weiteren, bekannten Technologie, dem CTM-Prinzip werden ebenfalls
C-förmige Halbprofile
vorgeformt hergestellt. Diese werden über ihre Gesamtlänge miteinander
verbunden, beispielsweise in den Längsrandbereichen miteinander verklebt.
Beim anschließenden
Aufwickeln auf eine Wickelrolle werden die C-Profile verflacht.
Aufgrund des eingesetzten Materials springen auch diese Profilstränge mit
dem Abwickelvorgang wieder in die alte Form zurück.
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Allerdings
führen
die infolge der Deformation erzeugten Spannungen im aufgewickelten
Zustand zu Rissbildungen im Material, insbesondere dann, wenn die
Wickelvorgänge
mehrfach ausgeführt
werden. Eine Vergrößerung des
Wickeldurchmessers vermindert diesen Nachteil, bringt jedoch das
Platzproblem mit sich. Die aufgewickelten Profile stehen unter starker
innerer Spannung, die sich mit der Lagenanzahl vergrößert. Eine
Langzeitlagerung ist bei faserverstärkten Kunststoffen schwer möglich, da Relaxations-
und Kriechvorgänge
auftreten.
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Vor
allem für
Raumfahrtanwendungen werden dadurch Tests erschwert, da bei Auf-
und Abwickelvorgängen
Vorschädigungen
an den Profilen auftreten können.
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Aus
der Druckschrift
DE
40 26 936 C1 ist ein ausfahrbarer Mast mit einem dreieckigen
Querschnitt bekannt, der aus drei wickelbaren Bändern durch Verbinden der Ränder gebildet
wird. Für
jedes der Bänder
ist eine Wickelvorrichtung vorgesehen, aus denen die Bänder durch
eine Führung
gefördert
werden. Im Bereich des Austrittes der Bänder aus der Führung sind
Druckrollenpaare vorgesehen, die die Bandränder, welche mit Verbindungsmitteln
versehen sind, zusammendrücken.
Damit lässt
sich der profilierte Mast vor Ort herstellen. Da kein fertiges Profil
transportiert werden muss, mindert dies den Platzbedarf beim Transport
und Materialschädigungen
beim Wickelvorgang.
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Ein
gemeinsamer Nachteil bei den bekannten Lösungen ist allerdings der,
dass insbesondere bei großen
Profillängen
die Richtungsgenauigkeit nicht ausreichend groß ist. Die Abweichungen von der
Geraden können
beim Abwickeln der Profile bzw. beim Verbinden der abgewickelten
Profilbänder
nicht beeinflusst oder unterbunden werden. Eine Ausrichtung des Hohlprofilstranges
ist in der Regel nicht möglich,
vielfach jedoch notwendig.
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Zwar
werden in der Vorrichtung nach der
DE 40 26 936 C1 die wickelbaren Bänder in
der als Matrize ausgebildeten Führung
so geführt,
dass eine Ausrichtung der Bänder
im Bereich ihrer Ränder
erfolgt. Dies geschieht jedoch nur dazu, dass die Ränder nicht
schief oder ungewollt versetzt zueinander zusammengefügt werden.
Eine Ausrichtung des Mastes in seine Längsrichtung ist hierdurch nicht
vorgesehen und auch nicht möglich.
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Es
ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen dünnwandigen, leichten, jedoch
ausreichende Festigkeit und Stabilität aufweisenden Hohlprofilstrang großer Länge und
Richtungsgenauigkeit zu schaffen, der variabel und – wenn notwendig – mehrfach
einsetzbar ist und insbesondere in der Weltraumtechnik Anwendung
finden kann.
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Es
ist des weiteren Aufgabe der Erfindung, eine konstruktiv einfache
Vorrichtung und ein technologisch günstiges Verfahren zur Herstellung
derartiger Hohlprofilstränge
zu entwickeln, die oder das es gestattet, Hohlprofilstränge beliebiger
Länge herzustellen
und bei Einsatz vor Ort deren Abweichungen von der Geraden begrenzen
beziehungsweise beeinflussen zu können.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches
1 durch einen dünnwandigen Hohlprofilstrang
gelöst,
welcher durch in ihrer Position zueinander einstellbare Segmentstränge über seine
Gesamtlänge
ausgerichtet ist oder eine festgelegte Abweichung von der Geraden
aufweist.
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Der
erfindungsgemäße Hohlprofilstrang
wird vor Ort, das heißt,
bei Einsatz in Weltraumprojekten im Orbit aus ein zelnen Segmentsträngen zusammengefügt und kann
auf vielfältigste
Art und Weise genutzt werden. So beispielsweise als Abstandshalter
oder als Verbindung zu einem weiteren Raumschiff.
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Seine
Länge und
Ausrichtung gegenüber
der Geraden kann auf die aktuellen Gegebenheiten eingestellt werden.
Die zu seiner Herstellung eingesetzte Vorrichtung ist hierzu derart
ausgebildet, dass der Hohlprofilstang über seine Länge ausgerichtet beziehungsweise
in eine gewollte Abweichung von der Geraden gebracht werden kann.
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Nach
einer vorteilhaften Ausbildung des Hohlprofilstranges sind die bandartigen
Segmentstränge
aus Kohlefaserverbundstoffen, Kunststoffmaterialien oder dünnen blechartigen
Metalllegierungen hergestellt.
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Segmentstränge aus
Kohlefaserverbundstoffen können
sehr dünn
ausgeführt
werden und sind dennoch genügend
fest und steif. Ihre Steifigkeit erfordert jedoch einen genügend großen Wickelradius,
um Beschädigungen
auszuschließen.
Je nach Einsatzgebiet können
die Segmentstränge
daher auch vorteilhaft aus Kunststoffmaterialien oder Metalllegierungen
hergestellt sein.
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Von
Vorteil ist es auch, wenn die bandartigen Segmentstränge profiliert
ausgebildet sind.
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So
können
beispielsweise die Randbereiche der Segmentstränge entsprechend abgekantet
ausgebildet sein, um den Fügevorgang
zu unterstützen.
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Das
Verbinden der Segmentstränge
ist mit unterschiedlichen Verfahren möglich, so beispielsweise durch
Verkleben, Verschweißen
oder lösbar mittels
Klettverschlusstechnik. Dabei werden die Teile so verbunden, dass
der Hohlprofilstrang einen geschlossenen Querschnitt aufweist.
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Der
geschlossene Querschnitt erhöht
die Torsionssteifigkeit und die Stabilität des dünnwandigen Hohlprofilstranges
und erleichtert sein Handling.
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Insbesondere
die lösbare
Fügetechnik
mittels Klettverschlussbänder
gestattet es, den Hohlprofilstrang mehrfach und universell einzusetzen,
weil der Hohlprofilstrang im Bedarfsfall wieder in seine einzelnen
Segmentteile zerlegt werden kann und diese auf die trommelartigen
Wickeleinheiten aufgewickelt werden können.
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Der
universelle Einsatz wird dadurch erhöht, dass vorzugsweise vorgesehen
ist, dass elektrisch leitende Schichten auf die innere oder äußere Oberfläche auf-
oder eingebracht sind.
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Möglich ist
auch, den Hohlprofilstrang als Kabelumhüllung zu nutzen oder in ihm
Kabel befestigt mitzuführen.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe des Weiteren in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes
des Patentanspruches 6 verfahrensseitig dadurch gelöst, dass
der zusammengefügte
Hohlprofilstrang über
seine Gesamtlänge
hin ausgerichtet oder in eine gewollte Abweichung von der Geraden
gebracht wird, indem mittels eines variabel auf jeweils einen der
Segmentstränge
ausrichtbaren Spindelantriebs einer Ausrichteinheit dieser in seiner
Position zu den weiteren Segmentsträngen eingestellt wird.
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Mit
diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird
erreicht, dass dünnwandige
Hohlprofilstränge
je nach Bedarf und Länge
am Einsatzort über
seine Gesamtlänge
hin ausgerichtet oder in vorgegebener Abweichung von der Geraden
herstellbar sind. Materialschädigungen
werden minimiert. Insbesondere in der Raumfahrttechnik bedeutet
dies relativ geringen Platzbedarf beim Transport der Hohlprofilteile.
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Nach
einer vorteilhaften Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen,
dass das Zusammenfügen
durch Verkleben oder Verschweißen
der Randbereiche der Segmentstränge über die
gesamte Länge
des Hohlprofilstranges oder lösbar
mittels Klettbandtechnik erfolgt.
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Die
einzusetzende Fügetechnik
sollte in Abhängigkeit
vom jeweiligen Einsatzfall gewählt
werden. Sind die Hohlprofilstränge
für mehrfachen
Einsatz vorgesehen, so ist eine lösbare Fügetechnik anzuwenden. Hierdurch
gestaltet sich das Verfahren besonders kostengünstig. Bei dauerhaftem Einsatz der
Hohlprofilstränge,
beispielsweise in der Nachrichtentechnik oder im Bauwesen kann vorteilhafter die
Klebe- oder Schweißtechnik
eingesetzt werden.
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Nach
einer vorzugsweisen Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens
werden auf trommelartigen Wickeleinheiten aufgewickelte, bandartige
Segmentstränge
in einer Vorrichtung zu einem Hohlprofilstrang dreieckigen Querschnitts
vorgegebener Länge
zusammengefügt.
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Hohlprofilstränge mit
dreieckigem, geschlossenem Querschnitt weisen eine genügend große Stabilität auf und
können
trotz Dünnwandigkeit
relativ lang sein.
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Aus
technologischer Sicht von Vorteil ist des weiteren, wenn die Fügevorgänge bei
Gleichlauf der einzelnen bandartigen Segmentstränge durch Gegendrücken wenigstens
der Randbereiche eines Segmentstranges gegen die eines anderen Segmentstranges
erfolgt.
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Wenn
die Herstellung des Hohlprofilstranges vor Ort erfolgt, ist es möglich, den
zusammengefügten
Hohlprofilstrang über
seine Länge
hin auszurichten, da die dazu eingesetzte Vorrichtung über entsprechende
Mittel verfügt.
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Die
erfindungsgemäße Aufgabenstellung wird
des Weiteren in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des
Patentanspruches 10 vorrichtungsseitig dadurch gelöst, dass
eine Ausrichteinheit zum Ausrichten des Hohlprofilstranges angeordnet ist,
die einen Spindelantrieb aufweist, der variabel auf jeweils einen
der Segmentstränge
ausrichtbar ist und diesen in seiner Position zu den weiteren Segmentsträngen einstellt.
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Mit
dieser Vorrichtung wird ein mobiles und zugleich universell einsetzbares
Gerät geschaffen, das
Hohlprofilstränge
unterschiedlicher Länge
und unterschiedlichen Profilquerschnitts herstellen kann, wobei
der zusammengefügte
Hohlprofilstrang über seine
Länge hin
ausgerichtet werden kann oder ihm eine Abweichung von der Geraden
vorgegeben werden kann.
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Der
Platzbedarf der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist zudem verhältnismäßig gering.
Zudem werden Materialschädigungen
durch Transport bzw. durch Lagerung im aufgewickelten Zustand der Segmentstränge weitestgehend
vermieden.
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Nach
einer vorteilhaften Ausführung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist der Spindelantrieb an einem verdrehbar angeordneten Sperrring
befestigt. Damit kann durch einfaches Verdrehen des Sperrringes
der mit ihm verbundene Spindelantrieb in eine neue Position zu einem
anderen Segmentstrang bewegt werden, um diesen in seiner Position zu
den anderen Segmentsträngen
einzustellen.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind die trommelartigen Wickeleinheiten als austauschbare und/oder
wiederbestückbare
Vorratsrollen ausgebildet und die bandartigen Segmentstränge werden
auf den Vorratsrollen durch federnd gelagerte Andruckrollen in einer
straffen Wicklung gehalten.
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Damit
wird der variable Einsatz der Vorrichtung gewährleistet, da die Vorrichtung
mit Vorratsrollen neu bestückt
werden kann, beispielsweise wenn die Länge der aufgewickelten Segmentstrange
nicht ausreichend ist. Möglich
ist auch das wiederholte Auf- und Abwickeln gleicher Segmentstränge, wenn der
Hohlprofilstrang nur für
einen zeitweisen oder kurzzeitigen Gebrauch bestimmt ist.
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Nach
einer einfachen und aus konstruktiver Sicht vorteilhaften Ausführung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
erfolgt der Gleichlauf der einzelnen Segmentstränge mittels Kegelradgetriebe,
welches Reibräder
zum Transport der einzelnen Segmentstränge mit gleicher Geschwindigkeit
antreibt.
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Insbesondere
bei Einsatz von lösbar
ausgebildeten Fügemitteln
für die
Herstellung des Hohlprofilstranges ist es vorteilhaft, wenn die
Vorrichtung derart ausgebildet ist, dass sie gleichzeitig zum Trennen des
Hohlprofils in einzelne Segmentstränge und zu deren Aufwickeln
auf die Vorratsrollen eingesetzt wird.
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Für bestimmte
Einsatzgebiete im Weltraum, zum Beispiel für die Schaffung einer dauerhaften oder
auch zeitweisen Verbindung zweier Raumschiffe miteinander, ist es
von Vorteil, wenn der fertige Hohlprofilstrang fest mit der Vorrichtung
verbunden ist.
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Dadurch
ist zumindest einseitig auf einfache Art und Weise eine Befestigungsmöglichkeit
für den Hohlprofilstrang
gegeben. Die Verbindung kann ebenso einfach wieder gelöst werden,
indem der Hohlprofilstrang wieder in seine Segmentteile zerlegt und
diese aufgewickelt werden.
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Die
Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.
Die zugehörige
Zeichnung zeigt dabei eine Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit einem fertigen Hohlprofilstrangstück mit dreieckigem Querschnitt.
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In
der Zeichnung dargestellt ist die Vorrichtung 1, die in
vertikaler Anordnung drei Segmentstränge 2 zu einem Hohlprofilstrang 3 zusammenfügt. Sie
besteht aus drei kreisförmig
zueinander angeordneten trommelartigen Wickeleinheiten 4,
die als Vorratsrollen ausgebildet sind und jeweils eine Andruckrolle 5 aufweisen,
um die Segmentstränge 2 in straffer
Wicklung zu halten. Die Andruckrollen 5 sind federnd gelagert,
um die gleiche Andruckkraft beim Ab- oder Aufwickelvorgang zu gewährleisten.
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Die
Segmentstränge 2 werden
geführt
(in der Zeichnung nicht dargestellt) und synchron über Reibräder 6,
die von einem Antriebsmotor 7, verbunden mit einem Kegelradgetriebe 8 mit gleicher
Geschwindigkeit angetrieben werden, abgewickelt und durch eine Ausrichteinheit 9 geführt.
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Die
aufgewickelten Segmentstränge 2 sind profiliert
ausgebildet, das heißt,
sie sind beidseitig über
eine vorgegebene Breite nach außen
abgekantet. Dieser Bereich bildet den Verbindungsbereich 10 zwischen
den Segmentsträngen 2.
Der Einsatz ebener Segmentstränge
ist jedoch ebenso möglich, wenn
in der Vorrichtung Mittel vorgesehen sind, die die Herstellung eines
Verbindungsbereiches 10 erlauben.
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Die
Segmentstränge 2 sind
aus Kohlefaserverbundwerkstoffen hergestellt, sind dadurch sehr leicht
und genügend
elastisch, um ohne Materialschäden
in ebener Form aufgewickelt werden zu können. Sie nehmen beim Abwickeln
wieder ihre ursprüngliche
Form ein und werden in der Vorrichtung 1 so geführt, dass
jeweils die Randbereiche mit einer solchen Druckkraft gegeneinander
und exakt übereinander
gedrückt
werden, dass ein Formschluss entsteht. Im Ausführungsbeispiel weisen die Segmentstränge 2 im
Abkant- beziehungsweise Verbindungsbereich 10 Klettbänder auf,
so dass eine lösbare
Verbindung zwischen den einzelnen Segmentsträngen 2 hergestellt
wird.
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Die
Ausrichteinheit 9 weist einen Spindelantrieb 11 auf,
mit dem jeweils ein Segmentstrang 2 in seiner Position
verändert
werden kann, so dass sich automatisch auch die Position der anderen
Segmentstränge 2 zueinander ändert. Dadurch
kann die Form und Richtung des Hohlprofilstranges 3 eingestellt
beziehungsweise verändert
werden. Der Spindelantrieb 11 ist an einem verdrehbar angeordneten
Sperrring 12 befestigt, der so ausgebildet ist, dass er
in der jeweiligen Stellung das dem Spindelantrieb 11 gegenüberliegende
Drehgelenk 13 blockiert. Durch Verdrehen des Sperrringes 12 kann
der Spindelantrieb 11 in eine neue Position zu einem anderen
Segmentstrang 2 bewegt werden, um diesen in seiner Position
zu den anderen Segmentsträngen 2 einzustellen,
um damit den Hohlprofilquerschnitt in seiner Form zu verändern und
den Hohlprofilstrang in seiner Abweichung von der Geraden zu korrigieren
oder zu verändern.
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Bei
Drehung der nichtblockierten Drehgelenke 13 werden die
Führungselemente 14 gleichmäßig seitlich
ausgelenkt, was den Versatz der zu fügenden Verbindungsbereiche 10 der
Segmentstränge 2 zur Folge
hat.
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Durch
Umkehren der Drehrichtung der Vorratsrollen 4 und der Antriebsrichtung
kann der Verfahrensablauf ebenfalls umgekehrt werden. Fertige Hohlprofilstränge 3 können wieder
in einzelne Segmentstränge 2 zerlegt
und zur Wiederverwendung oder Entsorgung auf die Vorratsrollen 4 aufgewickelt werden.
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Nicht
dargestellt ist, dass weitere Verbindungselemente, beispielsweise
in Form von Rast- oder Klemmelementen am Anfang des Hohlprofilstranges 3 angeordnet
sein können,
die der Verbindung mit einem weiteren Hohlprofilstrang 3 oder
der Befestigung oder Verbindung an oder mit anderen Anordnungen
dienen.
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Möglich ist
auch, für
jeden Hohlprofilstrang 3 eine Vorrichtung 1 vorzusehen
und ein Ende in der Vorrichtung 1 zu befestigen, beispielsweise
mittels einer Klemmbefestigung. Die Vorrichtung 1 selbst kann
Befestigungsmittel aufweisen, um vor Ort, beispielsweise im oder
an einem Raumschiff, angeordnet zu werden.
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Wenn
notwendig, können
die Vorratsrollen 4 in der Vorrichtung 1 austauschbar
angeordnet werden, so dass bei einer notwendigen sehr großen Profillänge, die
die vorhandene Segmentstranglänge übersteigt,
weitere Segmentstränge 2 ankoppelbar sind.
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Die
Vorrichtung 1 kann aus sehr leichten Materialien hergestellt
werden. Ihre Größe ist wesentlich abhängig von
der Größe der Vorratsrollen 4 und
kann an die Gegebenheiten angepasst werden. Dadurch ist ihr Einsatz
in der Raumfahrttechnik sowohl aus Platzgründen als auch aus Gewichtsgründen von Vorteil.
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Da
der eigentliche Verfahrensablauf schon mit dem Aufbau der Vorrichtung
umfassend beschrieben worden ist, wird er im Weiteren nicht gesondert erläutert.
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Segmentstrang
- 3
- Hohlprofilstrang
- 4
- trommelartige
Wickeleinheit, Vorratsrolle
- 5
- Andrückrolle
- 6
- Reibräder
- 7
- Antriebsmotor
- 8
- Kegelradgetriebe
- 9
- Ausrichteinheit
- 10
- Verbindungsbereich
der Segmentstränge
- 11
- Spindelantrieb
- 12
- Sperrring
- 13
- Drehgelenk
- 14
- Führungselement