DE3228284C2

DE3228284C2 - Niederhaltevorrichtung für entfaltbare Funktionselemente

Info

Publication number: DE3228284C2
Application number: DE3228284A
Authority: DE
Inventors: Rüdiger Dipl.-Ing. 8000 München Ewald
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1982-07-29
Filing date: 1982-07-29
Publication date: 1986-11-27
Also published as: GB2124694B; JPS5940999A; FR2531033A1; DE3228284A1; GB2124694A; US4491446A; FR2531033B1; JPH0443040B2; GB8320015D0

Abstract

Niederhaltevorrichtung für von einem Trägerkörper, etwa einem Raumflugkörper, aus entfaltbare Funktionselemente, beispielsweise Solarzellenpaneele. Die zusammengefalteten Funktionselemente (15) stützen sich auf einem am Trägerkörper vorgesehenen Gegenlager (3) ab. Am äußersten Funktionselement (15a) ist ein Druckstück (4) angebracht, auf dem ein schwenkbarer Haltebügel (5) mit seinem einen Ende aufsetzt. Zur Erzeugung einer hohen Vorspannkraft im Verriegelungszustand und um die Vorrichtung jederzeit auf einfache und zuverlässige Weise vom Entriegelungs- in den Verriegelungszustand zurückführen zu können, ist folgendes vorgesehen: Ein am Gegenlager (3) angelenkter, mittels eines Antriebselementes (10) schwenkbarer Hebelarm (7), der mit seinem anderen Ende drehbar mit dem Haltebügel (5) verbunden ist, auf den wiederum eine Feder (9) in Richtung auf das Druckstück (4) hin einwirkt. Durch Zug am Hebelarm (7) gelangt der Haltebügel (5) in die Verriegelungsstellung, in der er auf dem Druckstück (4) aufsetzt und in der er wegen seiner gezielt knapp bemessenen Länge unter Zugspannung steht.

Description

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Die trfindung betrifft eine Niederhaltevorrichtung für von einem Trägerkörper aus entfaltbare Funktionselemente gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der EP-AI 00 34 193 ist eine Niederhaltevorrichtung für entfaltbare, Solarzellen tragende Paneele für Raumflugkörper oder Satelliten bekannt. Während des TransDorts in den Weltraum sind die Paneele zusammengefaltet und stützen sich auf einen am Raumflugkörper als Trägerkörper angebrachten Gegenlager ab. Um diesen zusammengefalteten Zustand während des Fluges mit Sicherheit aufrechterhalten zu können, sind konstruktive Maßnahmen mit dem Zweck vorgesehen, die Paneele mit hoher Vorspannkraft an das Gegenlager anzupressen. Dazu trägt zunächst das am weitesten vom Gegenlager entfernte Paneei ein Druckstück, auf das ein schwenkbarer Haltebügel aufsetzbar ist Die Vorspannkraft wird dann durch Anziehen einer mit dem Haliebügel verbundenen, auf das Druckstück einwirkenden Spannschraube erzeugt Weitere konstruktive Elemente sind bei der bekannten Vorrichtung vorgesehen, um einerseits den Haltebügel in dieser Stellung verriegeln und andererseits die Verriegelung im gewünschten Moment aufheben zu können. Nach einmal erfolgter Entriegelung ist jedoch ein erneutes Verriegeln nicht mehr möglich. Es wird vielmehr vorausgesetzt daß die einmal entfalteten Paneele in dieser Stellung verbleiben.

Weiterhin ist aus der DE-OS 30 18 245 eine Niederhaltevorrichtung der eingangs genannten Art bekannt, bei der ein stangenförmiges Halteelement durch entsprechende Ausnehmungen in den zusammengefalteten Funktions- bzw. Trägerelementen hindurchragt. Weiterhin weist diese Vorrichtung einen Hebelarm auf, der um eine Schwenkachse schwenkbar ist welche wiederum an einem mit dem Trägerkörper fest verbundenen Gegerilager gelagert ist. Die Schwenkung des Hebelarmes wird durch ein Antriebselement bewirkt an dem der Schwenkachse abgewandten Ende des Hebelarms ist drehbar das untere Ende des stangenförmigen Halteelements angelenkt Letzteres ist unter Aufsetzen seines oberen Endes auf ein am äußeren Funktionselement angebrachtes Druckstück in eine Verriegelungsstellung schwenkbar. Das kolbenartige Antriebselement dient lediglich dazu, den Hebel in der Verriegelungsstellung festzuhalten bzw. diesen zum Zwecke der Entriegelung freizugeben. Die Möglichkeit einer erneuten Verriegelung ist nicht vorgesehen.

Inzwischen ist es in der Weltraumtechnik jedoch durchaus erwünscht, einmal entfaltete Funktionselemente, wie Solarzellen tragende Paneele oder auch entfaltbare Antennenelemente, nach einer gewissen Zeit wieder zusammenzufalten und in dieser Stellung erneut zu verriegeln.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Niederhaltevorrichtung der eingangs erwähnten Art bereitszustellen, mit der einerseits eine hohe Vorspannkraft im Verriegelungszustand erzeugt werden kann, und die andererseits mit einfachen konstruktiven Mitteln auf zuverlässige Weise jederzeit vom Entriegelungsin den Verriegelungszustand zurückgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Schwenkbereich des Haltebügels außerhalb der zusammengefalteten Funktionselemente gelegen ist und eine am Hebelarm befestigte, den Haltebügel um die Gelenkachse in Richtung auf das Druckstück hin schwenkende Feder, ein mit dem Hebelarm drehbar verbundenes, auf diesen wahlweise Zug oder Druck ausübendes Antriebselement sowie am Gegenlager eine schräge Anschlagfläche für das andere Ende des Haltebügels in der Entriegelungsstellung vorgesehen sind, wobei der Hebelarm aus der Entriegelungsstellung durch Zug von seiten des Antriebselemente« unter gleichzeitigem Herumschwenken des Haltebügcls und Aufsetzen desselben auf das Druckstock in eine seinem

Totpunkt bezüglich der Schwenkachse entsprechende Verriegelungsstellung, vor deren Erreichen der Haltebügel aufgrund seiner gezielt relativ knapp bemessenen Länge unter Zugspannung gerät, und aus der Verriegelungsstellung durch Druck von Seiten des Antriebselenientes in die Entriegelungsstellung schwenkbar ist, wobei dem Haltebügel nach dem Herausschwenken des Hebelarmes aus der Verriegelungsstellung durch Kontakt seines anderen Endes mit der schrägen Anschlagfläche eine vom Druckstück weg gerichtete Schwenkbewegung aufgezwungen wird.

Bevor die gemäß der Erfindung vorgesehenen konstruktiven Elemente in Tätigkeit treten, ist vorausgesetzt daß die Funktionselemente, insbesondere Solarzellenpaneele, bereits durch einen anderen Mechanismus zusammengefaltet sind und als Stapel auf dem Gegcnlager des Trägerkörpers, insbesondere der Satellitenkapsel, aufliegen. Die Erfindung ermöglicht es dann, eine vom Druckstück, das an dem bezüglich des Gegenlagers außen liegenden Funktionselement angebracht ist, zum Gegenlager, insbesondere zur Schwenkachse hin gerichtete hohe Vorspannkraft zu erzeugen, die ausreichend ist, um die Funktionselemente auch bei extrem hoher mechanischer Beanspruchung, wie sie während der Start- und Landephase eines Raumflugkörpers gegeben ist, sicher festzuhalten. Dies geschieht dadurch, daß das Antriebsmittel auf den Hebelarm einen Zug ausübt, wodurch letzterer schließlich in die durch das Druckstück und die Schwenkachse gegebene Wirkungslinie einschwenkt Gleichzeitig wird der Haltebügel durch die auf ihn einwirkende Feder in Richtung auf das Druckstück hin herumgeschwenkt und schließlich auf dieses aufgesetzt. Dies geschieht, noch bevor der Hebelarm in seine Totpunktlage eingeschwenkt ist, in der er in Richtung der oben erwähnten Wirklinie orientiert ist In dem relativ kleinen Winkelbereich vom Aufsetzen des Hebelarms in die Totpunktlage erfolgt eine geringe Dehnung des Haltebügels in seiner Längsrichtung, verbunden mit einer bis zum Erreichen der Totpunktlage ansteigenden, entsprechend hohen Vorspannkraft. In dieser Verriegelungsstellung liegen sowohl der Hebelarm als auch der Haltebügel, der das Druckstück, die Enden der Funktionselemente, den die Schwenkachse tragenden Teil des Gegenlagers sowie den Hebelarm beispielsweise U-förmig umgreift, in derselben, durch Druckstück, Schwenk- sowie Gelenkachse gegebenen Ebene.

Zum Entriegeln der Niederhaltevorrichtung muß jetzt lediglich durch das Antriebsmittel ein Druck auf den Hebelarm ausgeübt werden, so daß dieser wieder aus seiner Totpunktlage herausschwenken kann. Dies ist zunächst mit einem Abbau der Vorspannkraft verbunden, und einem anschließenden Abheben des Haltebügels vom Druckstück, so daß der Entfaltmechanismus für die Funktionselemente in Aktion treten kann.

Das Druckstück ist zweckmäßig mit einer zum einrastenden Aufsetzen des Haltebügels bestimmten Mulde versehen. Weiterhin ist am Gegenlager eine schräge Anschlagfläche vorhanden, die nach dem durch Druck bewirkten Herausschwenken des Hebelarms aus der Verriegelungsstellung durch Kontakt mit dem anderen Ende des Haltebügels diesem eine vom Druckstück weg gerichtete Schwenkbewegung aufzwingt. Zunächst dient die Mulde dazu, den Haltebügel nach dem Aufsetzen auf dem Druckstück durch Einrasten sicherer zu verankern. Da der Haltebügel nach dem Abheben vom Druckstück durch die auf ihn einwirkende Feder noch immer im Bereich des Druckstückes gehalten wird und so möglicherweise, nämlich in Abhängigkeit von der jeweils verwirklichten konkreten Konstruktion, beim Entfalten der Funktionselemente im Wege ist ist dafür Sorge zu tragen, daß der Haltebügel entgegen der Federwirkung aus dem Bereich des Druckstückes herausschwenken kann. Dazu ist die erwähnte Anschlagfläche vorgesehen, die nach dem Herausschwenken des Hebelarms aus seiner Totpunktlage in einer gewissen Winkelstellung mit dem der Gelenkachse zugeordneten Ende des Haltebügels in Berührung kommt Das Ende des Haltebügels kann zwar, zweckmäßig mit Hilfe einer an ihm angebrachten Rolle, nun an der schrägen Anschlagfläche entlanggleiten, die Schräge sollte jedoch so bemessen sein, daß gleichzeitig ein entgegen der Federkraft gerichtetes Drehmoment auf den Haltebügel ausgeübt wird, so daß dieser vom Druckstück weg schwenkt und damit die Entfaltbewegung in jedem Falle freigibt
Als Antriebselement wird zweckmäßig eine an der Gelenkachse angreifende Zugstange verwendet die in ihrer Längsrichtung durch eine in der Verriegelungsstellung gespannte Schraubendruckfeder belastet ist. Die Zugstange muß dann in dieser durch Federkraft belasteten Verriegelungsstellung verankerbar sein. Nach Aufhebung dieser Verankerung wirkt sofort die Schraubenfeder und übt einen Druck auf den Hebelarm aus, verbunden mit einem diesen aus der Verriegelungsstellung herausschwenkenden Drehmoment Eine vorteilhafte Art der Betätigung der Zugstange besteht darin, daß ein motorbetriebener Seilzug verwendet wird. Der Motor muß den Seilzug sowohl anziehen als auch auslassen können, wodurch jeweils die zur Verriegelung bzw. zur Entriegelung führende Bewegung des Hebelarms ausgelöst wird.

Die Niederhaltevorrichtung gemäß der Erfindung ist zwar mit besonderem Vorteil bei entfaltbaren Funktionselementen an Raumflugkörpern einsetzbar, jedoch keineswegs darauf beschränkt. Anwendungsmöglichkeiten dürften sich auch in anderen Gebieten der Technik finden, wo es darauf ankommt, entfaltbare Funktionselemente wahlweise mechanisch sicher zu verriegeln bzw. zum Entfalten freizugeben.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der einzigen Figur näher erläutert.

Die Figur zeigt in stark schematisierter Weise eine Niederhaltevorrichtung für entfaltbare Solarzellenpaneele eines Satelliten. Dargestellt ist ein Stapel zusammengefalteter Solarzellenpaneele 15, deren oberstes 15a ein Druckstück 4 trägt. Im dargestellten Zustand liegt der Stapel bereits auf einem Gegenlager 3 auf. das Teil des nicht dargestellten, als Trägerkörper fungierenden Satellitenkörpers ist. Die einzelnen Solarzellenpaneele 15 enden links in Vorsprüngen 26, die im Vergleich zu den übrigen Bereichen der Paneele eine verhältnismäßig geringe Ausdehnung senkrecht zur Zeichenebene besitzen. Die Paneele können untereinander und im Gegenlager mit Hilfe geeignet geformter Nocken 17 und entsprechender Vertiefungen einrasten. Am Gegenlager 3 ist eine Schwenkachse 6 gelagert, um die

bo wiederum ein Hebelarm 7 schwenkbar ist. Dieser ist über eine Gelenkachse 8 mit einem in etwa U-förmigen Haltebügel 5 drehbar verbunden, dessen senkrecht zur Zeichenebene orientierter Querschenkel 18 dazu bestimmt ist, in einer Mulde 14 des Druckstückes 4 aufzusetzen und auf letzteres eine nach unten, nämlich in Richtung auf das Gegenlager 3 bzw. die Schwenkachse 6 wirkende Kraft auszuüben. Ein am Druckstück 4 vorgesehener Anschlagsteg 14a sorgt dafür, daß der Quer-

schenkel 18 nicht über die Mulde 14 hinausschwenkt. Durch eine am Hebelarm 7 befestigte Feder 9 wird ein in Richtung auf das Druckstück 4 hin wirkendes Drehmoment auf den Haltebügel 5 ausgeübt.

An der Gelenkachse 8 greift eine Zugstange 10 an, der eine in ihrer Längsrichtung wirkende Schraubenfeder 11 zugeordnet ist. An der Zugstange 10 ist eine Hülse 19 befestigt, an der sich die Schraubenfeder 11 abstützt. Die Zugstange 10 ist weiterhin innerhalb eines Führungskolbens 21 geführt, der an einem Lagerbock 20 drehbar gehaltert ist Der Lagerbock 20 bildet einen Teil des Gegenlagers 3.

Als Teil des Gegenlagers 3 ist weiterhin eine schräge Anschlagfläche 12 vorgesehen, an der in der dargestellten Position eine am unteren Ende des Haltebügels 5 befestigte Rolle 13 anliegt. Die dargestellte Position entspricht der Entriegelungsstellung der Niederhaltevorrichtung. Der den Solarzellenpaneelen zugeordnete, nicht dargestellte Entfaltmechanismus kann aus dieser Position heraus in Aktion treten.

Soll die Niederhaltevorrichtung bei, wie dargestellt, bereits zusammengefaltetem Paneelstapel in die Verriegelungsstellung gebracht werden, so wird die Zugstange 10 nach rechts gezogen. Dies kann beispielsweise über einen motorgetriebenen Seilzug geschehen, wobei das Seil nach Erreichen der Verriegelungsstellung arretierbar ist Die Bewegung der Zugstange 10 hat zur Folge, daß die Schraubenfeder 11 gestaucht d. h. unter Spannung gesetzt wird. Weiterhin wird auf den Hebelarm 7 bezüglich der Schwenkachse 6 ein Drehmoment ausgeübt das eine entgegen dem Uhrzeigersinn orientierte Drehung desselben zur Folge hat. Im Zuge dieser Drehung verliert die Rolle 13 den Kontakt zur Anschlagfläche 12, wonach der Haltebügel 5 nunmehr unter Einwirkung der Feder 9 im Uhrzeigersinn herumschwenken kann. Dies wird so lange verhindert, wie die Rolle 13 an der Anschlagfläche 12 anliegt Der Haltebügel schwenkt herum, bis sein Querschenkel 18 in die Mulde 14 des Druckstückes 4 einrastet In diesem Moment ist die Drehung des Hebelarms 7 noch nicht vollendet vielmehr ist noch ein gewisser Winkelbereich bis zu der Stellung zu durchlaufen, in der die Gelenkachse 8 genau in die durch Druckstück 4 und Schwenkachse 6 gegebene Wirkungslinie einschwenkt

In diesem letzten Winkelbereich kann der Querschenkel 18 des Haltebügels 5 nicht mehr weiter nach unten ausweichen, so daß letzterer eine gewisse Dehnung erfährt deren Ausmaß von seiner Längendimensionierung abhängt Hierdurch wird eine Vorspannung aufgebracht mit der der Paneelstapel auf das Gegenlager 3 gepreßt wird. Als Material für den Haltebügel kommen etwa Metalle in Frage, die eine gewisse Elastizität bezüglich Längendehnung aufweisen. Die Dimensionierung muß selbstverständlich so gewählt werden, daß die auftretende maximale Dehnung nicht zum Oberschreiten des Elastizitätsbereichs führt

In der nunmehr erreichten Verriegelungsstellung liegen die Symmetrieachsen des Haltebügels 5, des Druckstücks 4, der Schwenkachse 6 sowie der Gelenkachse 8 in einer Ebene, die in der Figur durch eine gestrichelte Linie 22 angedeutet ist Der unter Spannung stehende Haltebügel 5 ist mit seinem Querschenkel 18 in der Mulde 14 des Druckstücks 4 eingerastet und liegt an seinem unteren Teil (Ranke 23) an einer Kante 24 des Gegenlagers 3 an. Der U-förmige Haltebügel umgreift dann von beiden Enden der Gelenkachse 8 her den Hebelarm 7, den die Schwenkachse 6 tragenden Teil des Gegenlagers 3, die Vorsprünge 16 der Solarzellenpaneele 15 sowie das Druckstück 4.

Um die so verriegelte Niederhaltevorrichtung wieder zu entriegeln, wird die Zugstange 10 freigegeben und durch Druck der gespannten Schraubenfeder 11 auf die Hülse 19 nach links bewegt. Damit wird der Hebelarm 7 im Uhrzeigersinn aus der Verriegelungsstellung herausgeschwenkt, wobei zunächst die den Haltebügel 5 dehnende Vorspannung abgebaut wird. Bei weiterer Drehung gerät die Rolle 13 in Kontakt zur Anschlagfläche 12, so daß nunmehr im weiteren Verlauf ein entgegen dem Uhrzeigersinn gerichtetes Drehmoment auf den Haltebügel resultiert. Dieser wird aus der Mulde 14 des Druckstücks 4 herausgehoben und schwenkt entgegen der durch die Feder 9 ausgeübten Kraft vom Druckstück weg, d. h. in der Figur nach links. Nunmehr kann der Entfaltmechanismus der Solarzellenpaneele in Aktion treten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Niederhaltevorrichtung für von einem Trägerkörper aus entfaltbare Funktionselemente, mit einem am Trägerkörper vorhandenen Gegenlager zur Abstützung der zusammengefalteten Funktionselemente, einem am vom Gegenlager am weitesten entfernten Funktionselement angebrachten Druckstück, einem schwenkbaren, an seinem einen Ende auf das Druckstück aufsetzbaren Hallebügel sowie einem Hebelarm, der um eine am Gegenlager gelagerte Schwenkachse schwenkbar ist und an seinem der Schwenkachse abgewandten Ende über eine Gelenkachse drehbar mit dem anderen Ende des Haltebügeis verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkbereich des Haltebügels (5) außerhalb der zusammengefalteten Funktionselemente (15) gelegen ist und eine am Hebelarm (7) befestigte, den Haltebügel (5) um die Gelenkachse (8) in Richtung auf das Druckstück (4) hin schwenkende Feder (9), ein mit dem Hebelarm (7) drehbar verbundenes, auf diesen wahlweise Zug oder Druck ausübendes Antriebselement (10) sowie am Gegenlager (3) eine schräge Anschlagfläche (12) für das andere Ende des Haltebügels (5) in der Entriegelungsstellung vorhanden sind, wobei der Hebelarm aus der Entriegelungsstellung durch Zug von Seiten des Antriebselementes (10) unter gleichzeitigem Herumschwenken des Haltebügels (5) und Aufsetzen desselben auf das Druckstück (4) in eine seinem Totpunkt bezüglich der Schwenkachse (6) entsprechende Verriegelungsstellung, vor deren Erreichen der Haltebügel (5) aufgrund seiner gezielt relativ knapp bemessenen Länge unter Zugspannung gerät, und aus der Verriegelungsstellung durch Druck von Seiten des Antriebselementes (10) in die Entriegelungsstellung schwenkbar ist, wobei dem Haltebügel (5) nach dem Herausschwenken des Hebelarmes (7) aus der Verriegelungsstellung durch Kontakt seines anderen Endes mit der schrägen Anschlagfläche (12) eine vom Druckstück (4) weg gerichtete Schwenkbewegung aufgezwungen wird.

2. Niederhaltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am anderen Ende des Haltebügels (5) eine den Kontakt mit der Anschlagfläche (12) vermittelnde Rolle (13) angebracht ist.

3. Niederhaltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebselement eine an der Gelenkachse (8) angreifende, durch eine in der Verriegelungsstellung gespannte Schraubendruckfeder (11) belastete Zugstange (10) vorgesehen ist.

4. Niederhaltevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugstange (10) durch einen motorbetriebenen Seilzug betätigbar ist.