DE3804202C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Gelenk für die Teil- und Vollentfaltung des
äußeren Solarpanels eines an einem Raumflugkörper angeordneten, aus meh
reren Panels gelenkig zusammengesetzten Solargenerators, gemäß dem Ober
begriff des Patentanspruchs 1.
Solargeneratoren an Raumflugkörpern sind bis zu ihrem Einsatz aus
Platz- und Festigkeitsgründen in der Regel paketartig zusammengefaltet,
wobei zumindest ein Niederhalter über das äußere Panel den Generator zu
sammenhält. Im luftleeren Raum ist es oft erforderlich, daß zunächst nur
ein Teil der maximal erzeugbaren Solarenergie zur Verfügung steht. In
solchen Fällen ist es üblich, zunächst nur das äußere Panel um ca. 90°
teilzuentfalten und auf die Sonne auszurichten. Bei voller Inbetriebnah
me wird das äußere Panel um weitere 90° vollständig entfaltet, die bis
dahin noch unwirksamen, inneren Panels werden dabei relativ zueinander
um ca. 180° in einem Schritt vollständig entfaltet. Zur Synchronisierung
der Panel-Bewegungen, mit Ausnahme des teilentfaltbaren Panels, wird oft
das Prinzip der geschlossenen Seilschleife (CCL) angewendet, welches bei
ausreichender Reibung wie ein formschlüssiges Getriebe wirkt. Dieses
Prinzip wird beispielsweise bei dem Solargenerator verwendet, welcher in
dem Aufsatz "The Retractable Ultra-lightweight (ULP) Solar Array for Re
trievable Space Platforms" der englischen Zeitschrift "Aircraft Enginee
ring" vom Januar 1984 auf den Seiten 2 bis 5 beschrieben ist. Bei diesem
Generator werden weitere Seile für den Antrieb der Panels benutzt.
Aus der DE-OS 36 15 264 ist eine Vorrichtung für die Teil- und Vollent
faltung eines Solargeneratorflügels bekannt, welche konstruktiv beson
ders einfach ist und ohne bewegliche Teile auskommt. Es sind voneinander
unabhängige Primär- bzw. Sekundär-Niederhalter vorhanden, welche die se
lektive Freigabe des äußeren bzw. inneren Flügelabschnittes ermöglichen.
Das innerste Panel des äußeren Flügelabschnittes wird beispielsweise
durch vorgespannte Federn entfaltet und liegt im teilentfalteten Zustand
einseitig an einem mechanischen Anschlag an. Beim Öffnen der Sekundär-
Niederhalter, d.h. beim Entfalten des inneren Flügelabschnittes, kommt
das teilentfaltete Panel von dem Anschlag frei und wird gegen einen wei
teren, nicht beschriebenen Anschlag vollständig entfaltet. Nachteilig
dabei ist, daß - im Falle der Entfaltung durch elastische Kraftspeicher
- die Bewegungen des äußeren Flügelabschnittes bei Teil- und Vollentfal
tung ungesteuert sind. Die jeweils einseitige Wirkung der Anschläge hat
zur Folge, daß der äußere Flügelabschnitt ein- oder mehrmals zurück
prallt, bis er in seiner gewünschten Position stehenbleibt. Dies kann zu
äußerst kritischen Belastungen der gesamten Generatorstruktur führen.
Auch bei Korrekturbewegungen des Satelliten kann es zu ungewollten
Schwenkbewegungen des äußeren Flügelabschnittes kommen. Aus der DE-PS
32 15 434 ist ein Riegelmechanismus bekannt, welcher eine formschlüssige
Verbindung zwischen benachbarten Panels im vollständig entfalteten Zu
stand herstellt und damit ein Zurückprallen verhindert. Als Verriege
lungselement wird ein federbelasteter Hebel bzw. eine Biegefeder verwen
det. Eine stufenweise Entfaltung ist mit diesem Mechanismus nicht mög
lich, da die Verriegelung ohne zusätzliche Betätigungsorgane nicht ge
löst werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt angesichts des Standes der Technik die
Aufgabe zugrunde, ein Gelenk für die Teil- und Vollentfaltung des äuße
ren Panels eines aus mehreren Panels zusammengesetzten Solargenerators
bereitzustellen, welches im teil- und vollentfalteten Zustand eine si
chere, formschlüssige Verriegelung gewährleistet und beim Übergang vom
teilentfalteten in den vollentfalteten Zustand eine Ankoppelung des äu
ßeren Panels an die CCL-Steuerung bewirkt.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merk
male gelöst.
Das Gelenk arbeitet mit zwei unabhängigen Verriegelungselementen, von
denen das eine primär der Verriegelung im vollentfalteten Zustand, das
andere primär der Koppelung mit der Seilsteuerung dient. Beide Verriege
lungselemente wirken bei der Verriegelung im teilentfalteten Zustand zu
sammen, wobei jedes die Bewegung in eine Richtung begrenzt.
Die Unteransprüche 2 und 3 kennzeichnen bevorzugte Ausführungen des Ge
lenkes nach Anspruch 1.
Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung dargestell
ten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. Dabei zeigen in verein
fachter Darstellung:
Fig. 1 einen Schnitt rechtwinklig zur Gelenkachse durch das die Gelenk
hälften verbindende Kugelgelenk,
Fig. 2 einen Schnitt gemäß dem Verlauf B-B in Fig. 1.
Die Gelenkhälften 2, 3 des Gelenkes 1 in Fig. 1 und 2 sind über ein Ku
gelgelenk 6 miteinander verbunden (3 Freiheitsgrade, Drehbewegungen um
alle Achsen eines orthogonalen Koordinatensystems). Um nun zwischen dem
äußeren Panel 36 und dem nächstinneren - nicht dargestellten - Panel eine
definierte Schwenkachse (ein Freiheitsgrad, Drehbewegung um eine Achse)
festzulegen, ist es erforderlich, in axialem Abstand zum dargestellten
Gelenk 1 mindestens ein weiteres Kugelgelenk anzuordnen, welches aller
dings weder einen Verriegelungsmechanismus noch eine Seilsteuerung auf
weisen muß. Die Kugelgelenkbauweise hat den Vorteil, daß sich Zwangs
kräfte auf die zu verbindenden Strukturen infolge von Fertigungs- bzw.
Montagefehlern, Verformungen etc. weitgehend vermeiden lassen, insbeson
dere bei statisch bestimmter Lagerung (1 Fest-, 1 Loslager).
Die Fig. 1 und 2 zeigen den teilentfalteten Zustand des äußeren Pa
nels 36, d. h. die Gelenkhälften 2, 3 bilden etwa einen rechten Winkel
(siehe Fig. 1). Um den dargestellten Zustand zu erreichen, ist es erfor
derlich, daß das ursprünglich auf den übrigen inneren Panels des Solar
generators flach aufliegende, äußere Panel 36 von dem oder den Primär-
Niederhaltern freigegeben und mittels elastischer Kraftspeicher oder Mo
torkraft in die teilentfaltete Stellung verschwenkt wird. Vorzugsweise
erfolgt diese Teilentfaltung durch Federn in den Verbindungsgelenken,
z. B. im Gelenk 1 (Feder nicht dargestellt). Die Seilsteuerung (CCL)
tritt hierbei noch nicht in Aktion. Die Verriegelung im teilentfalteten
Zustand erfolgt mittels zweier Elemente, nämlich des Verriegelungshebels
7 und des Verriegelungsbolzens 14. Der Verriegelungshebel 7 ist um eine
Achse verschwenkbar, welche aus Gründen der Einstellbarkeit als Exzen
terbolzen 9 ausgeführt ist. Das Einstellen erfolgt durch Verdrehen des
Exzenterbolzens 9 relativ zur Gelenkhälfte 2 am Vierkantkopf 10. Bei
korrekter Stellung (spielfreie Verriegelung) wird der Exzenterbolzen 9
durch Anziehen der Mutter 11 über die Scheibe 12 drehfest gegen die Ge
lenkhälfte 2 gespannt. Aus Fertigungsgründen (gleiche Bohrungsdurchmes
ser) ist der Exzenterbolzen 9 am kleinen Durchmesser in einer Buchse 13
gelagert. Der Verriegelungshebel 7 besitzt als Wirkelement einen zylin
drischen Bolzen 8 und ist z. B. mit einer Feder (nicht dargestellt) in
Richtung zur Gelenkachse vorgespannt. Diese Federbelastung ist in Fig.
1 in Form des Momentenpfeiles M symbolisch dargestellt. Der Verriege
lungsbolzen 14 besitzt einen Kopf 15 mit Anschlagschulter 16 sowie einen
im Durchmesser kleineren Schaft 17. Er ist in der Gelenkhälfte 2 sowie
in dem mit der Gelenkhälfte fest verbundenen Scheibenträger 5 längsver
schieblich gelagert und mittels der Feder 18 zur Seilscheibe 4 hin vor
gespannt. Die Krafteinleitung von der Feder 18 in den Schaft 17 erfolgt
über eine Scheibe 19 und einen Sicherungsring 20. Im zusammengefalteten
Zustand der Panels sowie beim Übergang in den teilentfalteten Zustand
befindet sich der Verriegelungsbolzen 14 in einer unwirksamen Stellung,
sein Schaft bewegt sich im Langloch 27 der Gelenkhälfte 3, sein Kopf 15
wird an der Anschlagschulter 16 zurückgehalten und gleitet dabei auf der
Fläche 28 beiderseits des Langloches 27. Die Feder 18 ist dabei maximal
vorgespannt. Beim Erreichen der teilentfalteten Stellung fällt der Bol
zenkopf 15 in die Bohrung 26 der Gelenkhälfte 3, das ballige Schaftende
stößt gegen die Anschlagfläche 35 der Seilscheibe 4. Somit verhindert
der Bolzenkopf 15 im Zusammenwirken mit der Bohrung 26, in welcher er
einseitig anliegt, ein weiteres Entfalten. Der Bolzen 8 des Verriege
lungshebels 7 gleitet beim Übergang in die teilentfaltete Stellung auf
der zylindrischen Gleitbahn 24 und fällt vor die als Stufe ausgebildete
Anschlagfläche 21. Auf diese Weise wird ein Zurückprallen der Gelenk
hälfte 2 mit dem äußeren Panel 36 verhindert (Rückschlagsperre). Die Po
sitionen 8, 21, 15 und 26 bilden also eine in beide Schwenkrichtungen
formschlüssige Verriegelung, welche sich mittels des Exzenterbolzens 9
spielfrei einstellen läßt.
Für die weitere Entfaltung ist es erforderlich, daß die noch zusammenge
falteten, inneren Panels von dem oder den Sekundärniederhaltern freige
geben und mit Hilfe eines Antriebes in Bewegung versetzt werden. Dadurch
tritt auch die Seilsteuerung (CCL) in Aktion, deren äußerstes Element
die Seilscheibe 4 am Gelenk 1 ist. Die Seilscheibe 4 ist auf dem Schei
benträger 5 drehbar gelagert, welcher zugleich einen einseitigen, axia
len Anschlag bildet. Den entsprechenden Gegenanschlag bildet die Scheibe
32. Mittels des Achsbolzens 30, der Distanzbuchse 33, der Distanzscheibe
34, der Mutter 31 sowie der Verschraubung in Form des Exzenterbolzens 9
ist die Seilscheibenlagerung mit der Gelenkhälfte 2 einschließlich der
Kugel des Kugelgelenkes 6 zu einer starren Einheit verbunden.
Beim Entfalten der inneren Panels wird die Seilscheibe 4 relativ zum
teilentfalteten Gelenk 1 um den Vorlaufwinkel α verdreht, bis die Boh
rung 29 in der Seilscheibe 4 mit dem Schaft 17 des Verriegelungsbolzens
14 fluchtet. Durch die immer noch vorgespannte Feder 18 wird der Schaft
17 in die minimal größere Bohrung 29 geschoben, wobei der Bolzenkopf 15
aus der Bohrung 26 der Gelenkhälfte 3 freikommt. Dadurch wird die Ge
lenkhälfte 2 formschlüssig mit der Seilscheibe 4 verbunden, die Vollent
faltung des äußeren Panels 36 erfolgt also kontrolliert über die Seil
steuerung. Der Bolzen 8 des Verriegelungshebels 7 bewegt sich dabei auf
der zylindrischen Gleitbahn 25 und fällt im vollentfalteten Zustand
- federbelastet - zwischen die Anschlagflächen 22 und 23. Auf diese Wei
se wird das Gelenk 1 im vollentfalteten, gestreckten Zustand wiederum
formschlüssig verriegelt.
Der wirksame Durchmesser der Seilscheibe 4 ist auf denjenigen der mit
ihr verbundenen, an einem inneren Panel angeordneten Seilscheibe so ab
gestimmt, daß die relative Vollentfaltung von ca. 180° eine Winkeldre
hung der Seilscheibe 4 von ca. 90° (Winkel von Teil- bis Vollentfaltung)
plus des Vorlaufwinkels α bewirkt, wobei α beispielsweise ca. 20°
beträgt.
Claims (3)
1. Gelenk für die Teil- und Vollentfaltung des äußeren Solarpanels
eines an einem Raumflugkörper angeordneten, aus mehreren Panels gelenkig
zusammengesetzten Solargenerators, dessen Entfaltung durch Seile (CCL =
Closed Cable Loop) zwangsgesteuert wird, wobei das äußere Panel vor dem
Entfalten von Primär-Niederhaltern, die übrigen, inneren Panels im teil
entfalteten Zustand des äußeren Panels von mindestens einem Sekundär-
Niederhalter festgehalten werden, mit einer - mit dem äußeren Panel ver
bundenen - ersten Gelenkhälfte, mit einer - mit dem nächstinneren Panel
verbundenen - zweiten Gelenkhälfte, mit einer die Gelenkhälften schwenk
bar verbindenden Achse sowie mit einer auf der Achse drehbar gelagerten
Seilscheibe, dadurch gekennzeichnet,
daß in der ersten Gelenkhälfte (2) zwei federnde bzw. federbelastete Verriegelungselemente (Verriegelungshebel 7, Verriegelungsbolzen 14) ge lagert sind,
daß die zweite Gelenkhälfte (3) mehrere Anschlagflächen (21, 22, 23, Bohrung 26) aufweist, wovon eine (21) dem Anschlagteil (Bolzen 8) des ersten Verriegelungselementes (Verriegelungshebel 7) im teilentfalteten Zustand rückseitig gegenübersteht (Rückschlagsperre), wovon zwei (22, 23) das Anschlagteil (Bolzen 8) im vollentfalteten Zustand formschlüssig festhalten, und wovon eine (Bohrung 26) im teilentfalten Zustand das zweite Verriegelungselement (Verriegelungsbolzen 14) in Entfaltungsrich tung blockiert,
daß die zweite Gelenkhälfte (3) eine Fläche (28) besitzt, welche dieses Verriegelungselement bis zum Erreichen des teilentfalteten Zustandes in einer unwirksamen Stellung hält,
daß die Seilscheibe (4) eine Anschlagfläche (35) für das zweite Verrie gelungselement (Verriegelungsbolzen 14) im teilentfalteten Zustand auf weist,
daß die Seilscheibe (4) mit einer Aussparung (Bohrung 29) versehen ist, welche dieses Verriegelungselement (Verriegelungsbolzen 14) beim Über gang vom teilentfalteten zum vollentfalteten Zustand sowie danach form schlüssig aufnimmt, und
daß sie bezüglich der mit ihr verbundenen Seilscheibe ein Durchmesser verhältnis aufweist, welches bei Vollentfaltung der inneren Panels (180°) eine Winkeldrehung der Seilscheibe (4) bewirkt, welche um einen Vorlaufwinkel (α) größer ist, als der Drehwinkel des äußeren Panels (36) von Teil- bis Vollentfaltung.
daß in der ersten Gelenkhälfte (2) zwei federnde bzw. federbelastete Verriegelungselemente (Verriegelungshebel 7, Verriegelungsbolzen 14) ge lagert sind,
daß die zweite Gelenkhälfte (3) mehrere Anschlagflächen (21, 22, 23, Bohrung 26) aufweist, wovon eine (21) dem Anschlagteil (Bolzen 8) des ersten Verriegelungselementes (Verriegelungshebel 7) im teilentfalteten Zustand rückseitig gegenübersteht (Rückschlagsperre), wovon zwei (22, 23) das Anschlagteil (Bolzen 8) im vollentfalteten Zustand formschlüssig festhalten, und wovon eine (Bohrung 26) im teilentfalten Zustand das zweite Verriegelungselement (Verriegelungsbolzen 14) in Entfaltungsrich tung blockiert,
daß die zweite Gelenkhälfte (3) eine Fläche (28) besitzt, welche dieses Verriegelungselement bis zum Erreichen des teilentfalteten Zustandes in einer unwirksamen Stellung hält,
daß die Seilscheibe (4) eine Anschlagfläche (35) für das zweite Verrie gelungselement (Verriegelungsbolzen 14) im teilentfalteten Zustand auf weist,
daß die Seilscheibe (4) mit einer Aussparung (Bohrung 29) versehen ist, welche dieses Verriegelungselement (Verriegelungsbolzen 14) beim Über gang vom teilentfalteten zum vollentfalteten Zustand sowie danach form schlüssig aufnimmt, und
daß sie bezüglich der mit ihr verbundenen Seilscheibe ein Durchmesser verhältnis aufweist, welches bei Vollentfaltung der inneren Panels (180°) eine Winkeldrehung der Seilscheibe (4) bewirkt, welche um einen Vorlaufwinkel (α) größer ist, als der Drehwinkel des äußeren Panels (36) von Teil- bis Vollentfaltung.
2. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das erste Verriegelungselement als verschwenkbarer Verriegelungshebel (7) mit zur Gelenkachse (Achsbolzen 30) paralleler Schwenkachse (Ex zenterbolzen 9) und mit einem zylindrischen Bolzen (8) als Anschlagteil ausgeführt ist, wobei die Federbelastung (Moment M) den Verriegelungshe bel (7) zur Gelenkachse hin vorspannt,
daß das zweite Verriegelungselement als achsparalleler, längsverschieb licher Verriegelungsbolzen (14) mit einer Anschlagschulter (16) am Bol zenkopf (15) ausgeführt ist, welchen die Federbelastung (Feder 18) zur Seilscheibe (4) hin vorspannt,
daß die Anschlagflächen (21, 22, 23) für den Bolzen (8) axial und etwa radial ausgerichtet und in ihrer Kontur an die Form und die Schwenkbewe gung des Bolzens (8) angepaßt sind, wobei der Bolzen (8) vor der An schlagfläche (21) und zwischen den Anschlagflächen (21, 22) von zylin drischen Gleitbahnen (24, 25) radial gestützt wird,
daß die seitliche Anschlagfläche für den Kopf (15) des Verriegelungsbol zen (14) als diesem gegenüber geringfügig größere Bohrung (26) ausge führt ist,
daß die Bohrung (26) das eine Ende eines Langloches (27) bildet, in wel chem sich der Schaft (17) des Verriegelungsbolzens (14) bei Teilentfal tung bewegt,
und daß die Aussparung in der Seilscheibe (4) für den Verriegelungsbol zen (14) als gegenüber seinem Schaftdurchmesser geringfügig größere Boh rung (29) ausgeführt ist.
daß das erste Verriegelungselement als verschwenkbarer Verriegelungshebel (7) mit zur Gelenkachse (Achsbolzen 30) paralleler Schwenkachse (Ex zenterbolzen 9) und mit einem zylindrischen Bolzen (8) als Anschlagteil ausgeführt ist, wobei die Federbelastung (Moment M) den Verriegelungshe bel (7) zur Gelenkachse hin vorspannt,
daß das zweite Verriegelungselement als achsparalleler, längsverschieb licher Verriegelungsbolzen (14) mit einer Anschlagschulter (16) am Bol zenkopf (15) ausgeführt ist, welchen die Federbelastung (Feder 18) zur Seilscheibe (4) hin vorspannt,
daß die Anschlagflächen (21, 22, 23) für den Bolzen (8) axial und etwa radial ausgerichtet und in ihrer Kontur an die Form und die Schwenkbewe gung des Bolzens (8) angepaßt sind, wobei der Bolzen (8) vor der An schlagfläche (21) und zwischen den Anschlagflächen (21, 22) von zylin drischen Gleitbahnen (24, 25) radial gestützt wird,
daß die seitliche Anschlagfläche für den Kopf (15) des Verriegelungsbol zen (14) als diesem gegenüber geringfügig größere Bohrung (26) ausge führt ist,
daß die Bohrung (26) das eine Ende eines Langloches (27) bildet, in wel chem sich der Schaft (17) des Verriegelungsbolzens (14) bei Teilentfal tung bewegt,
und daß die Aussparung in der Seilscheibe (4) für den Verriegelungsbol zen (14) als gegenüber seinem Schaftdurchmesser geringfügig größere Boh rung (29) ausgeführt ist.
3. Gelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schwenkachse des Verriegelungshebels (7) als Exzenterbolzen (9) ausgeführt und bezüglich der ersten Gelenkhälfte (2) verdrehbar (Vier kantkopf 10) und feststellbar (Mutter 11) ist, und
daß die Gelenkhälften (2, 3) über ein Kugelgelenk (6) verbunden sind.
daß die Schwenkachse des Verriegelungshebels (7) als Exzenterbolzen (9) ausgeführt und bezüglich der ersten Gelenkhälfte (2) verdrehbar (Vier kantkopf 10) und feststellbar (Mutter 11) ist, und
daß die Gelenkhälften (2, 3) über ein Kugelgelenk (6) verbunden sind.
Priority Applications (3)
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ID=6347167
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE3804202A Granted DE3804202A1 (de) | 1988-02-11 | 1988-02-11 | Gelenk fuer die zweistufige entfaltung eines solarpanels |
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DE (1) | DE3804202A1 (de) |
FR (1) | FR2627150B1 (de) |
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