DE3316789C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist allgemein bekannt, daß die Solarzellengeneratoren von Raum­ fahrzeugen im zusammengeklappten, aufgerollten oder ähnlichen Zu­ stand in den Weltraum geschossen werden. Ein Auseinanderbreiten der Generatoren zu ihrer wahren Flächengröße erfolgt erst im Welt­ raum. Zukünftige Raumfahrzeuge werden zu ihrer Energieversorgung wiederverwendbare, faltbare Solargeneratoren benutzen. Die wesent­ lich größeren Dimensionen, verbunden mit der notwendigen Einfalt­ barkeit der Solargeneratoren, werfen ernstzunehmende Probleme be­ züglich des dynamischen Verhaltens des Generator-Lakens (d. h. des die Solarzellen tragenden Teiles des Generators) während der Falt­ vorgänge auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Ein- oder Ausfalten eines faltbaren Solarzellengenerator-Lakens mit mindestes zwei über eine Faltkante miteinander verbundenen, je­ weils ein Faltenpaar bildenden Lakenteilen zu schaffen, durch das ein kontrollierbares Ein- oder Ausfalten sowohl im Welt­ raum als auch im Testbetrieb auf der Erde ermöglicht wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Vorrichtungsmerkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 beschrieben.

Die Vorteile der Erfindung liegen im wesentlichen in der Einfach­ heit der Leinensysteme und der zugehörigen passiven Elemente im Laken. Die Spannung in den Leinen wird durch jeweils eine Feder­ trommel aufgebracht, bedarf also keiner irgendwie gearteten zu­ sätzlichen Energiezufuhr. Weiterhin ist vorteilhafterweise keine Synchronisation der Vorrichtung mit dem primären Ein/Ausfalt­ system notwendig.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt und zwar zeigt

Fig. 1 ein ausgefaltetes Solarzellengeneratorlaken mit einem primären Einfalt- und Ausfaltsystem und einem Leinen­ system in Vorderansicht,

Fig. 2 den Verlauf eines Leinensystems in Seitenansicht,

Fig. 3 einen Formschluß zwischen einem Lakenteil und einer Leine mit zugehörender Kugel in zwei nacheinander folgenden Verfahrensschritten,

Fig. 4 eine schematische Darstellung über den Ablauf eines Ein­ faltvorganges,

Fig. 5 einen Teil einer Haltevorrichtung in Drauf- und Seiten­ ansicht und

Fig. 6 ein teilweise zusammengeklapptes und teilweise ausein­ andergeklapptes Solarzellengenerator-Laken mit zwei Zahnradsystemen in Seitenansicht.

In Fig. 1 weist ein Solarzellengenerator-Laken eine Vielzahl von Lakenteilen 1 und 2 auf, die auf ihrer Vorderseite zeichnerisch nicht dargestellte Solarzellen tragen und über sogenannte Falt­ kanten 3 bzw. 4 mechanisch und elektrisch miteinander verbunden sind. Jeweils zwei benachbarte Lakenteile 1 und 2 bilden ein Faltenpaar 5, deren Faltkanten 3 gestrichelt dargestellt sind. Die jeweils zwei benachbarten Faltenpaare 5, d. h. deren Laken­ teile 2 und 1 verbindenden Faltenkanten 4 sind voll ausgezeichnet.

Das unterste Lakenteil 1 des untersten Faltenpaares 5 steht mit einem Lakenbehälter 6 in mechanischer Verbindung, der zur Auf­ nahme des zusammengefalteten Lakens dient. Hingegen ist das oberste Lakenteil 2 des obersten Faltenpaares 5 an einer End­ platte 7 befestigt, die im zusammengefalteten Zustand des Lakens als Abdeckplatte des Behälters 6 herangezogen werden kann. Die Endplatte 7 ist an ihrer Oberseite über mechanische Befestigungs­ mittel 8 und 9 an einem beweglichen Mast 10 eines zeichnerisch nicht näher ausgeführten ortsfesten primären Einfalt- und Ausfalt­ systems befestigt. Das Ein- oder Ausfalten des Lakens wird durch eine Relativbewegung zwischen dem beweglichen Mast 10 und dem ebenfalls ortsfest angeordneten Behälter 6 bewerkstelligt.

Das Solarzellengenerator-Laken weist ein Leinensystem mit zwei ge­ strichelt gezeichneten Leinen 11 und 12 auf, wobei jeweils ein Ende der Leinen 11 und 12 mit der Endplatte 7 in mechanisch fester Verbindung steht, während die anderen Enden der Leinen 11 und 12 auf Federtrommeln 13 und 14 aufwickelbar sind. Die Federtrommeln 13 und 14 sind unterhalb des untersten Lakenteiles 1 des untersten Faltenpaares 5 angeordnet, vorzugsweise am Behälter 6 mechanisch befestigt. Die mechanische Verbindung zwischen den Leinen 11 und 12 und der Endplatte 7 erfolgt über einen sogenannten Vorlauf, auf den im Anspruch 10 und in der untenstehenden Beschreibung näher eingegangen wird.

Durch das Zusammenwirken des primären Einfalt- und Ausfaltsystems mit dem Leinensystem wird ermöglicht, daß für den Einfaltvorgang das jeweils unten liegende Faltenpaar 5 zusammengefaltet wird, während die Faltenpaare 5 oberhalb des dem Faltvorgang unter­ worfenen Faltenpaares 5 auseinander gefaltet bleiben. Somit werden alle Faltenpaare 5 einzeln nacheinander zusammengefaltet und im Lakenbehälter 6 zusammengefaltet abgelegt. Für den Ausfaltvorgang, der von dem Mast 10 des primären Einfalt- und Ausfaltsystems durchgeführt wird, wird das jeweils oben liegende Faltenpaar 5 auseinandergefaltet, während die Faltenpaare 5 unterhalb des einem Entfaltvorgang unterworfenen Faltenpaares 5 im zusammen­ gefalteten Zustand gehalten werden. Alle zu entfaltenden Falten­ paare 5 werden nacheinander auseinandergefaltet.

Um die oben erläuterten Verfahrensschritte durchführen zu können, ist eine Einrichtung erforderlich, die bei einem Einfaltvorgang zwischen den Leinen 11 und 12 und den einzelnen, gerade einem Faltvorgang unterworfenen Faltenpaaren 5 einen Formschluß her­ stellt. Weiterhin muß eine Haltevorrichtung vorhanden sein, die bei einem Einfaltvorgang eine Auffaltung der Faltenpaare 5 ver­ meidet und bei einem Ausfaltvorgang ein gleichzeitiges Entfalten und/oder ein Auffächern von mehreren Faltenpaaren 5 verhindert.

Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, weisen die Lakenteile 1 und 2 jedes Faltenpaares 5 in unmittelbarer Nähe der Faltkante 4 von zwei benachbarten Faltenpaaren 5 für die Leinen, von denen in Fig. 2 nur die Leine 11 ersichtlich ist, Durchgangsöffnungen 15 und 16 auf. Die Leinen 11 bzw. 12 durchsetzen die Durchgangs­ öffnungen 15 und 16 derart, daß sie zum größten Teil auf den Rückseiten der Lakenteile, d. h. auf den den Solarzellen abge­ wandten Seiten, verlaufen. Im Bereich der Faltkanten 4 zweier benachbarter Faltenpaare 5 liegen die Leinen 11 bzw. 12 auf den Vorderseiten der Lakenteile 1 und 2. Zur Erzielung eines Form­ schlusses zwischen den Leinen 11 bzw. 12 und den einzelnen Falten­ paaren 5 sind verschiedene Lösungsmöglichkeiten denkbar. Im vor­ liegenden Ausführungsbeispiel sind hierzu die Durchgangsöffnungen 15 jedes Lakenteiles 2, durch die die Leinen 11 bzw. 12 jeweils von der Vorderseite zur Rückseite der Lakenteile 2 geführt sind, schlüssellochförmig ausgebildet. Die Langlöcher dieser Öffnungen 15 weisen von den zugehörigen Faltkanten 4 weg, während die Kreis­ löcher dieser Öffnungen 15 derart bemessen sind, daß an den Leinen 11 bzw. 12 mechanisch befestigte Kugeln 17 ungehindert durch­ treten können. Die Durchgangsöffnungen 16 jedes Lakenteiles 1, durch die die Leinen 11 bzw. 12 jeweils von der Rückseite zur Vorderseite der Lakenteile 1 geführt sind, weisen Langlochform auf und lassen die Kugeln 17 ungehindert durch. Die Form der Durchgangsöffnungen 15 bzw. 16 sowie deren Lage in bezug auf eine Faltkante 4 sind aus Fig. 3 ersichtlich.

Jede Leine 11 bzw. 12 ist mit einer Anzahl von Kugeln 17 versehen, die der Anzahl der Faltenpaare 5 des Solarzellengenerator-Lakens entspricht. Die Kugeln 17 einer Leine 11 bzw. 12 sind in ge­ staffelter Form derart angeordnet, daß sie im ausgefalteten Zu­ stand des Solarzellengenerator-Lakens um einen gestaffelten Ab­ stand nach oben versetzt vor den zugeordneten schlüsselloch­ förmigen Öffnungen 15 liegen. Somit ist sichergestellt, daß zwei Kugeln 17 gleichzeitig in zwei verschiedene schlüssellochförmige Öffnungen 15 nicht eingreifen und einen Formschluß zwischen den Leinen 11 bzw. 12 und zwei Faltenpaaren 5 gleichzeitig nicht her­ stellen können.

Wie ein Formschluß zwischen einem Faltenpaar 5, d. h. zwischen dessen Lakenteil 2 und der Kugel 17 bzw. einer Leine 11 erzielt wird, ist aus Fig. 3 entnehmbar. Wird die Leine 11 zusammen mit der Kugel 17 aus ihrer Ausgangslage (beide oberen Abbildungen) in Richtung des gezeichneten Pfeiles (d. h. in Richtung des Laken­ behälters aus Fig. 1 oder 2) gezogen, so tritt die Kugel 17 nicht durch das Kreisloch der schlüssellochförmigen Öffnung 15 durch, sondern rutscht über das Langloch dieser Öffnung 15 bis in ihre Endstellung (beide unteren Abbildungen). Wird die Leine 11 weiter in dieselbe Richtung gezogen, so wird auf das Laken­ teil 2 eine Kraft ausgeübt, die ein Zusammenklappen des Falten­ paares 5 in Richtung des Lakenbehälters bewirkt. Die Kraft wirkt solange, bis das Faltenpaar 5 in dem Behälter zusammengefaltet angeordnet ist. Erst dann tritt die die Kraft übertragende Kugel 17 durch die Kreisöffnung der schlüssellochförmigen Durchgangs­ öffnung 15 durch und kann auf einer Federtrommel 13 bzw. 14 auf­ gewickelt werden. Die nachfolgenden Faltenpaare 5 können dann nacheinander auf die gleiche Weise unter Zuhilfenahme der zuge­ hörenden Kugeln 17 zusammengefaltet werden.

Der Faltvorgang eines Faltenpaares 5 ist in drei Verfahrensab­ schnitten 1 bis 3 in Fig. 4 schematisch dargestellt, wobei der Verfahrensschritt 1 praktisch den Endzustand aus Fig. 3 bezüg­ lich der Lage der Kugel 17 auf den Lakenteil 2 wiedergibt. Für die einzelnen Bauteile wurden die Bezugszeichen aus den Fig. 1 bis 3 verwendet. Gut zu ersehen ist, wie die Kugel 17 sich auf der Oberfläche des Lakenteiles 2 mit zunehmendem Fortgang des Faltvorganges in Richtung des Kreisloches der schlüssel­ lochförmigen Durchgangsöffnung 15 verschiebt, und zwar so lange, bis sie im zusammengefalteten Zustand des Faltenpaares 5 durch das Kreisloch tritt.

Bevor ein Einfaltvorgang eines Solarzellengenerator-Lakens einge­ leitet wird, wird in der Endplatte 7 eine sogenannte Vorlage ge­ löst. Dadurch wird jede Leine 11 bzw. 12 mit ihren Kugeln 17 in Richtung auf den Lakenbehälter 6 (d. h. nach unten) verschoben. Durch die Leinenverschiebung kommt es zu einem Formschluß zwischen dem untersten Lakenteil des Lakens und der Leine 11 bzw. 12, deren jeweils erste Kugel 17 auf der Vorderseite des Lakens liegt und somit die Spannung von der Leine 11 bzw. 12 auf das Laken übertragen kann. Dieser Formschluß findet nach Auslösung des Vor­ laufes zunächst nur an dem untersten Faltenpaar des Lakens statt, während durch die bestimmte Staffelung in der Anordnung der Kugeln 17 alle anderen Schnittstellen zwischen "Kugel" und "schlüssel­ lochförmiger" Durchführung spannungsfrei bleiben. Hier erfolgt ein Formschluß zwischen den gestaffelten Kugeln und den zugeordneten Lakenteilen jeweils erst dann, wenn das untere Faltenpaar einge­ faltet ist.

Bei Betätigung des Mastes 10 des primären Einfaltsystems werden die Leinen 11 bzw. 12 auf ihre Federtrommel 13 bzw. 14 aufge­ wickelt, wodurch sich der Abstand zwischen formschlüssiger Kugel 17/Laken und Lakenbehälter 6 verkürzt, was dann zwangsweise zu einem Einfalten des dazwischen befindlichen Faltenpaares 5 führen muß. Während des Einfaltvorganges dieses Faltenpaares 5 wird die Kugel 17 durch die sich verändernde Richtung der Leinenspannung zunehmend mehr auf den weiteren Teil der Lakendurchführung hin bewegt. Bei einem minimalen Öffnungswinkel des Faltenpaares 5 löst die Kugel von ihrer Auflage. Dadurch wird die Leine 11 bzw. 12 wieder freigegeben, die sich somit wie beim Lösen der "Vor­ lage" wieder stärker verschieben kann, so daß die nächste Kugel 17 zum Eingriff kommen kann (vgl. Fig. 4).

Dieser Vorgang wiederholt sich bis zum völligen Verstauen des ge­ samten Lakens. Genauso ist aber ein nur partielles Einfalten des Lakens möglich, wobei der nicht eingefaltete Teil völlig eben bleibt und auch nachgespannt werden kann. Während des Ausfalt­ vorganges erfüllen die Leinensysteme keine Funktion. Die Laken­ durchführungen ermöglichen hingegen ungehinderte, d. h. form- und kraftschlußfreie Bewegungen zwischen Leinensystemen und Laken.

In Fig. 5 ist ein Lakenteil 1 dargestellt, das in seiner Falt­ kante 3 bzw. 4 vier Ausnehmungen 18 aufweist. Die Ausnehmungen 18 werden durch in den Faltkanten 3 und 4 angeordnete Stifte 19 begrenzt, die zusammen mit aus Fig. 6 ersichtlichen Zahnrädern 20 und 21 die eingangs erwähnten Haltevorrichtungen bilden. Hier­ zu kommen die Zahnlücken der Zahnräder, die Teile von Zahnrad­ systemen darstellen, bei vorgegebenen Stellungen der Lakenteile 1 und 2 mit den Stiften 19 in Eingriff. Die Zahnräder 20 des ersten eine Auffaltung der Faltenpaare 5 verhindernden Zahnradsystems werden bei einem Einfaltvorgang in einer ein Entfalten der zu­ sammengefalteten Faltenpaare 5 verhindernden Richtung angetrieben. Bei einem Ausfaltvorgang durch Aufbringung eines gegensinnigen Drehmomentes in entgegengesetzter Richtung werden die Zahnräder derart gedreht, daß eine Entfaltung der einzelnen Faltenpaare 5 nacheinander erfolgt. Die Zahnräder 21 des zweiten ein Auffächern der zusammengefalteten Faltenpaare 5 verhindernden Zahnradsystems werden bei einem Einfaltvorgang in einer ein Auffächern der zu­ sammengefalteten Faltenpaare verhindernden Richtung angetrieben. Bei einem Ausfaltvorgang werden die Zahnräder 21 durch ein vorge­ gebenes Drehmoment in entgegengesetzter Richtung derart gedreht, daß die Freigabe der Faltenpaare 5 gewährleistet ist.

Neben der Anordnung der Zahnräder 20 und 21, die mit den Stiften 19 und den Ausnehmungen 18 in den Faltkanten 4 bzw. 3 zusammen­ wirken, zeigt die Gesamtseitenansicht gemäß Fig. 6 einen im Lakenbehälter 6 abgelegten Stapel 22 von zusammengefalteten Falten­ paaren. Ein derartiger Stapel ist auch in Fig. 4 mit 22 be­ zeichnet. Für die anderen aus Fig. 6 ersichtlichen Bauelemente sind dieselben Bezugszeichen wie in den Fig. 1 bis 5 verwendet worden.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Ein- oder Ausfalten eines faltbaren Solarzellengenera­ tor-Lakens mit mindestens zwei über eine Faltkante miteinander verbundenen, jeweils ein Faltenpaar bildenden Lakenteilen, die im zusammengefalteten Zustand des Lakens vorzugsweise in einem Lakenbehälter gefaltet angeordnet sind, wobei das oberste Lakenteil über eine Endplatte mit dem beweglichen Teil eines primären Einfalt- und Ausfaltssystems und das unterste Lakenteil mit einem Lakenbehälter oder dergleichen mechanisch verbunden sind und wobei ein Ein- oder Ausfalten des Solarzellengenerator-Lakens durch eine Relativbewegung zwischen dem beweglichen Teil des primären Einfalt- und Ausfaltsystems und dem Behälter oder dergleichen erfolgt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein mindestens zwei Leinen (11, 12) aufweisendes Leinensystem vorgesehen ist, daß jeweils ein Ende der Leinen (11, 12) mit der Endplatte (7) des obersten Lakenteiles (2) in mechanisch fester Verbindung steht, während die anderen Enden der Leinen (11, 12) auf unterhalb des untersten Lakenteiles (11, 12) angeordneten Federtrommeln (13, 14) aufwickelbar sind, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die bei einem Einfaltvorgang zwischen den Leinen (11, 12) und den einzelnen Faltenpaaren (5) einen Formschluß derart herstellt, daß einzeln nacheinander jeweils das unterste Faltenpaar (5) gefaltet wird, während die Faltenpaare (5) oberhalb des einem Faltvor­ gang unterworfenen Faltenpaares (5) auseinander gefaltet bleiben, und daß eine Haltevorrichtung vorhanden ist, die während eines und nach einem Ein­ faltvorgang ein Auffalten der zusammengefalteten Faltenpaare verhindert und bei einem Ausfaltvorgang dazu beiträgt, daß das jeweils oben liegende Falten­ paar (5) auseinandergefaltet wird, während die Faltenpaare (5) unterhalb des einem Entfaltvorgang unterworfenen Faltenpaares (5) im zusammengefalteten Zustand gehalten werden, so daß alle Faltenpaare einzeln nacheinander aus­ einandergefaltet werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lakenteile (1, 2) jedes Faltenpaares (5) in unmittelbarer Nähe der Faltenkante von zwei benachbarten Faltenpaaren (5) für jede Leine (11, 12) Durchgangsöffnungen (15, 16) aufweisen, und daß die Leinen (11, 12) die Durchgangsöffnungen (15, 16) derart durch­ setzen, daß die Leinen (11, 12) zum größten Teil auf den Rück­ seiten der Lakenteile (1, 2) und im Bereich der Faltkanten (4) zweier benachbarter Faltenpaare (5) auf den Vorderseiten der Lakenteile (1, 2) verlaufen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines Formschlusses zwischen den Leinen (11, 12) und den einzelnen Faltenpaaren (5) die Durchgangsöffnungen (15) jedes Lakenteiles (2), durch die die Leinen (11, 12) jeweils von der Vorderseite zur Rückseite der Lakenteile (2) geführt sind, schlüssellochförmig ausgebildet sind, daß die Langlöcher dieser Öffnungen (15) von der zugehörigen Faltkante (4) wegweisen, und daß die Kreislöcher dieser Öffnungen (15) derart bemessen sind, daß der Durchtritt von an den Leinen (11, 12) mechanisch befes­ tigten Kugeln (17) ermöglicht wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsöffnungen (16) jedes Lakenteiles (1), durch die die Leinen (11, 12) jeweils von der Rückseite zur Vorder­ seite der Lakenteile (1) geführt sind, Langlochform aufweisen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Leine (11, 12) eine der Anzahl der Faltenpaare (5) entsprechende Anzahl von Kugeln (17) aufweist, und daß die Kugeln (17) jeder Leine (11, 12) in gestaffelter Form derart angeordnet sind, daß im ausgefalteten Zustand des Solarzellengenerator-Lakens die Kugeln (17) um einen vorgegebenen gestaffelten Abstand nach oben versetzt vor den zugeordneten schlüssellochförmigen Öffnungen (15) liegen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung mindestens zwei Zahnradsysteme an jeder Längs­ seite aufweist, deren Zahnräder (20, 21) mit ihren Zähnen bei vorgegebenen Stellungen der Lakenteile (1, 2) mit in den Falt­ kanten (3, 4) angeordneten, von Ausnehmungen (18) umgebenen Stiften (19) in Eingriff kommen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste ein Auffalten der Faltenpaare (5) verhindernde Zahnrad­ system Zahnräder (20) aufweist, die bei einem Einfaltvorgang in einer, ein Entfalten der zusammengefalteten Faltenpaare (5) verhindernden Richtung angetrieben werden und bei einem Aus­ faltvorgang durch Aufbringung eines gegensinnigen Drehmomentes in entgegengesetzter Richtung derart gedreht werden, daß eine Entfaltung der einzelnen Faltenpaare (5) nacheinander erfolgt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite ein Auffächern der zusammengefalteten Faltenpaare (5) verhindernde Zahnradsystem Zahnräder (21) aufweist, die bei einem Einfaltvorgang in einer ein Auffächern der zusammenge­ falteten Faltenpaare (5) verhindernden Richtung angetrieben werden und bei einem Ausfaltvorgang durch ein vorgegebenes Dreh­ moment in entgegengesetzter Richtung derart gedreht werden, daß die Freigabe der Faltenpaare (5) gewährleistet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Leinen (11, 12) der Leinensysteme mit einem Vor­ lauf an der Endplatte (2) derart befestigt sind, daß beim Aus­ lösen des Vorlaufes die jeweilis erste Kugel (17) zum Formschluß mit dem untersten Faltenpaar (5) gelangt.