Hintergrund der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine neue Anordnung einer faltbaren oder
entfaltbaren bzw. zu öffnenden Trägereinheit zur kombinierten
Verwendung mit mehreren oder eine Mehrzahl weiterer gleicher
Einheiten zur Konstruktion von gewünschten Rahmenwerken.Typische
Anwendungen der Trägereinheiten dieser Erfindung sind mittlere
bis große Bauwerke im Weltraum wie riesige Antennen,
Solarkraftanlagen, Weltraumkolonien, Weltraumanlagen und
Weltraumstationen. Die möglichen Anwendungen der Trägereinheiten sind jedoch
nicht auf um die Erde kreisende Bauwerke begrenzt, da die
Trägereinheiten selbstverständlich auch für die Konstruktion von
beispielsweise vorübergehenden oder Notbauwerken auf der Erde
geeignet sind.
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Alle Baumaterialien für die Konstruktion von um die Erde um
laufenden Bauwerken im Weltraum müssen selbstverständlich von
der Erde als Nutzlast von abgeschossenen Trägern wie
Spaceshuttles transportiert werden. Jedes Raumfahrzeug hat sehr enge
Begrenzungen hinsichtlich des Volumens und Gewichtes seiner
Nutzlast. Damit müssen die Baumaterialien für Raumzwecke so
kompakt in der Größe und so leicht wie möglich sein. Viele
Weltraumspezialisten stimmen darin überein, daß Träger bzw.
Binder die meist versprechenden Baumaterialien für Rahmenwerke
mittlerer und großer Abmessung von Raumkonstruktionen sind.
Träger haben im Vergleich zu ihrer Größe ein geringes Gewicht,
sind jedoch zu sperrig, um in den Weltraum geschossen zu werden,
wenn sie nicht faltbar sind.
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Aufgrund der vorstehenden Überlegungen sind entfaltbare bzw. zu
öffnende Trägerkonstruktionen nach gegenwärtiger Meinung am
besten für Raumkonstruktionen geeignet. In eine kompakte Form
zum Abschuß gefaltet bzw. zusammengelegt, können die
entfaltbaren Trägerkonstruktionen in die gewünschte Form im Weltraum
entfaltet werden.
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Ein allgemein bekanntes Beispiel eines in einer Richtung
entfaltbaren Trägers ist der "einfach faltende Mast", der offenbart
ist in "Development of Deployable Structures for Large Space
Platform Systems", NASA CR-17093. Solche in einer Richtung
entfaltbaren Träger finden sehr große Anwendungen auf
Längsträger von Raumstationen, Masten von großen Antennen usw. Wie
viele andere entfaltbare Strukturen dieser Klasse ist der
"einfach faltende Mast" dadurch faltbar, daß einige seiner
Bestandteile an den Knoten bzw. Gelenken ihrer Mittelpunkte gebogen und
andere Teile zusammengeschoben werden.
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Eine solche herkömmliche Konstruktion ist nicht
zufriedenstellend, da ihre Bestandteile an ihren Mittelabschnitten keine
ausreichende mechanische Festigkeit haben, was sehr eng mit dem
Euler-Knicken verbunden ist, was zu einer unzureichenden
Festigkeit der gesamten Konstruktion führt. Es könnte vorgeschlagen
werden, sehr stabile, feste Mechanismen zur Verriegelung der
Knotenpunkte bzw. Gelenke zu verwenden, wenn die Konstruktion
entfaltet ist, um die Festigkeit der entfalteten Konstruktion zu
verbessern. Solche Verriegelungsmechanismen würden jedoch das
Gewicht der Konstruktion erheblich erhöhen.
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Es ist wünschenswert, daß jede entfaltbare Trägerkonstruktion
automatisch oder wenigstens halbautomatisch im Weltraum
entfaltet wird. Dieses Ziel erfordert höchste Zuverlässigkeit der
verschiedenen Arbeitsteile und Mechanismen der Konstruktion. Die
Gelenkverriegelungen sollten nicht nur im Betrieb zuverlässig
sein, sondern auch so gering wie möglich in der Anzahl. Der
"einfach faltende Mast" erfordert üblicherweise acht
Verriegelungen pro Einheit. Diese Zahl ist nicht so klein wie erwünscht.
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Die EP-A-210776 (europäische Patentanmeldung Nr. 86305372.4)
derselben Anmelder betrifft eine faltbare Trägereinheit, die mit
anderen ähnlichen Einheiten zur Konstruktion von mittleren oder
großen Bauwerken im Weltraum kombiniert werden kann, sowie für
vorübergehende oder Notbauwerke auf der Erde. Die Trägereinheit
ist ein kubischer Rahmen aus hauptsächlich 12 Stabbauteilen, die
senkrecht zueinander an ihren Enden über Gelenke verbunden
werden. Jede Trägereinheit kann in eine ebene Form gefaltet
werden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine faltbare Trägereinheit,
die zu demselben Zweck wie diejenige der EP-A-0210776 verwendet
werden kann. Die Trägereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung
ist eine parallele Lösung zu der Trägereinheit gemäß der EP-A-
0210776 und ist in ihrer wesentlichen Form eine Kombination
eines Paares kubischer Rahmen, die die Form eines rechteckigen
Parallelpipedons annehmen. Trotz der großen Abmessung der
Konstruktion mit einer größeren Anzahl von Stabbauteilen, die
gelenkig zusammengefügt sind, als bei der Trägereinheit der EP-
A-0210776, kann die erfindungsgemäße Trägereinheit mit derselben
Leichtigkeit und Zuverlässigkeit wie derjenigen der EP-A-0210776
gefaltet und entfaltet werden.
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Das Dokument EP-A-0210776 fällt in den Bereich des Artikels
54(3) EPÜ bezüglich der vorliegenden Erfindung.
Zusammenfassung der Erfindung
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Die Erfindung gibt eine verbesserte Trägereinheitkonstruktion
an, die kein Biegen und keine Verlängerung oder Verkürzung der
Trägerbauteile zu ihrem Falten oder Entfalten erfordert und die
ein absolutes Minimum an beweglichen Teilen enthält, wodurch es
möglich wird, daß die Konstruktion der Rahmenwerke eine größere
Starrheit und Festigkeit als bisher erhält. Die Erfindung sieht
eine faltbare Trägereinheit in Kombination mit anderen gleichen
Einheiten zur Konstruktion eines gewünschten Rahmenwerks vor.
Allgemein von kastenähnlicher Form im entfalteten Zustand, hat
die Trägereinheit eine erste und eine zweite Endträgeranordnung
an ihren entgegengesetzten Enden. Die erste Endträgeranordnung
hat vier Endträgerteile, die Ende-an-Ende in einer rechteckigen
Anordnung verbunden sind, um erste, zweite, dritte und vierte
Knotenpunkte zu bilden, und ein diagonales Endträgerteil
erstreckt sich zwischen zwei diagonal gegenüberliegenden
Knotenpunkten der ersten bis vierten Knotenpunkte. Die zweite
Endträgeranordnung enthält auf gleiche Weise vier Endträgerteile,
die mit ihren Enden in einer viereckigen bzw. rechteckigen
Anordnung verbunden sind, um fünfte, sechste, siebte und achte
Knotenpunkte zu bilden, die jeweils den ersten, zweiten, dritten
und vierten Knotenpunkten der ersten Endträgeranordnung
gegenüberliegen, wobei sich ein diagonales Endträgerteil zwischen
zwei diagonal gegenüberliegenden Knotenpunkten der ersten bis
achten Knotenpunkte erstreckt. Zwischen der ersten und der
zweiten Endträgeranordnung ist eine Zwischenträgeranordnung
angeordnet, die vier Zwischenträgerteile aufweist, die mit ihren
Enden in rechteckiger Anordnung verbunden sind, um neunte,
zehnte, elfte und zwölfte Knotenpunkte zu bilden, die jeweils
zwischen dem ersten und dem fünften, dem zweiten und dem
sechsten, dem dritten und dem siebten sowie dem vierten und dem
achten Knotenpunkt der ersten und der zweiten Endträgeranordnung
liegen. Zur gebrauchsfähigen Verbindung der ersten und der
zweiten Endträgeranordnung mit der Zwischenträgeranordnung sind
erste bis achte Verbindungsträgerteile jeweils mit beiden Enden
an dem ersten und dem neuten, dem zweiten und dem zehnten, dem
dritten und dem elften, dem vierten und dem zwölften, dem
fünften und dem neunten, dem sechsten und dem zehnten, dem siebten
und dem elften und dem achten und dem zwölften Knotenpunkt
gelenkig angeschlossen. Die erste Endträgeranordnung und die
Zwischenträgeranordnung sind außerdem durch ein erstes
Verbindungsdiagonalträgerteil miteinander verbunden, welches gelenkig
an beiden Enden mit dem dritten und dem zehnten Knotenpunkt
verbunden ist, sowie durch ein zweites
Verbindungsdiagonalträgerteil, das an beiden Enden mit dem vierten und dem neunten
Knotenpunkt gelenkig verbunden ist. Auf gleiche Weise sind die
zweite Endträgeranordnung und die Zwischenträgeranordnung
außerdem durch ein drittes Verbindungsdiagonalträgerteil miteinander
verbunden, welches an beiden Enden mit dem siebten und zehnten
Knotenpunkt gelenkig verbunden ist, sowie durch ein viertes
Verbindungsdiagonalteil, das an beiden Enden gelenkig an den
achten und den neunten Knotenpunkt angeschlossen ist. Eines der
vier Zwischenträgerteile, das sich zwischen dem neunten und dem
zehnten Knotenpunkt erstreckt, trägt eine daran befestigte
bewegbare Gelenkanordnung, die in ihrer Längsrichtung bewegbar
ist. Diese erste bewegbare Gelenkanordnung ist drehbar mit einem
Ende des fünften und des sechsten Verbindungsdiagonalträgerteils
gekoppelt, deren andere Enden jeweils gelenkig mit dem zweiten
Knotenpunkt der ersten Endträgeranordnung und mit dem sechsten
Knotenpunkt der zweiten Endträgeranordnung verbunden sind. Eine
zweite bewegbare Gelenkanordnung ist verlagerbar an einem
anderen Zwischenträgerteil befestigt, welches sich zwischen dem
elften und dem zwölften Knotenpunkt erstreckt. Ein siebtes
Verbindungsdiagonalträgerteil ist mit beiden Enden gelenkig an
der zweiten bewegbaren Gelenkanordnung und dem vierten
Knotenpunkt der ersten Endträgeranordnung angeschlossen, während ein
achtes Verbindungsdiagonalträgerteil mit beiden Enden gelenkig
mit der zweiten bewegbaren Gelenkanordnung und dem achten
Knotenpunkt der zweiten Endträgeranordnung verbunden ist. Ferner
eingeschlosen ist eine Strebeneinrichtung, die an der
Zwischenträgeranordnung befestigt ist, um diese in der erforderlichen
rechteckigen Form zu halten, wenn die Trägereinheit entfaltet
wird.
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Im entfalteten Zustand nimmt die Trägereinheit der obigen
verbesserten Anordnung üblicherweise eine Kastenform an, wobei die
erste und die zweite bewegbare Gelenkanordnung gegen den neunten
und den elften Knotenpunkt der Zwischenträgereinheit gehalten
sind. Die Trägereinheit ist vollständig in eine flache, kompakte
Form zusammenlegbar, indem die erste bewegbare Gelenkanordnung
von dem neunten zu dem zehnten Knotenpunkt der
Zwischenträgeranordnung beispielsweise durch eine Draht- und Rollenanordnung
bewegt wird, die durch einen Umkehrmotor angetrieben ist, wie
hierbei offenbart ist. Während des Faltens bewegen sich die zwei
Endträgeranordnungen in Richtung der Zwischenträgeranordnung,
wobei die rechteckige Form der Endträgeranordnungen unverändert
beibehalten wird, während die Zwischenträgeranordnung in eine
schlanke Form gefaltet wird. Die anderen angelenkten Trägerteile
werden auch zueinander verschwenkt, bis schließlich die gesamte
Trägereinheit flach wird. Die zweite bewegbare Gelenkanordnung
wandert zuerst von dem elften zu dem zwölften Knotenpunkt und
dann zurück zu dem elften Knotenpunkt. Das Entfalten der
Trägereinheit ist durch Umkehr der vorstehenden Vorgänge möglich.
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In einer bevorzugten Modifkation der Trägereinheit hat die
Strebeneinrichtung die Form von zwei langgestreckten, flexiblen
Elementen in Form von Drähten oder Seilen, die kreuzweise
zueinander und in Diagonalrichtung der Zwischenträgeranordnung
angeordnet sind. Die flexiblen Elemente werden gespannt
gehalten, wenn die Trägereinheit entfaltet ist, und sind entspannt,
wenn die Einheit gefaltet wird. Daher werden bei dieser
Modifikation sämtliche starren Bauteile der Trägeranordnung weder
gebogen, noch verlängert oder verkürzt, um die Einheit zu falten
oder entfalten, wobei es lediglich erforderlich ist, eine der
Gelenkanordnung entlang eines der Zwischenträgerteile zu
bewegen. Somit können die Trägerteile von einer starren, hochfesten
Konstruktion sein, die es ermöglicht, daß die Konstruktion des
Rahmenwerks auf gleiche Weise starr und hochfest wird.
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Bei der oben angegebenen Form der Trägereinheit wird die zweite
bewegabre Gelenkanordnung nahe dem elften Knotenpunkt gehalten,
wenn die Trägereinheit entfaltet ist, und sie ist mit dem
vierten und achten Knotenpunkt durch Verbindungsdiagonalträgerteile
verbunden. In einer zweiten Form der erfindungsgemäßen
Trägereinheit ist die zweite bewegbare Gelenkanordnung nahe dem
zwölften Knotenpunkt anstelle des elften Knotenpunktes gehalten und
mit dem dritten und siebten Knotenpunkt anstelle des vierten und
achten Knotenpunktes verbunden.
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Es sei hervorgehoben, daß die zwei Gelenkanordnungen die
einzigen bewegbaren Teile der Trägereinheit sind. Wie sich aus der
vorstehenden Zusammenfassung ergibt, besteht die Trägereinheit
dieser Erfindung aus zwei Fachwerkfeldern, eine von der ersten
Endträgeranordnung zu der Zwischenträgeranordnung und eine
weitere von der Zwischenträgeranordnung zu der zweiten
Endträgeranordnung. Es kann daher festgestellt werden, daß die
Trägereinheit nur ein bewegbares Teil pro Fachwerkfeld bzw. Abteilung
hat. Dies vereinfacht die Konstruktion und führt zu einer großen
Zuverlässigkeit beim Gebrauch.
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Die obigen und weiteren Merkmale und Vorteile der Erfindung und
die Art der Realisierung werden noch deutlicher, und die
Erfindung selbst wird am besten verstanden aus dem Studium der
nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Ansprüche mit Bezug
auf die Zeichnungen, die einige bevorzugte Ausführungsformen der
Erfindung zeigen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Figur 1 zeigt perspektivisch eine erste Ausführungsform der
faltbaren Trägereinheit, die entsprechend den neuen Konzepten
dieser Erfindung konstruiert ist, wobei die Trägereinheit
vollständig entfaltet dargestellt ist;
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Figur 2 zeigt perspektivisch die Trägereinheit gemäß Figur 1
halb gefaltet;
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Figur 3 zeigt perspektivisch die Trägereinheit der Figur 1
vollständig gefaltet;
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Figur 4 zeigt eine vergrößerte Ansicht der ersten bewegbaren
Gelenkanordnung der Trägereinheit gemäß Figur 1, dargestellt mit
einem Teil des Antriebsmechanismus für die Gelenkanordnung;
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Figur 5 ist eine zur Klarheit teilweise geschnittene Ansicht
eines Teils des Antriebsmechanismus für die erste bewegbare
Gelenkanordnung;
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Figur 6 ist eine Aufsicht auf die Darstellung gemäß Figur 5;
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Figur 7 ist eine linke Seitenansicht der Darstellung gemäß
Figur 5;
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Figur 8 ist eine fragmentarische Ansicht eines der
Zwischenträgerteile der Trägereinheit gemäß Figur 1 und zeigt insbesondere
eine der in dem Antriebsmechanismus für die erste bewegbare
Gelenkanordnung enthaltenen Rollen;
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Fig. 9 ist eine Darstellung ähnlich Figur 1, zeigt jedoch einige
passende Abmessungen der Trägereinheit zur Erläuterung ihrer
Betätigung;
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Fig. 10 zeigt in einer Darstellung die Änderung des Abstandes
zwischen zwei diagonal gegenüberliegenden Knotenpunkten der
Zwischenträgeranordnung der Trägereinheit gemäß Figur 1 während
des Faltens und des Entfaltens;
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Fig. 11 zeigt in einer Darstellung die Änderung des Abstandes
zwischen der ersten und der zweiten Gelenkanordnung der
Trägereinheit gemäß Figur 1 während des Faltens und des Entfaltens;
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Figur 12 ist eine schematische Darstellung einer alternativen
Ausführungsform der ersten Form der faltbaren Trägereinheit
gemäß dieser Erfindung;
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Figur 13 ist eine schematische Darstellung einer weiteren
möglichen Form, die die faltbare Trägereinheit dieser Erfindung
gemäß ihrer ersten Form annehmen kann;
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Figur 14 zeigt perspektivisch eine zweite Form der faltbaren
Trägereinheit, die entsprechend den neuen Konzepten dieser
Erfindung konstruiert ist, wobei die Trägereinheit vollständig
entfaltet dargestellt ist;
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Figur 15 zeigt perspektivisch die Trägereinheit gemäß Figur 14
halb gefaltet und
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Figur 16 zeigt perspektivisch die Trägereinheit gemäß Figur 14
vollständig gefaltet.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Erste Form
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Diese Erfindung wird nachfolgend in Einzelheiten in Begriffen
der ersten Form der Trägereinheit beschrieben, die vollständig
entfaltet in Figur 1, halb gefaltet in Figur 2 und vollständig
gefaltet in Figur 3 dargestellt ist. Die folgende Beschreibung
der Konstruktion wird am besten mit Bezug auf Figur 1
verstanden.
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Die erste Form der Trägereinheit hat eine erste
Endträgeranordnugn T1, die in Figur 1 nach links gerichtet ist. Die erste
Endträgeranordnugn T1 enthält vier Endträgerteile 1a, 2a, 3a und
4a, die Ende-an-Ende in rechtwinkliger oder rechteckiger
Anordnung verbunden sind, um erste, zweite, dritte und vierte
Knotenpunkte bzw. Verbindungspunkte 5a, 6a, 7a und 8a zu bilden. Die
erste Endträgeranordnung T1 enthält ferner ein
Diagonalendträgerteil 9a, dessen gegenüberliegende Enden mit dem zweiten
Knotenpunkt 6a und dem vierten Knotenpunkt 8a gekoppelt sind.
Das Diagonalendträgerteil 9a dient dazu, die erste
Endträgeranordnung T1 zu verstreben und ihre Deformation bzw. ihr
Zusammenfallen zu verhindern.
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An dem anderen Ende der Trägereinheit, die in Figur 1 nach
rechts gerichtet ist, befindet sich eine zweite
Endträgeranordnung T2 von gleicher Gestalt. Die zweite Endträgeranordnung T2
enthält vier Endträgerteile 1b, 2b, 3b und 4b, die mit ihren
Enden in einer rechtwinkligen oder rechteckigen Anordnung
miteinander verbunden sind, um einen fünften, sechsten, siebten und
achten Knotenpunkt 5b, 6b, 7b und 8b zu bilden. Der sechste
Knotenpunkt 6b und der achte Knotenpunkt 8b sind durch ein
Diagonalendträgerteil 9b verbunden, welches die rechtwinklige
Anordnung der vier Endträgerteile 1b, 2b, 3b und 4b verstrebt.
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Die zwei Endträgeranordnungen T1 und T2 sind in parallel
beabstandeter Relation zueinander angeordnet. Außerdem liegen der
erste, zweite, dritte und vierte Knotenpunkt 5a, 6a, 7a und 8a
der ersten Endträgeranordnung T1 jeweils dem fünften, sechsten,
siebten und achten Knotenpunkt 5b, 6b, 7b und 8b der zweiten
Endträgeranordnung T2 gegenüber.
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Zwischen den gegenüberliegenden Endträgeranordnungen T1 und T2
ist eine Zwischenträgeranordnung L derselben Form und Größe wie
beide Endträgeranordnungen und in parallel von diesen
beabstandeter Relation angeordnet.
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Die Zwischenträgeranordnung L enthält vier Zwischenträgerteile
14, 15, 16 und 17, die mit ihren Enden gelenkig miteinander
verbunden sind, um einen neunten, zehnten, elften und zwölften
Knotenpunkt 10, 11, 12 und 13 zu bilden. Dieser neunte, zehnte,
elfte und zwölfte Knotenpunkt 10, 11, 12, 13 liegt zwischen und
in Ausrichtung mit dem ersten und dem fünften Knotenpunkt 5a und
5b, dem zweiten und dem sechsten Knotenpunkt 6a und 6b, dem
dritten und dem siebten Knotenpunkt 7a und 7b und dem vierten
und dem achten Knotenpunkt 8a und 8b der ersten und der zweiten
Endträgeranordnung T1 und T2.
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Diese besondere Ausführungsform verwendet zwei langgestreckte,
flexible Elemente 20 und 21 wie Drähte, Kabel, Seile, Kordel
etc. um die Zwischenträgeranordnung L zu verstreben, wenn die
Trägereinheit gemäß Figur 1 entfaltet ist. Das eine flexible
Element 21 ist mit seinen gegenüberliegenden Enden an dem
zehnten und dem zwölften Knotenpunkt 11 und 13 befestigt, während
das andere flexible Element 20 mit seinen gegenüberliegenden
Enden an zwei bewegbaren Gelenkanordnungen 30 und 31 befestigt
ist, auf die nun Bezug genommen wird. Die Flexibilität dieser
Verstrebungs- bzw. Aussteifungselemente 20 und 21 soll das
Falten der Trägereinheit ermöglichen, wie sich aus der
nachfolgenden Beschreibung der Betätigung ergibt.
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Die oben erwähnten ersten und zweiten Endträgeranordnungen T1
und T2 und die Zwischenträgeranordnung L sind durch
Verbindungsträgerteile miteinander verbunden, die nachfolgend
aufgelistet sind:
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1. Ein erstes Verbindungsträgerteil 23a, das gelenkig an beiden
Enden mit dem ersten Knotenpunkt 5a, der ersten
Endträgeranordnung T1 und dem neunten Knotenpunkt 10 der
Zwischenträgeranordnung L verbunden ist.
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2. Ein zweites Verbindungsträgerteil 24a ist an beiden Enden mit
dem zweiten Knotenpunkt 6a der ersten Endträgeranordnung T1 und
mit dem zehnten Knotenpunkt 11 der Zwischenträgeranordnung L
gelenkig verbunden.
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3. Ein drittes Verbindungsträgerteil 25a ist an beiden Enden
gelenkig mit dem dritten Knotenpunkt 7a der ersten
Endträgeranordnung T1 und mit dem elften Knotenpunkt 12 der
Zwischenträgeranordnung L verbunden.
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4. Ein viertes Verbindungsträgerteil 26a ist gelenkig an beiden
Enden mit dem vierten Knotenpunkt 8a der ersten
Endträgeranordnung T1 und mit dem zwölften Knotenpunkt 13 der
Zwischenträgeranordnung L verbunden.
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5. Ein fünftes Verbindungsträgerteil 23b ist gelenkig an beiden
Enden mit dem fünften Knotenpunkt 5b der zweiten
Endträgeranordnung T2 und mit dem neunten Knotenpunkt 10 der
Zwischenträgeranordnung L verbunden.
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6. Ein sechstes Verbindungsträgerteil 24b ist gelenkig an beiden
Enden mit dem sechsten Knotenpunkt 6b der zweiten
Endträgeranordnung T2 und mit dem zehnten Knotenpunkt 11 der
Zwischenträgeranordnung L verbunden.
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7. Ein siebtes Verbindungsträgerteil 25b ist gelenkig an beiden
Enden mit dem siebten Knotenpunkt 7b der zweiten
Endträgeranordnung T2 und mit dem elften Knotenpunkt 12 der
Zwischenträgeranordnung L verbunden.
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8. Ein achtes Verbindungsträgerelement 26b ist gelenkig an
beiden Enden mit dem achten Knotenpunkt 8b der zweiten
Endträgeranordnung T2 und mit dem zölwften Knotenpunkt 13 der
Zwischenträgeranordnung L verbunden.
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Außerdem sind die erste und die zweite Endträgeranordnung T1 und
T2 und die Zwischenträgeranordnung L durch die nachfolgenden
vier Verbindungsdiagonalträgerteile miteinander verbunden:
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1. Ein erstes Verbindungsdiagonalträgerteil 28a ist an beiden
Enden gelenkig mit dem dritten Knotenpunkt 7a der ersten
Endträgeranordnung T1 und mit dem zehnten Knotenpunkt 11 der
Zwischenträgeranordnung L verbunden.
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2. Ein zweites Verbindungsdiagonalträgerteil 29a ist an beiden
Enden gelenkig mit dem vierten Knotenpunkt 8a der ersten
Endträgeranordnung T1 und mit dem neunten Knotenpunkt 10 der
Zwischenträgeranordnung L verbunden.
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3. Ein drittes Verbindungsdiagonalträgerteil 28b ist an beiden
Enden gelenkig mit dem siebten Knotenpunkt 7b der zweiten
Endträgeranordnung T2 und mit dem zehnten Knotenpunkt 11 der
Zwischenträgeranordnung L verbunden.
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4. Ein viertes Verbindungsdiagonalträgerteil 29b ist an beiden
Enden gelenkig mit dem neunten Knotenpunkt 8b der zweiten
Endträgeranordnung T2 und mit dem neunten Knotenpunkt 10 der
Zwischenträgeranordnung L verbunden.
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Die oben erwähnten zwei bewegbaren Gelenkanordnungen 30 und 31
werden nachfolgend in näheren Einzelheiten beschrieben. Die
erste bewegbare Gelenkanordnung 30 ist verschieblich auf dem
Zwischenträgerteil 14 zur Verlagerung in ihrer Längsrichtung
befestigt. Wenn die Trägereinheit gemäß Figur 1 entfaltet ist,
liegt die erste bewegbare Gelenkanordnung 30 nahe oder gegen den
neunten Knotenpunkt 10 der Zwischenträgeranordnung L. Die zweite
bewegbare Gelenkanordnung 31 ist auf ähnliche Weise
verschieblich auf dem Zwischenträgerteil 16 gegenüber dem
Zwischenträgerteil 14 zur Verlagerung in ihrer Längsrichtung befestigt. Die
zweite bewegbare Gelenkanordnung 31 liegt nahe oder gegen den
elften Knotenpunkt 12 der Zwischenträgeranordnung L, wenn die
Trägereinheit gemäß Figur 1 entfaltet ist.
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Diese bewegbaren Gelenkanordnungen 30 und 31 sind mit den
Endträgeranordnungen T1 und T2 durch die folgenden zwei Paare von
zusätzlichen Verbindungsdiagonalträgerteilen gekoppelt:
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1. Ein fünftes Verbindungsdiagonalträgerteil 32a ist an beiden
Enden gelenkig mit der ersten bewegbaren Gelenkanordnung 30 und
mit dem zweiten Knotenpunkt 6a der ersten Endträgeranordnung T1
verbunden.
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2. Ein sechstes Verbindungsdiagonalträgerteil 32b ist an beiden
Enden mit der ersten bewegbaren Gelenkanordnung 30 und mit dem
sechsten Knotenpunkt 6b der zweiten Endträgeranordnung T2
verbunden.
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3. Ein siebtes Verbindungsdiagonalträgerteil 34a ist an beiden
Enden gelenkig mit der zweiten bewegbaren Gelenkanordnung 31 und
mit dem vierten Knotenpunkt 8a der ersten Endträgeranordnung T1
verbunden.
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4. Ein achtes Verbindungsdiagonalträgerteil 34b ist an beiden
Enden gelenkig mit der zweiten bewegbaren Gelenkanordnung 31 und
mit dem achten Knotenpunkt 8b der zweiten Endträgeranordnung T2
verbunden.
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Mit der vorstehenden Konstruktion hat die dargestellte
Trägereinheit dieser Erfindung allgemein eine kastenähnliche Form,
wenn sie gemäß Figur 1 entfaltet ist. Wie noch gezeigt wird, hat
die Trägereinheit eine bilateral symmetrische Konstruktion
bezüglich der Ebene, die die Zwischenträgeranordnung L enthält.
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Figur 4 zeigt eine bevorzugte Form der ersten bewegbaren
Gelenkanordnung 30 an dem Zwischenträgerteil 14. Die erste bewegbare
Gelenkanordnung 30 hat einen ringförmigen Körper 35, der
verschieblich auf dem Zwischenträgerteil 14 sitzt. Der ringförmige
Körper 35 hat zwei Paare von Ansätzen 37a und 37b, die an
diametral gegenüberliegenden Stellen angeformt sind und radial nach
außen vorstehen. Die erwähnten fünften und sechsten
Verbindungsdiagonalträgerteile 32a und 32b sind bei 36a und 36b über Stifte
mit diesen Ansatzpaaren 37a und 37b verbunden.
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Zum hin- und hergehenden Antrieb der ersten bewegbaren
Gelenkanordnung 30 entlang des Zwischenträgerteils 14 ist eine Draht
- und Rolleanordnung vorgesehen, die ebenfalls in Figur 4
dargestellt ist. Die Draht- und Rolle-Anordnung enthält zwei Drähte
39, von denen jeweils ein Ende bei 38 an einem axialen Ende des
ringförmigen Körpers 35 der ersten bewegbaren Gelenkanordnung 30
verankert ist. Das andere Ende jedes Drahtes 39 ist bei 40 an
dem anderen axialen Ende des ringförmigen Körpers 35 verankert.
Jeder Draht 39 verläuft über zwei Rollen 47 und 51 oder 48 und
52 an den gegenüberliegenden Enden des Zwischenträgerteils 14.
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Wie in Figur 5 dargestellt ist, ist an einem Ende des
Zwischenträgerteils 14 eine Mehrfachgelenkeinheit 41 fest angebracht,
die den neunten Knotenpunkt 10 der Zwischenträgeranordnung L
bildet. Die Mehrfachgelenkeinheit 41 enthält Paare von Ansätzen
mit Löchern 42 zur Aufnahme von Gelenkstiften (nicht
dargestellt), durch die das Zwischenträgerteil 17, die
Verbindungsträgerteile 23a und 23b und die Verbindungsdiagonalträgerteile
29a und 29b gemäß Figur 1 mit der Mehrfachgelenkeinheit 41
gekoppelt sind.
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Mit weiterem Bezug auf die Figuren 6 und 7 sind auf der
Mehrgelenkeinheit 41 zwei Wellen 43 und 44 drehbare befestigt, die
sich parallel zueinander quer zu dem Zwischenträgerteil 14
erstrecken. Die Wellen 43 und 44 tragen nichtdrehbar ein Paar
kämmender Stirnräder 45 und 46, eines an einem Ende von ihnen.
Das andere Ende der Welle 43 ist mit einem Umkehrantriebsmotor
M über ein Kegelgetriebe 50 gekoppelt. Nichtdrehbar befestigt an
Zwischenstellen der Wellen 43 und 44 sind Rollen 47 und 48, die
mit Bezug auf Figur 4 beschrieben sind. Bei Drehung des
Antriebsmotors M in beiden Richtungen drehen demnach die Rollen 47
und 48 in entgegengesetzten Richtungen zueinander.
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Figur 8 zeigt, daß die anderen zwei Rollen 51 und 52 drehbar auf
dem anderen Ende des Zwischenträgerteils 14 befestigt sind.
Obwohl diese Figur nur die Rolle 51 zeigt, versteht es sich, daß
die andere Rolle 52 auf gleiche Weise befestigt ist.
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Es wird wieder auf Figur 4 Bezug genommen, wonach sich Drähte 39
von den Ankern 40 an der ersten bewegbaren Gelenkanordnung 30
nach unten zu den Rollen 51 und 52 und dann nach oben durch das
Innere des Zwischenträgerteils 14 erstrecken, welches eine
Rohrform hat, wie in den Figuren 5, 7 und 8 gezeigt ist,
woraufhin sie über die Rollen 47 und 48 führen und dann an den
Ankern 38 an der ersten bewegbaren Gelenkanordnung 30 befestigt
sind. Somit ist gezeigt, daß die Zweirichtungsdrehung des
Antriebsmotors M zu der Gleitbewegung der ersten bewegbaren
Gelenkanordnung 30 auf und ab entlang des Zwischenträgerteils 14
führt.
Betriebsweise
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Wie vorher erwähnt, ist die erste bewegbar Gelenkanordnung 30
gegen den neunten Knotenpunkt 10 gehalten, und die zweite
bewegbare Gelenkanordnung 31 ist gegen den elften Knotenpunkt 12
gehalten, wenn die Trägereinheit wie in Figur 1 dargestellt,
entfaltet ist. Zum Falten dieser Trägereinheit wird der
Antriebsmotor M in der Richtung in Rotation versetzt, daß die
erste bewegbare Gelenkanordnung 30 von dem neunten Knotenpunkt
10 in Richtung des zehnten Knotenpunkts 11 bewegt wird. Dabei
beginnt die Trägereinheit zusammen zu fallen, wie in Figur 2
dargestellt ist. Eine Betrachtung dieser Figur zeigt, daß
während das Zusammenfallens die zwei gegenüberliegenden
Endträgeranordnungen T1 und T2 sich dicht aufeinander zu bewegen, in
ihrer parallelen Beziehung und bei unveränderter rechtwinkliger
Form jeder Anordnung. Die Zwischenträgeranordnung L jedoch
ändert ihre Form und wird vertikal langgestreckt, wie in Figur
2 zu sehen ist. Mit dieser Verformung der
Zwischenträgeranordnung L schwenken die Verbindungsträgerteile 25a, 25b, 26a und
26b um die Knotenpunkte 12 und 13 in horizontalen Ebenen,
während die anderen Verbindungsträgerteile 23a, 23b, 24a und 24b um
die Knotenpunkte 10 und 11 in einer vertikalen Ebene schwenken
bzw. drehen.
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Figur 3 zeigt die Trägereinheit vollständig gefaltet und flach.
Die Endträgeranordnungen T1 und T2 behalten ihre rechtwinklige
Form, sind jedoch gegeneinander gehalten. Die
Zwischenträgeranordnung L ist gerade gerichtet, wobei ihre Trägerteile 14 und
17 in kollinearer Beziehung zu den anderen zwei
Zwischenträgerteilen 15 und 16 liegen.
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Figur 3 zeigt ferner, daß die zweite bewegbare Gelenkanordnung
31 noch dicht bei dem elften Knotenpunkt 12 liegt, obwohl die
erste bewegbare Gelenkanordnung 30 von dem neunten Knotenpunkt
10 in Richtung des zehnten Knotenpunkts 11 verlagert wurde.
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Während des vorangegangenen Vorgangs des Faltens bewegt sich
jedoch die zweite bewegbare Gelenkanordnung 31 vorübergehend in
Richtung des zwölften Knotenpunkts 13 und dann zurück zu dem
elften Knotenpunkt 12 und kehrt bei vollständigem Falten der
Trägereinheit in die Ausgangsposition zurück.
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Die flexiblen Elemente 20 und 21 werden locker, wie Figur 2
zeigt, wenn die Zwischenträgeranordnung L verformt wird, wie
oben erklärt ist. Es ist daher wichtig, daß der Abstand zwischen
den bewegbaren Gelenkanordnungen 30 und 31, die durch das
flexible Element 20 verbunden sind, und der Abstand zwischen den
Knotenpunkten 11 und 13, die von dem flexiblen Element 21
verbunden sind, kürzer werden, wenn die Trägereinheit gefaltet
wird, als wenn diese vollständig entfaltet ist.
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Wie in Figur 9 angezeigt ist, haben die Endträgerteile 1a, 2a,
3a, 4a, 1b, 2b, 3b und 4b und die Verbindungsträgerteile 23a,
24a, 25a, 26a, 23b, 24b, 25b und 26b alle dieselbe Länge S.
Damit ändert sich der Abstand zwischen den Knotenpunkten 11 und
13 der Zwischenträgeranordnung L linear während des Faltens oder
Entfaltens der Trägereinheit, wie das Diagramm der Figur 10
zeigt. Der Abstand zwischen den zwei bewegbaren
Gelenkanordnungen 30 und 31 ändert sich während des Faltens oder Entfaltens
der Trägereinheit nicht-linear, wie das Diagramm der Figur 11
zeigt. Aus diesen Darstellungen ist zu entnehmen, daß die
Abstände zwischen den Knotenpunkten 11 und 13 und zwischen den
Gelenkanordnungen 30 und 31 beide kürzer sind, wenn die
Trägereinheit gefaltet ist, als wenn diese vollständig entfaltet ist.
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Es ist dann selbstverständlich, daß die Trägereinheit der Figur
1 aus dem gefalteten Zustand der Figur 3 durch die Umkehr der
oben beschriebenen Schritte entfaltet werden kann.
Modifikation
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Eine erste Modifikation der ersten Form der Trägereinheit gemäß
Figur 12 verwendet ein langgestrecktes, starres Strebenteil 54
zum Verstreben bzw. Aussteifen der Zwischenträgeranordnung L
anstelle der zwei flexiblen Elemente der vorstehenden
Ausführungsform. Das starre Strebenteil 54 ist mit seinen
gegenüberliegenden Enden gebrauchsfähig mit den zwei bewegbaren
Gelenkanordnungen 30 und 31 gekoppelt. Obwohl dies in Figur 12 nicht
klar zu ersehen ist, enthält dieses Strebenteil 54 zwei oder
mehr Abschnitte, die teleskopartig ineinander sitzen, so daß das
Strebenteil verlängerbar oder zu verkürzen ist, wie dies während
des Faltens oder Entfaltens der Trägereinheit erforderlich ist.
Außerdem sind nicht dargestellte Mittel vorgesehen, mit denen
das Strebenteil 54 gegen Verkürzung verriegelt ist, wenn die
Trägereinheit entfaltet ist, um die Zwischenträgeranordnung L zu
versteifen. Das Strebenteil kann zum Falten der Trägereinheit
entriegelt werden.
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Diese modifizierte Trägereinheit der Figur 12 ist in den übrigen
Details der Konstruktion mit der Trägereinheit der Figuren 1 bis
9 identisch. Ihre Betriebsweise ist ebenfalls aus betrieblichen
Beschreibung der vorhergehenden Ausführungsform ersichtlich.
Weitere Modifikation
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Wie bereits erwähnt, ist die Trägereinheit der Figuren 1 bis 12
dazu bestimmt, mit einer Mehrzahl von anderen gleichen Einheiten
für die Konstruktion jedes gewünschten Rahmenwerkes kombiniert
zu werden. Als eine mögliche Modifikation der vorhergehenden
Trägereinheiten kann jedoch die Trägereinheit doppelter Größe
der Figur 13 in Betracht gezogen werden, die auch mit gleichen
Einheiten zur Ausbildung eines gewünschten Rahmenwerkes
kombiniert werden kann. Diese Trägereinheit doppelter Größe ist im
wesentlichen eine Kombination von zwei Trägereinheiten der
Figuren 1 oder 12, eine Konstruktion in Spiegelbildrelation
zueinander bezüglich der Ebene, die die Knotenpunkte 5a, 5b, 6a
und 6b enthält, wobei die Trägerteile, die in der Ebene der
Knotenpunkte 5a, 5b, 6a und 6b liegen, beiden Trägern bzw.
Fachwerken gemeinsam sind.
Zweite Form
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Eine zweite Form der Trägereinheit gemäß dieser Erfindung wird
nachfolgend mit Bezug auf die Figuren 14 bis 16 beschrieben.
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Figur 14 ist eine ähnliche Darstellung wie Figur 1. Da die
Basiskonstruktion der Trägereinheit in Figur 14 der Konstruktion
gemäß Figur 1 gleicht, werden nur die Merkmale beschrieben, die
anders sind als bei der Einheit gemäß Figur 1.
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Bei der Trägereinheit der Figur 1 ist die zweite bewegbare
Gelenkanordnung 31 nahe dem elften Knotenpunkt 12 gehalten, wenn
die Trägereinheit wie dargestellt entfaltet ist, während in
dieser zweiten Form der Trägereinheit die zweite bewegbare
Gelenkanordnung 31' nahe dem zwölften Knotenpunkt 13 gehalten
ist, der sich an dem gegenüberliegenden Ende des
Zwischenträgerteils 16 befindet. Die zweite bewegbare Gelenkanordnung 31' ist
verschieblich auf dem Zwischenträgerteil 16 befestigt und mit
den Endträgeranordnungen T1 und T2 mittels eines siebten
Verbindungsdiagonalträgerteils 34a' sowie eines achten
Verbindungsdiagonalträgerteils 34b' gekoppelt. Die Enden dieses siebten und
achten Verbindungsdiagonalträgerteils 34a' und 34b' sind
entfernt von der zweiten bewegbaren Gelenkanordnung 31' gelenkig
mit dem dritten und dem siebten Knotenpunkt 7a und 7b verbunden.
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Ein langgestrecktes, starres Strebenteil 54' ist für die
Zwischenträgeranordnung L vorgesehen. Dieses Strebenteil 54' ist an
beiden Enden gelenkig mit dem zehnten und dem zwölften
Knotenpunkt 11 und 13 der Zwischenträgeranordnung L verbunden.
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Zum Falten dieser Trägereinheit wird ein Antriebsmotor wie der
Antriebsmotor M gemäß Figur 5 betätigt, um die erste oder zweite
bewegbare Gelenkanordnung 30 oder 31' verschieblich in Richtung
des zehnten und elften Knotenpunktes 11 und 12 zu bewegen. Dabei
beginnt die Trägereinheit zu falten, wie in Figur 15 dargstellt
ist. Eine Betrachtung dieser Figur zeigt, daß während des
Faltens sich die zwei gegenüberliegenden Endträgeranordnungen T1
und T2 in ihrer parallelen Lage zueinander aufeinander zu
bewegen, wobei sie ihre rechtwinklige Form beibehalten. Es wird
darauf hingewiesen, daß in dieser Form der Trägereinheit die
Zwischenträgeranordnung L während des Faltens nicht ihre Form
ändert, und daß nur die Verbindungsträgerteile 23a, 23b, 24a,
24b, 25a, 25b, 26a und 26b um die Knotenpunkte der
Zwischenträgeranordnung L schwenken bzw. drehen.
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Figur 16 zeigt die Trägeranordnung vollständig gefaltet und
flach. Aus dieser Figur ist zu entnehmen, daß die
Endträgeranordnungen T1 und T2 und die Zwischenträgeranordnung L ihre
rechtwinklige Form behalten und daß die Endträgeranordnungen T1
und T2 dicht beieinander gehalten sind, während die
Zwischenträgeranordnung L in einer Ebene parallel zu den Ebenen der zwei
Endträgeranordnungen aus dem Bereich der letzteren verlagert
ist. Es ist auch zu bemerken, daß während und nach dem Falten
die zwei bewegbaren Gelenkanordnungen 30 und 31' auf den
Zwischenträgerteilen 14 und 16 gleiten und dabei dieselbe Höhe
behalten, wie in den Zeichnungen dargestellt ist.
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Obwohl die Erfindung anhand mehrerer bevorzugter
Ausführungsformen dargestellt und beschrieben ist, ist die Erfindung nicht
auf die genauen Details dieser Ausführungsformen beschränkt.
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Beispielsweise ist die Verwendung der Draht- und Rolle-Anordnung
in Kombination mit dem Umkehrantriebsmotor nicht notwendig zum
Entfalten und Falten der Trägereinheit unserer Erfindung, da es
nur nötig ist, daß einige Kräfte auf die erste bewegbare
Gelenkanordnung ausgeübt werden, um diese entlang einer der
Zwischenträgerteile hin- und her zu bewegen.