Mastartige, räumliche Fachwerkstruktur

Abstract

 Mastartige, räumliche Fachwerkstruktur mit viereckigem Querschnitt mit vier die Seiten der Fachwerkstruktur bildenden Strebenfachwerken, die jeweils aus Rohren und rohrförmigen Knoten aus faserverstärkten Kunststoffen erstellt sind. Die Strebenfachwerke sind über Gelenkverbindungen an ihren Längsträgern so miteinander verbunden, daß sie flach derart zusammenfaltbar sind, daß jeweils zwei benachbarte Strebenfachwerke gestreckt auf den beiden gegenüberliegenden Strebenfachwerken aufliegen. Zwischen den Längsträgern zweier gegenüberliegender Ecken der Fachwerkstruktur sind Seilzüge unveränderbarer Länge fest angeordnet, die bei entfalteter Struktur eine Verspannung in einer der Diagonalen bilden. Zwischen den anderen gegenüberliegenden Ecken, die im zusammengefalteten Zustand außen liegen, sind reibungsarme Seilumlenkungen für ein Spannseil vorgesehen. Über das Spannseil wird die Struktur entfaltet und gleichzeitig eine Verspannung in der zweiten Diagonalen der entfalteten Fachwerkstruktur gebildet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine mastartige, räumliche Fachwerkstruktur nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[0002] Bei einer bekannten Fachwerkstruktur der genannten Art (US-A 30 11 586) sind zwei ebene Fachwerke einander gegenüberliegend angeordnet. Die dritte Seite wird durch Streben gebildet, die im Bereich der Fachwerkknoten Buchsen tragen, mit denen sie auf den angrenzenden Längsträgern der beiden ebenen Fachwerke schwenkbar gelagert sind. Auf der vierten Seite sind die Streben wiederum an einem Ende mit schwenkbar auf dem angrenzenden Längsträger eines der ebenen Fachwerke gelagerten Buchsen verbunden. Die gegenüberliegenden Enden tragen lösbare Verbindungsmittel, mit denen sie mit dem entsprechenden Längsträger des anderen Fachwerkes verbindbar sind. Diese Fachwerkstruktur ist leporelloratig auf eine

[0003] Breite entsprechend der jeweils eine Seite der Struktur bildenden Breite der ebenen fachwerke zusammenlegbar. Bei der Montage werden sie durch Einsetzen formsteifer Endplatten auf einen quadratischen Querschnitt gebracht.

[0004] Mastartige, räumliche Fachwerkstrukturen mit viereckigem Querschnitt erscheinen zweckmäßig für die Erstellung von größeren Raumstruktruren in Eirdulalaufbahnen. Hier stellt sich das Problem, derartige Strukturen mit einem möglichst geringen Transportvolumen in die Umlaufbahn zu befördern und möglichst automatisch in der Umlaufbahn zu montieren.

[0005] Es sind mastartige, räumliche Fachwerkstrukturen für die Erstellung von Raumstrukturen in Erdumlaufbahnen bekannt (DE-OS 29 47 656), bei denen die Längsträger über Stützen miteinander verbunden sind, die in sich faltbar und mit den Längsträgern gelenkig verbunden sind. Es sind dabei Federn vorgesehen, die die Querstreben in Streckstellung bringen und dabei die Fachwerkstruktur entfalten. Eine solche Konstruktion erfordert eine Vielzahl von Gelenken, mit denen die angestrebte Leichtbauweise schwer zu realisieren ist.

[0006] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Fachwerkstruktur zu entwickeln, die möglichst weitgehend die Forderungen eines geringen Transportvolumens, eines extrem geringen Gewichtes und einer leichten Montage in der Umlaufbahn erfüllt.

[0007] Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung ausgehend von einer mastartigen, räumlichen Fachwerkstruktur der gattungsgemäßen Art gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 herausgestellten Merkmale.

[0008] Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die erfindungsgemäß ausgebildete Fachwerkstruktur läßt sich flach zusammengelegt in den Raum transportieren und kann dort durch Betätigung des Spannseiles in ihre endgültige Form gebracht werden, in der sie eine hohe Stabilität aufweist.

[0009] Die Erfindung ist in der Zeichnung mit einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben.

[0010] 

Fig. 1 zeigt in Draufsicht schematisch einen Abschnitt einer Fachwerkstruktur gemäß der Erfindung im zusammengefalteten Zustand.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1.

Fig. 3 zeigt im gleichen Schnitt die Struktur in einem Zwischenstadium während des Auseinanderfaltens.

Fig. 4 zeigt im gleichen Schnitt-die vollständig entfaltete Struktur.

Fig. 5 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Schnitt durch einen Knoten im entfalteten Zustand der Struktur im Bereich der Längsträger, an denen das Spannseil angreift.

Fig. 6a zeigt einen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 5.

Fig. 6b zeigt einen Schnitt längs der Linie B-B in Fig. 5.

Fig. 7 zeigt perspektivisch zwei benachbarte Strebenfachwerke im entfalteten Zustand nach Fig. 4.

[0011] In Fig. 1 ist eine Fachwerkstruktur im zusammengefalteten Zustand schematisch wiedergegeben. Die räumliche Fachwerkstruktur weist vier Strebenfachwerke 2, 4 und 6, 8 gleicher Höhe H auf, deren Fächer vorzugsweise als gleichschenklige Dreiecke ausgebildet sind. Die Strebenfachwerke weisen jeweils parallele Längsträger 10, 12 auf, zwischen denen unter einem Winkel von 60° die Streben 12 angeordnet sind. Die Verbindungsknoten sind in Fig. 1 nicht im Detail dargestellt. Die Strebenfachwerke sind jeweils an ihren Längsträgern 10 und 12 über Gelenkverbindungen 16, 18 miteinander verbunden, die im Bereich der Knoten angeordnet sind.

[0012] Die Längsträger 10, 12 und die Streben 14 sind gewickelte CFK-Rohre und auch die Knoten sind als rohrförmige Körper in CFK-Technik gewickelt. Die Rohrelemente sind jeweils mit den Knoten verklebt. Eine derartige Struktur hat bei extrem geringem Gewicht eine hohe Festigkeit. Die rohrförmige Struktur ist aus den Fig. 2 bis 4 ersichtlich.

[0013] Wie in Fig. 2 dargestellt, sind jeweils zwei Strebenfachwerke 2, 6 und 4, 8 über die Gelenkverbindungen 16 bzw. 18 so miteinander verbunden, daß jeweils paarweise zwei benachbarte Strebenfachwerke 2 und 6 bzw. 4 und 8 gestreckt liegen und diese beiden gestreckt angeordneten Paare unmittelbar aufeinander liegen. Zwischen den Gelenkverbindungen 18 in der Mitte zwischen den Trägern 12, die im gestreckten Zustand der Strebenfachwerke 2 und 6 bzw. 4 und 8 nebeneinander liegen, sind Spannseile 20 angeordnet, deren fixe Länge der Diagonalen der Fachwerkstruktur im entfalteten Zustand entspricht. Sie sind über Laschen auf den Gelenkbolzen gehaltert, die weiter unten im einzelnen noch zu beschreiben sein wird.

[0014] Auf den Gelenkbolzen der im zusammengefalteten Zustand außen liegenden Gelenkverbindungen 16 sind jeweils U-förmige Laschen 24, 26 schwenkbar gelagert. In den Laschen 24 auf der einen Seite ist eine Umlenkrolle 28 gelagert, während in den Laschen 26 auf der gegenüberliegenden Seite zwei voneinander unabhängige Umlenkrollen 30, 32 drehbar gelagert sind, die, wie in der Zeichnung dargestellt, vorzugsweise auf parallelen Achsen unabhängig voneinander angeordnet sind, aber auch auf einem gemeinsamen Achsbolzen drehbar gelagert sein können.

[0015] Das Spannseil 22 wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen den einzelnen Knoten längs einem der in der zusammengefalteten Stellung außen liegenden Träger 10 der Strebenfachwerke 6 und 8 geführt. Über die Rollen der Laschen 26 wird das Spannseil quer zu der Struktur über die Rolle der gegenüberliegenden Lasche 24 und von dort zurückgeführt. Auf diese Weise wird eine zweisträngige Flasche gebildet. Das Spannseil erstreckt sich auf diese Weise im Bereich vorzugsweise aller Knoten jeweils quer durch die Struktur.

[0016] Durch Einziehen des Spannseiles 22, beispielsweise über eine an der Struktur angeordnete Winde, wird die flach zusammengefaltete Struktur entfaltet, wie aus der Folge der Darstellungen der Fig. 2, 3 und 4 ersichtlich. Die Entfaltungsbewegung ist abgeschlossen, wenn die festen Seilzüge gestreckt sind. Dann ist die viereckige, vorzugsweise quadratische Querschnittsform nach Fig. 4 erreicht. Das Spannseil wird dann durch Arretieren der Trommel oder über ein Gesperre festgelegt. Durch die zweisträngige Flaschenführung des Spannseiles wird bei geringer Zugkraft auf das Seil eine hohe Spannkraft in der Diagonalen der Fachwerkstruktur erreicht. Da diese Spannung von zwei Seilsträngen aufgenommen wird, kann das Seil insgesamt relativ dünn und damit mit geringer Masse ausgeführt sein. Bei einer Fachwerkhöhe H von 2 m kann das Spannseil beispielsweise einen Durchmesser von 2 mm haben.

[0017] Die in der beschriebenen Weise ausgebildeten Fachwerkstrukturen bilden vorzugsweise einzelne Schüsse, aus denen längere Fachwerkstrukturen durch Aneinanderreihen erstellbar sind, aus denen wiederum rahmenförmige Strukturen aufbaubar sind.

[0018] Die einzelnen Strebenfachwerke können, wie in Fig. 1 gestrichelt dargestellt, an ihrem Ende durch senkrechte Stützen 3 abgeschlossen sein, so daß auf diese Weise einzelne Schüsse gebildet werden, von denen jeweils eine Mehrzahl zusammengefügt werden kann. Es können aber auch an einem Ende freie Rohrenden vorgesehen sein, die bei der Montage in entsprechend ausgebildete Knotenanschlüsse eines anzuschließenden Strukturschusses einführbar sind. Mehrere zusammengelegte Schüsse können auch schwenkbar miteinander verbunden sein, wobei die Verbindung bei mehr als zwei Strukturen zweckmäßigerweise leporelloartig er= folgt. Die Verbindungen können dabei so ausgebildet sein, daß die einzelnen so verbundenen Strukturen automatisch entfaltet werden und gegebenenfalls noch im zusammengefalteten Zustand bei Erreichen der gestreckten Lage miteinander verbunden werden. Die Längsverbindung kann dann beispielsweise durch Längsspannseile erfolgen, die innerhalb der Längsträger geführt sind. Die gesamte Struktur aus mehreren Strukturschüssen kann dann mittels des Spannseiles, das auch über mehrere Strukturschüsse geführt sein kann, entfaltet werden. Anschließend lassen sich die in den Längsträgern liegenden Längsspannseile auf die Endspannung bringen und verriegeln.

[0019] In den Figuren 5 sowie 6a und 6b ist eine bevorzugte Ausbildung einer Gelenkverbindung dargestellt, und zwar einer der Gelenkverbindungen 16 zwischen den im zusammengefalteten Zustand außen liegenden Längsträgern 10. Die Gelenkverbindung 16 liegt im Bereich von zwei gegenüberliegenden Knotenelementen 36, 38. Diese Knotenelemente weisen durchgehende Muffenabschnitte 40, 42 im Bereich der Längsträger auf, in die die Rohrelemente der Längsträger eingeführt und verklebt sind. Unter einem Winkel von 30° gegen die Senkrechte sind dann an jedem Knoten Anschlußmuffen 44, 46 vorgesehen, die in einem Stück mit den Rohrmuffen 40 gewickelt sind.

[0020] Die beiden Knotenelemente 36 und 38 sind weiter im Bereich ihrer Enden mit Gelenklaschen 48, 50 versehen. Diese Gelenklaschen weisen Gelenkbuchsen 52 auf, die über Wickelstränge am äußeren Umfang der Rohrmuffe 40 in Anlage gehalten werden. Die Gelenkbuchsen können auch in Formstücken ausgebildet sein, die durch den Wickelstrang eingewickelt werden. Die Achse der Gelenkbuchsen liegt unter einem Winkel a, der dem halben Schwenkwinkel des Gelenkes entspricht, zur Senkrechten durch die Ebene E der Knoten. Die Wickelstränge werden in einem Arbeitsgang mit dem Fachwerkknoten gewickelt. Es sind an jedem Ende des Knotens jeweils zwei solcher Gelenklaschen 48, 50 vorgesehen. Der Gelenkbolzen erstreckt sich dabei über die gesamte Länge. Weitere Lagerbuchsen können im mittleren Bereich des Knotens vorgesehen werden, wie in Fig. 6b durch den Wickelstrang 56 angedeutet. Die Gelenkachse liegt in einem Abstand D von der Achse der Muffenabschnitte 40, 42 und damit der rohrförmigen Längsträger 10.

[0021] Auf einem durchgehenden Gelenkbolzen 60 ist die U-förmige Scharnierlasche 24 bzw. 26 schwenkbar gelagert. Bei der Darstellung nach Fig. 5 sowie 6a und 6b ist dies die Lasche 26 mit den beiden auf parallelen Achsbolzen 31 im Abstand voneinander liegenden profilierten Seilrollen 30 bzw. 32. Falls auch eine mittlere Gelenkverbindung vorgesehen wird, kann die Lasche 26 diese Gelenkverbindung brückenartig übergreifen. Es können weiter Distanzstücke 58 zur axialen Festlegung der Lasche 26 auf dem Gelenkbolzen 60 angeordnet sein. Durch die Schenkel der Laschen wird das Spannseil seitlich geführt.

[0022] Die Packungshöhe der zusammengefalteten Struktur wird durch die Dicke der Laschen 26 zwischen den Knoten bestimmt. Um diese klein zu halten, kann die Außenkontur der Lasche der Außenkontur der Knoten beispielsweise dadurch angepaßt werden, daß sie in dem Bereich, in dem sie bei zusammengefalteter Struktur zwischen den Knoten liegt, beidseitig in Längsrichtung mit einer konkaven Einschnürung 54 ausgebildet wird. Die beiden Schenkel können hier an der tiefen Stelle der Einschnürung unmittelbar aneinanderliegen. Entsprechend wird der Abstand D festgelegt.

[0023] In gleicher Weise wie die Lasche 26 ist die Lasche 24 auf der Gelenkverbindung auf der gegenüberliegenden Seite der Struktur gelagert. Hier ist die Lasche jedoch lediglich mit einer Umlenkrolle versehen.

[0024] Die festen Seilzüge können an ihren Enden mit Seilkauschen oder dergleichen versehen sein, und es kann dann wiederum eine U-förmige Befestigungslasche vorgesehen werden, in die die Seilkausche eingeführt und durch einen Steckbolzen festgelegt wird. Diese Befestigungslaschen sind in gleicher Weise auf den Gelenkverbindungen 18 schwenkbar, die im übrigen in gleicher Weise anden Knoten ausgebildet sind wie die Gelenkverbindungen 16.

[0025] Einzelheiten der Ausbildung der Strebenfachwerke und der Knotenelemente sind aus der perspektivischen Ansicht nach Fig. 7 ersichtlich. Fig. 7 zeigt zwei benachbarte Strebenfachwerke, die in der zusammengefalteten Lage nebeneinanderliegen, also die Fachwerke 2 und 6 bzw. 4 und 8. Die beiden übrigen Fachwerke sind zur Erzielung einer größeren Klarheit nicht wiedergegeben. Sie sind jeweils in den Knoten 36 bzw. 38 der beiden Strebenfachwerke 2 und 6 angelenkt. Die festen Spannseile 20 sind lediglich angedeutet. Sie sind in der entfalteten Stellung, wie in Fig. 4 dargestellt, straff zwischen den Gelenkverbindungen zwischen den Strebenfachwerken 2 und 4 bzw. 6 und 8 gespannt.

[0026] In den Fachwerkfeldern einer Fachwerkstruktur der beschriebenen Art können beispielsweise entfaltbare Sonnenflügel so montiert sein, daß das räumliche Transportvolumen nicht vergrößert wird. Auf diese Weise lassen sich mit vormontierten Einheiten Sonnenflügelfelder großer Leistung innerhalb einer durch Fachwerkstrukturen der beschriebenen gebildeten geschlossenen Rahmenstruktur im Raum erstellen. Die Anordnung der Sonnenflügel kann und sollte dabei so erfolgen, daß durch einseitige Belastung auftretende Schubkräfte über die festen Seildiagonalen auf die übrige Struktur übertragen werden.

Ansprüche

1. Mastartige, räumliche Fachwerkstruktur mit konstatem viereckigem Querschnitt mit vier die Seiten der Fachwerkstruktur bildenden Strebenfachwerken, dadurch gekennzeichnet, daß vier gesonderte,- aus Rohren und rohrförmigen Knoten aus faserverstärkten Kunststoffen erstellte Strebenfachwerke (2-8) vorgesehen-sind, die über Gelenkverbindungen (16,18) an ihren Längsträgern (10,12) so miteinander verbunden sind, daß sie flach derart zusammenfaltbar sind, daß jeweils zwei benachbarte Strebenfachwerke gestreckt auf den beiden gegenüberliegenden Strebenfachwerken aufliegen, daß zwischen den Längsträgern der gestreckten Fachwerke feste Seilzüge (20) angeordnet sind, die bei entfalteter Struktur eine Verspannung in einer der Diagonalen bilden und daß zwischen den anderen Längsträgern reibungsarme Seilumlenkungen (30) für ein Spannseil (22) so angeordnet sind, daß das Spannseil bei entfalteter Struktur eine Verspannung in der zweiten Diagonalen bildet, wobei sich das Spannseil zwischen den Umlenkpunkten jeweils entlang wenigstens einem der Längsträger erstreckt.

2. Fachwerkstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkverbindungen (16,18) im Bereich der Fachwerknoten (36,38) angeordnet sind.

3. Fachwerkstruktur nach Anspruch 1 oder 2 mit gewickelten hohlen Fachwerkknoten, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenke (16,18) jeweils paarweise mit Abstand angeordnete Laschen aufweisen (48,50), die in einem Stück mit dem Fachwerkknoten (36,38) gewickelt sind und die mit einem durchgehenden Gelenkbolzen (60) versehen sind.

4. Fachwerkstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Gelenklaschenpaaren (48,50) auf dem Gelenkbolzen (60) U-förmige Laschen (24,26) schwenkbar gelagert sind, zwischen deren Schenkeln die Seilumlenkungen (30) gelagert sind.

5. Fachwerkstruktur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Ecke der Fachwerkstrukturen einzelne Seilumlenkungen und in der gegenüberliegenden Ecke. zwei unabhängige Seilumlenkungen vorgesehen sind.

6. Fachwerkstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannseil (22) längs der Längsträger (10) in einer Ecke der Fachwerkstruktur und im Bereich der Knoten jeweils mit einer zweisträngigen Flasche diagonal zum gegenüberliegenden Knoten geführt ist.

7. Fächwerkstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannseil (22) mäanderbandartig diagonal und abwechselnd längs der Längsträger geführt ist.

Zeichnung