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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Bereich der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen in Sektoren aufgeteilten Spiegel
eines optischen Weltraumteleskops und insbesondere einen Riegelmechanismus,
um ein schwenkbar angebrachtes Blütenblattelement des in Sektoren
aufgeteilten Spiegels an der zentralen Nabe in einer ausgefahrenen Stellung
zu befestigen.
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2. Hintergrund der verwandten
Technik
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Der
Erfolg des Hubble-Weltraumteleskops hat die Entwicklung weiterer
weltraumbasierender astronomischer Observatorien angetrieben, darunter auch
einige, welche einen Primärspiegel
mit einem großen
Durchmesser umfassen. Eine Anzahl von Konstruktionen, darunter auch
das weltraumbasierende Observatorium, welches als das „hext Generation
Space Telescope" (LAGST)
bekannt ist, haben sich auf eine Primäroptik konzentriert, welche
einen Durchmesser zwischen 6 und 8 Metern hat.
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Verschiedene
Probleme müssen
bewältigt werden,
um ein weltraumbasierendes astronomisches Observatorium zu realisieren,
welches einen Spiegel mit einem derart großen Durchmesser hat. Beispielsweise
würden
Konstruktionen, welche einen monolithischen Spiegel mit großem Durchmesser vorschlagen,
beträchtliche
Herstellungsschwierigkeiten und Risiken bieten. Zu sätzlich wäre die Größe und die
Form eines Observatoriums mit einem Spiegel mit großem Durchmesser
vom Volumen und der Form von Nutzlast- oder Frachtbuchten/schächten abhängig, welche
bei gängigen
Trägerraketen
verfügbar
sind.
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Konstruktionen,
welche einen entfaltbaren bzw. ausfahrbaren Spiegel mit großem Durchmesser vorschlagen,
weisen andere Probleme auf. Um beispielsweise eine gewünschte Oberflächengenauigkeit
und optische Qualität
zu erreichen, müssen
die reflektierenden Bauteile (zum Beispiel Sektoren, Segmente oder
Blütenblattelemente)
des Spiegels mit einem sehr hohen Grad an Genauigkeit ausgerichtet
werden, wie zum Beispiel innerhalb von etwa 10 nm. Da zusätzlich das
weltraumbasierende Observatorium breiten Temperaturgradienten begegnen würde, würde die
thermische Ausdehnung und Zusammenziehung der ausfahrbaren reflektierenden Bauteile
aufgenommen werden müssen.
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Es
wäre daher
vorteilhaft, ein Ausfahrsystem für
die reflektierenden Bauteile eines optischen Weltraumteleskops bereitzustellen,
welches einen hohen Grad an Genauigkeit aufweist und thermische Änderungen
aufnimmt, denen man in einer Betriebsumgebung begegnet.
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Dokument
US 4,753,465 offenbart eine
Riegelanordnung in einer Abschußverriegelung
eines Raumfahrzeugs, worin eine zurückziehbare Welle mit einer
entsprechenden Ausnehmung in Eingriff tritt und erwärmt werden
kann, um einen sicheren Riegel bereitzustellen, während er
in einer Umgebung mit veränderlichen
Temperaturen betätigt
wird.
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Dokument
US 3,433,436 offenbart einen
Riegel zur Stabilisierung eines Gewichtes an einem Satelliten, wobei
eine Mehrzahl von Stiften in Ausnehmungen eingreifen und zurückziehbar
sind, um das Gewicht von dem Satelliten zu lösen.
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ÜBERSICHT DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist auf eine in Sektoren aufgeteilte Spiegelanordnung
eines optischen Weltraumteleskops gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren
zum Bereitstellen der in Sektoren aufgeteilten Spiegelanordnung
gemäß Anspruch
12 gerichtet. Die Spiegelanordnung umfasst eine zentrale Nabe und eine
Mehrzahl von Blütenblattelementen,
welche um den Umfang der zentralen Nabe angeordnet sind. Jedes Blütenblattelement
hat eine Blütenblattelement-Wurzel,
welche an der zentralen Nabe der Spiegelanordnung unabhängig schwenkbar
angebracht ist.
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Das
Blütenblattelement-Ausfahrsystem
umfasst eine erste und eine zweite Scharnieranordnung, umfassend
eine Wurzelanbringung, die an einer Blütenblattelement-Wurzel befestigt
ist, und eine Nabenanbringung, die an der zentralen Nabe befestigt ist.
Die erste Scharnieranordnung ist dazu ausgebildet und konfiguriert,
dem diesem zugeordneten Blütenblattelement
eine Rotationsbewegungsfreiheit um eine Blütenblattelement-Scharnierachse
zu ermöglichen.
Die zweite Scharnieranordnung ist dazu ausgebildet und konfiguriert,
dem diesem zugeordneten Blütenblattelement
eine Rotationsbewegungsfreiheit um die Blütenblattelement-Scharnierachse
zu ermöglichen,
sowie eine Freiheit, sich thermisch auszudehnen und zusammenzuziehen
und sich starr entlang der Blütenblattelement-Scharnierachse
auf eine reibungsfreie und ungehinderte Art und Weise zu bewegen.
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Das
Blütenblattelement-Ausfahrsystem
umfasst ferner eine Riegelanordnung, umfassend einen Schäkel, der
an der Blütenblattelement-Wurzel
an einer von der Scharnierachse beabstandeten Stelle befestigt ist,
und ein Paar von seitlich gegenüberliegenden
Riegeln, welche der zentralen Nabe betriebsmäßig zugeordnet sind, um mit
dem Schäkel
auf eine Drehung des Blütenblattelements
um die Scharnierachse von einer verstauten Stellung zu einer ausgefahrenen
Stellung hin in Eingriff zu treten.
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Vorzugsweise
umfasst die erste Scharnieranordnung eine erste Scharnierwelle,
welche auf der Blütenblattelement-Scharnierachse
angeordnet ist. Die erste Scharnierwelle ist an der Wurzelanbringung der
ersten Scharnieranordnung befestigt und stützt eine Mehrzahl von axial
beabstandeten Schräglagern
ab. Die Schräglager
sind aus Siliziumnitrid gebildet, benötigen keine Schmierung und
sind in der Nabenanbringung der ersten Scharnieranordnung aufgenommen.
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Vorzugsweise
umfasst die zweite Scharnieranordnung eine zweite Scharnierwelle,
welche auf der Blütenblattelement-Scharnierachse
angeordnet ist. Die zweite Scharnierwelle ist von der Wurzelanbringung
der zweiten Scharnieranordnung getragen und ist in einem zylindrischen
Lagerkäfig
angeordnet. Der Lagerkäfig
ist aus PTFE gebildet und hält
eine Mehrzahl von Kugellagern. Die Kugellager sind aus Siliziumnitrid
gebildet und benötigen
keine Schmierung. Der Lagerkäfig
ist zwischen einem inneren Lager-Laufring und einem äußeren Lager-Laufring
angeordnet und ist in der Nabenanbringung der zweiten Scharnieranordnung
aufgenommen.
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Vorzugsweise
ist die Riegelanordnung der vorliegenden Erfindung dazu ausgebildet
und konfiguriert dem diesem zugeordneten Blütenblattelement die Freiheit
zu ermöglichen,
sich thermisch auszudehnen und zusammenzuzie hen und sich starr auf eine
reibungsfreie und ungehinderte Art und Weise entlang einer Riegelachse
zu bewegen, die parallel zu der Scharnierachse verläuft. Jeder
seitlich gegenüberliegende
Riegel der Riegelanordnung umfasst eine Riegelwelle, welche für eine lineare
Bewegung entlang der Riegelachse angebracht ist. Der Schäkel der
Riegelanordnung definiert eine Aufnahmeöffnung zur Aufnahme der seitlich
gegenüberliegenden
Riegelwellen und ein Aktuator ist betriebsmäßig jedem Riegel zugeordnet,
um dessen Riegelwelle in Eingriff mit dem Schäkel zu bewegen.
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Jede
Riegelwelle ist in einem zylinderförmigen Lagerkäfig angeordnet
und jeder Lagerkäfig
ist aus PTFE gebildet. Jeder Lagerkäfig hält eine Mehrzahl von Kugellagern,
welche aus Siliziumnitrid gebildet sind, und ist zwischen einem
inneren Lager-Laufring und einem äußeren Lager-Laufring angeordnet. Jeder
Lagerkäfig
ist in einer Nabenanbringung aufgenommen, welche an der zentralen
Nabe befestigt ist und jede Nabenanbringung umfasst einen Basisabschnitt
und einen zylinderförmigen
Gehäuseabschnitt.
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Diese
und andere besondere Merkmale des Blütenblattelement-Ausfahrsystems
der vorliegenden Erfindung werden leichter aus der folgenden Beschreibung
der Zeichnungen sichtbar, welche zusammen mit der Beschreibung der
bevorzugten Ausführungsform
herangezogen werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Damit
Fachleute, für
welche die vorliegende Erfindung bestimmt ist, leichter verstehen,
wie das Blütenblattelement-Ausfahrsystem
der vorliegenden Erfindung konstruiert und zu verwenden ist, wird
auf die Zeichnungen Bezug genommen, in welchen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines optischen Weltraumteleskops ist, welches
eine Primärspiegelanordnung
hat, die einen hexagonalen zentralen Nabenabschnitt und sechs Blütenblattelemente
mit reflektierenden Oberflächen
umfasst, die unabhängig
an dem zentralen Nabenabschnitt schwenkbar angebracht sind, wobei
jedes der sechs Blütenblattelemente
in einer ausgefahrenen Stellung angeordnet ist;
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2 eine
perspektivische Ansicht des optischen Weltraumteleskops von 1 ist,
wobei drei der Blütenblattelemente
schwenkbar an dem zentralen Nabenabschnitt angebracht sind und in
einer hinteren Stellung verstaut sind und drei der Blütenblattelemente
schwenkbar an dem zentralen Nabenabschnitt angebracht sind und in
einer vorderen Stellung verstaut sind;
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3 eine
Seitenansicht eines Blütenblattelement-Montageabschnitts
des zentralen Nabenabschnitts des optischen Weltraumspiegels von 1 und 2 ist,
entlang der Montagefläche
der Blütenblattelement-Wurzelstruktur,
welche in Draufsicht die Doppelhubriegelanordnung der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht, welche an dem zentralen Nabenabschnitt
angebracht ist und in Seitenansicht die zwei spezifischen Scharnieranordnungen
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, welche an der Blütenblattelement-Wurzelstruktur
und dem zentralen Nabenabschnitt angebracht sind;
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4 eine
perspektivische Ansicht des Schnittstellenbereichs zwischen der
Blütenblattelement-Wurzelstruktur
und dem zentralen Nabenabschnitt des optischen Weltraumspiegels
von 1 und 2 ist, welche die zwei Scharnieranordnungen
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht und den Schäkel, welcher
der Scharnieranordnung zugeordnet ist, welcher in Phantomlinien
gezeigt ist und an der Blütenblattelement-Wurzelstruktur
angebracht ist;
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5 eine
perspektivische Explosionsansicht der Scharnieranordnung mit einem
Freiheitsgrad der vorliegenden Erfindung ist, welche eine Wurzelanbringung
umfasst, welche an der Blütenblattelement-Wurzel
befestigt ist, und eine Nabenanbringung umfasst, welche an dem zentralen
Nabenabschnitt des optischen Weltraumteleskops der 1 und 2 befestigt
ist;
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6 eine
perspektivische Explosionsansicht des Scharnieraufbaus mit zwei
Freiheitsgraden der vorliegenden Erfindung ist, welcher eine Wurzelanbringung
umfasst, die an der Blütenblattelement-Wurzel
befestigt ist, und eine Nabenanbringung umfasst, welche an dem zentralen
Nabenabschnitt des optischen Weltraumteleskops der 1 und 2 befestigt
ist;
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7 eine
perspektivische Explosionsansicht eines Riegelmechanismus des Doppelhubriegelaufbaus
der vorliegenden Erfindung ist, welcher eine axial vorschiebbare
Riegelachse umfasst, welche dazu ausgebildet ist, mit dem Schäkel der
Blütenblattelement-Wurzelstruktur,
welche in 4 gezeigt ist, auf die Drehung
des Blütenblattelements
um die Scharnierachse aus der verstauten Position von 2 in
die ausgefahrene Position von 1 hin in Eingriff
zu treten;
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8 eine
umgekehrte Seitenansicht der Doppelhubriegelanordnung der vorliegenden
Erfindung in einer entriegelten Position ist, wobei die gegenüberliegenden
Riegelwellen von dem dazwischen angeordneten Schäkel getrennt sind; und
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9 eine
vergrößerte lokale
und umgekehrte Seitenansicht der Doppelhubriegelanordnung der vorliegenden
Erfindung in einer verriegelten Position ist, wobei die gegenüberliegenden
Riegelwellen mit dem dazwischen angeordneten Schäkel im Eingriff sind.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nun
auf die Zeichnungen Bezug nehmend, in welchen gleiche Bezugszahlen
gleichartige strukturelle Merkmale eines Blütenblattelement-Ausfahrsystems
kennzeichnen, welches die vorliegende Erfindung enthält, ist
in 1 ein optisches Weltraumteleskop veranschaulicht,
welches im Allgemeinen mit der Bezugszahl 10 bezeichnet
ist. Für
ein besseres Verständnis
des Hintergrunds der Erfindung werden zuerst des optischen Weltraumteleskops
beschrieben. Das optische Weltraumteleskop 10 umfasst eine Primärspiegelanordnung 12 (hier
in einer ausgefahrenen Stellung gezeigt), einen Turm 14,
welcher sich von der Mitte der Primärspiegelanordnung 12 aus
erstreckt, und einen Sekundärspiegel 16,
welcher oben an dem zentralen Turm 14 angebracht ist. Die
Primärspiegelanordnung
oder Optik 12 besteht aus einem hexagonalen zentralen Nabenabschnitt 18 und sechs
Blütenblattelementen 20a–20f,
welche unabhängig
schwenkbar an dem zentralen Nabenabschnitt 18 angebracht
sind.
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Wie
in 2 veranschaulicht, sind drei der Blütenblattelemente 20a, 20c und 20e schwenkbar zur
Verstauung in einer hinteren Stellung angebracht und drei der Blütenblattelemente 20b, 20d und 20f sind
zur Verstauung in einer vorderen Position angebracht. Jedes Blütenblattelement 20a–20f hat
eine diesem zugeordnete Start-Riegelabstützung 22, welche das
Blütenblattelement
in einer verstauten Stellung sichert. Jedes Blütenblattelement 20a–20f besitzt
eine Spiegelkrümmung-gesteuerte/geregelte
reflektierende Oberfläche 24,
welche aus Quarzglasdeckschichten gebildet ist, und ein Gehäuse 26,
welches aus einem leichten Kohlenstoffverbundmaterial gebildet ist.
Die Form der reflektierenden Oberfläche 24 von jedem Blütenblattelement 20a– 20f wird
durch eine Mehrzahl von Spiegelkrümmung-Steuer/Regelaktuatoren
(nicht gezeigt) gesteuert/geregelt, welche in dem Blütenblattelement-Gehäuse 26 angeordnet sind.
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Das
radial innere Ende von jedem Blütenblattelement-Gehäuse 26 bildet
eine dreieckige Blütenblattelement-Wurzelstruktur 30,
welche ein Paar von Scharnieranordnungen 100, 200 trägt, welche nachfolgend
detaillierter behandelt werden. Jedes der Blütenblattelemente 20a–20f ist
betriebsmäßig mit
dem zentralen Nabenabschnitt 18 der Primärspiegelanordnung 12 durch
zwei Scharnieranordnungen 100, 200 verbunden (siehe 4).
Die Blütenblattelement-Wurzelstruktur 30 trägt auch
einen Schäkel 50,
welcher Teil einer Riegelanordnung 300 bildet, welche dem
zentralen Nabenabschnitt 18 betriebsmäßig zugeordnet ist zum Eingriff
des Schäkels 50 auf
eine Bewegung eines Blütenblattelements
von der verstauten Stellung von 2 zu der
ausgefahrenen Stellung von 1 hin.
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Auf 3 Bezug
nehmend definiert jeder paarweise vorgesehene Satz von Scharnieranordnungen 100 und 200 eine
gemeinsame Scharnierlinie oder Achse A, um welche das diesem zugeordnete
Blütenblattelement
dreht und längs
welcher eine thermische Ausdehnung und Zusammenziehung wie auch
eine starre Bewegung der Blütenblattelementstruktur
aufgenommen wird. Die Riegelanordnung 300 definiert eine
Riegellinie oder Achse B, welche von der Scharnierachse A beabstandet
und zu dieser parallel ist. Die Riegelanordnung 300 ist
dazu ausgebildet und konfiguriert, eine thermische Ausdehnung und
Zusammenziehung wie auch eine starre axiale Bewegung der Blütenblattelementstruktur
längs der Riegelachse
B aufzunehmen.
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Die Scharnieranordnung mit einem Freiheitsgrad
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Auf
die 3 bis 5 Bezug nehmend ist die Scharnieranordnung 100 eine
Scharnieranordnung mit einem Freiheitsgrad (1 DOF), da sie dazu ausgebildet
und konfiguriert ist, dem diesem zugeordneten Blütenblattelement eine Rotationsbewegungsfreiheit
um die Blütenblattelement-Scharnierachse
zu ermöglichen.
Die Scharnieranordnung 100 umfasst eine Wurzelanbringung 110,
welche an der Montagefläche 32 der
Wurzelstruktur 30 eines Blütenblattelements 20 befestigt
ist, und eine Nabenanbringung 120, welche an einer Montagefläche 34 des zentralen
Nabenabschnitts 18 der Primärspiegelanordnung 12 befestigt
ist.
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Die
Wurzelanbringung 110 ist durch eine Basis 112 und
ein Paar aufrechte Träger 114a und 114b definiert.
Die Basis 112 ist an der Montagestruktur 32 der
Blütenblattelement-Wurzelstruktur 30 durch
eine Mehrzahl von Befestigungselementen 35 befestigt. Die
Träger 114a und 114b haben
jeweilige halbzylinderförmige
Kanäle 116a und 116b zur
Aufnahme einer axialen Scharnierwelle 130. Kanäle 116a und 116b werden
darüber
hinaus durch entsprechend genutete Wurzelanbringungsdeckel 118a und 118b definiert
und umschlossen, welche jeweils durch Befestigungselemente 37 an
den Trägern 114a und 114b befestigt
sind.
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Die
Scharnierwelle 130 ist an der Wurzelanbringung 110 der
Scharnieranordnung 100 durch ein Paar axial voneinander
beabstandete Scheibenfedern 140a und 140b befestigt.
Insbesondere sind die Scheibenfedern 140a und 140b in
entsprechenden Schlitzen 115a und 115b aufgenommen,
welche jeweils in den Kanälen 116a und 116b der
Träger 114a und 114b ausgebildet
sind. Die zwei Federn 140a und 140b sind derart
angeordnet, dass sie in komplementäre Schlitze (nicht gezeigt)
eingreifen, welche in der Scharnier welle 130 ausgebildet
sind, um die Orientierung der Welle 130 bezüglich der
Wurzelanbringung 110 zu sichern.
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Die
Scharnierwelle 130 ist in zwei Abschnitte 130a, 130b unterteilt,
welche durch einen ringförmigen
Bund 132 getrennt sind. Der erste Wellenabschnitt 130a der
Scharnierwelle 130 erstreckt sich seitlich von der Scharnieranordnung 100 und
ist in einem Stabilisierungsblock 160 abgestützt, welcher fest
an der Montagefläche 34 des
Nabenabschnitts 18 befestigt ist, wie am besten in 4 zu
sehen ist. Der zweite Wellenabschnitt 130b trägt vier
axial beabstandete Schräglager 150a–150e,
welche zwischen dem ringförmigen
Bund 132 und einem Haltebund 128 axial ausgerichtet
und gehalten sind. Die Schräglager 150a–150d sind
vorzugsweise aus Siliziumnitrid gebildet und benötigen keine Schmierung. Jedes
Schräglager 150a–150d hat
relativ bewegbare innere und äußere Laufringe 152 und 154.
Der innere Laufring 152 von jedem Lager ist in fester Passung an
dem ersten Wellenabschnitt 130b der Scharnierwelle 130 angeordnet.
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Die
Nabenanbringung 120 der Scharnieranordnung 100 ist
durch eine Basis 122 und ein Paar aufrechte Träger 124a und 124b definiert.
Die Basis 122 ist an der Montagestruktur 32 der
Blütenblattelement-Wurzelstruktur 30 durch
eine Mehrzahl von Befestigungselementen 35 befestigt. Die
Träger 124 und 124b gehen
in ein zylinderförmiges
Gehäuse 126 über. Der äußere Laufring 154 von
jedem der Schräglager 150a–150d ist
durch Presssitz in dem zylinderförmigen
Gehäuse 126 der
Nabenanbringung 120 gehalten. Die vier Schräglager sind
in dem zylinderförmigen
Gehäuse 126 durch
einen Haltering 125 gehalten, welcher an dem Ende des Gehäuses 126 durch
eine Mehrzahl von Schraubbefestigungselementen 137 befestigt
ist.
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Wenn
im Betrieb ein Blütenblattelement 20a–20f der
Primärspiegelanordnung 12 von
der verstauten Stellung von 2 zu der
ausgefahrenen Stellung von 1 bewegt
wird, ermöglichen
die relativ bewegbaren inneren und äußeren Laufringe 152 und 154 von
jedem Schräglager 150a–150d eine
Rotationsbewegung der Wurzelanbringung 110 relativ zu der
Nabenanbringung 120 entlang der Achse der Scharnierwelle 130.
Die Scharnieranordnung 100 hemmt jede andere Bewegung relativ
zu der Scharnierachse.
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Die Scharnieranordnung mit
zwei Freiheitsgraden
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Auf
die 3, 4 und 6 Bezug
nehmend ist die Scharnieranordnung 200 eine Scharnieranordnung
mit zwei Freiheitsgraden (2DOF), da sie dazu ausgebildet und konfiguriert
ist, dem diesem zugeordneten Blütenblattelement
eine Rotationsbewegungsfreiheit um die Blütenblattelement-Scharnierachse
zu ermöglichen,
wie auch die Freiheit, sich thermisch auszudehnen und zusammenzuziehen, und
sich starr entlang der Blütenblattelement-Scharnierachse
auf eine reibungsfreie und ungehinderte Art und Weise zu bewegen.
Der Scharnieraufbau 200 umfasst eine Wurzelanbringung 210,
welche an der Montagefläche 32 der
Wurzelstruktur 30 eines Blütenblattelements 20 befestigt
ist, und eine Nabenanbringung 220, welche an der Montagefläche 34 des zentralen
Nabenabschnitts 18 des Primärspiegelaufbaus 12 befestigt
ist. Die Wurzelanbringung 210 wird durch eine Basis 212 und
ein Paar von aufrechten Trägern 214a und 214b definiert.
Die Basis 112 ist an der Montagestruktur 32 der
Blütenblattelement-Wurzelstruktur 30 durch
eine Mehrzahl von Befestigungselementen 35 befestigt. Die
Träger 214a und 214b haben
jeweilige halbzylinderförmige
Kanäle 216a und 216b zur
Aufnahme einer axialen Scharnierwelle 230. Kanäle 216a und 216b sind
weiterhin durch entsprechende genutete Wurzelanbringungsdeckel 218a und 218b definiert
und von diesen umschlossen, welche jeweils durch Befestigungsmittel 37 an den
Trägern 214a und 214b befestigt
sind.
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Die
Scharnierwelle 230 wird durch die Wurzelanbringung 210 abgestützt und
insbesondere ist sie in die durch die Träger 214a, 214b und
die Wurzelanbringungsdeckel 218a, 218b gebildeten
Kanäle gesetzt.
Eine einzigartige Lageranordnung 250, welche es der Scharnieranordnung 200 ermöglicht,
zwei Freiheitsgrade vorzusehen, ist der Scharnierwelle 230 betriebsmäßig zugeordnet.
Die Lageranordnung 250 umfasst einen zylinderförmigen Lagerkäfig 240, welcher
vorzugsweise aus PTFE gebildet ist und eine Mehrzahl von Kugellagern 245 hält, welche
aus Siliziumnitrid gebildet sind. Die Kugellager 245 sind
in einem keilförmigen
Muster angeordnet. Die Lageranordnung 250 umfasst ferner
einen zylinderförmigen inneren
Lager-Laufring 252 und einen zylinderförmigen äußeren Lager-Laufring 254.
Der innere Lager-Laufring 252 ist im engen Eingriff mit
der Scharnierwelle 230, welche durch den ringförmigen Wellenbund 232 gehalten
ist. In ähnlicher
Weise ist der äußere Lager-Laufring 254 in
engem Eingriff mit der Nabenanbringung 220.
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Die
Nabenanbringung 220 der Scharnieranordnung 100 wird
durch eine Basis 222 und ein Paar aufrechte Träger 224a und 224b definiert.
Die Basis 222 ist an der Montagestruktur 32 der
Blütenblattelement-Wurzelstruktur 30 durch
eine Mehrzahl von Befestigungselementen 35 befestigt. Die
Träger 224 und 224b gehen
in ein zylindrisches Gehäuse 226 über. Der äußere zylinderförmige Laufring 254 der Lageranordnung 250 ist
in dem zylinderförmigen
Gehäuse 226 der
Nabenanbringung 220 aufgenommen.
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Wenn
im Betrieb ein Blütenblattelement
der Primärspiegelanordnung 12 von
der verstauten Stellung von 2 zu der
ausgefahrenen Stellung von 1 bewegt
wird, ermöglichen
die relativ bewegbaren inneren und äußeren Laufringe 252 und 254 der Lageranordnung 250 die
Rotationsbewegung und die lineare Bewegung der Wurzelanbringung 210 relativ zu
der Nabenanbringung 220 entlang der Achse der Scharnierwelle 230.
Folglich wird eine thermische Ausdehnung und Zusammenziehung der
Blütenblattelement-Wurzel struktur
aufgenommen zusammen mit einer starren Bewegung der Wurzelstruktur
entlang der Blütenblattelement-Scharnierachse
A auf eine reibungsfreie und ungehinderte Art und Weise. Die Scharnieranordnung 200 hemmt
jede andere Bewegung relativ zu der Scharnierachse.
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Die Doppelhubriegelanordnung
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Nun
auf die 3, 4 und 7 bis 9 Bezug
nehmend, ist die Riegelanordnung 300, welche in den in
Sektoren aufgeteilten Spiegel gemäß der Erfindung eingebaut ist,
eine Doppelhubriegelanordnung, welche äußerst stabil ist, da sie eine hohe
Steifigkeit und geringe Hysterese zeigt, wenn sie Betriebslasten
ausgesetzt wird, denen man während
des Ausfahrens begegnet. Die Riegelanordnung 300 ist dazu
ausgebildet und konfiguriert, dem diesem zugeordneten Blütenblattelement
die Freiheit zu ermöglichen,
sich thermisch auszudehnen und zusammenzuziehen und entlang der
Riegelachse B starr zu bewegen. Insbesondere ist die Riegelanordnung 300 dazu
ausgebildet, vier Freiheitsgrade zu hemmen und eine unbehinderte
Bewegung relativ zu der Scharnierachse A in zwei Freiheitsgraden
zu erlauben. Das heißt,
die Riegelanordnung 300 hemmt den Rotationsfreiheitsgrad
des Blütenblattelements um
die Scharnierachse A wie auch den seitlichen Freiheitsgrad und zwei
Rotationsfreiheitsgrade um die Scharnierachse A.
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Die
Riegelanordnung 300 umfasst den Schäkel 50, welcher an
der Montagefläche 32 der
Blütenblattelement-Wurzelstruktur 30 befestigt
ist und welcher eine Aufnahmeöffnung 52 (siehe 4)
definiert. Die Riegelanordnung 300 umfasst ferner ein Paar
seitlich gegenüberliegende
Riegel 302a und 302b, welche der Montagefläche 34 des
zentralen Nabenabschnitts 18 des Primärspiegelaufbaus 12 betriebsmäßig zugeordnet
sind, zum Eingriff in die Aufnahmeöffnung 52 des Schäkels 50 bei
einer Bewegung eines Blütenblattelements
von der verstauten Stellung von 2 zu der
ausgefahrenen Stellung von 1.
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Auf 7 Bezug
nehmend sind die seitlich gegenüberliegenden
Riegel 302a, 302b hinsichtlich der Konstruktion
und Funktion identisch. Jeder Riegel umfasst eine Riegelwelle 330,
welche für
eine Linearbewegung entlang der Riegelachse B angebracht ist. Ein
Aktuator 360, welcher in einem Gehäuse 362 angeordnet
ist, das an der Montagefläche 34 des
zentralen Nabenabschnitts 18 befestigt ist, ist mit dem
Ende von jeder Riegelwelle 330 durch eine Verbindungsanordnung 380 gekuppelt.
Der Aktuator 360 ist dazu ausgebildet und konfiguriert,
eine axiale Vorwärtsbewegung
der Riegelwelle 330 relativ zu der Aufnahmeöffnung 52 des
Schäkels 50 zu
ermöglichen.
Die Verbindungsanordnung 380 umfasst ein vorderes Verbindungselement 382,
welches an dem Ende der Riegelwelle 330 befestigt ist,
ein primäres mittleres
Verbindungselement 383 und eine hintere Kupplung 384,
welche der Aktuatorantriebswelle 364 betriebsmäßig zugeordnet
ist. Das mittlere Verbindungselement 383 ist mit der hinteren
Kupplung 384 durch ein Vorspannelement 394 verbunden
und mit dem vorderen Verbindungselement 383 durch ein Schwenkelement 393.
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Jede
Riegelwelle 330 ist einer Lageranordnung 350 betriebsmäßig zugeordnet,
welche einen zylinderförmigen
Lagerkäfig 340 umfasst,
welcher aus PTFE gebildet und konfiguriert ist, um eine Mehrzahl
von Kugellagern 345, welche aus Siliziumnitrid gebildet
sind, zu halten. Die Kugellager 345 sitzen in jeweiligen Öffnungen
und sind in einem keilförmigen Muster
angeordnet. Jeder Lagerkäfig 340 ist
zwischen einem zylinderförmigen
inneren Lager-Laufring 352 und
einem zylinderförmigen äußeren Lager-Laufring 354 angeordnet.
Der innere Lager-Laufring 352 ist mit der Riegelwelle 330 im
engen Eingriff, welche teilweise durch den ringförmigen Wellenbund 332 gehalten
ist. Der äußere Lager-Laufring 354 ist
in einer Nabenanbringung 320 getragen.
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Die
Nabenanbringung 320 umfasst eine Basis 322 mit
aufrechten Trägern 324a und 324b,
welche an der Montagefläche 34 des
zentralen Nabenab schnitts 18 durch eine Mehrzahl von Befestigungselementen 335 befestigt
sind. Die Träger 324a, 324b gehen
in ein zylinderförmiges
Gehäuse 326 über. Der äußere zylinderförmige Lager-Laufring 354 ist
in dem zylinderförmigen
Gehäuse 326 der
Nabenanbringung 320 untergebracht.
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Die
relativ bewegbaren inneren und äußeren Laufringe 352 und 354 der
Lageranordnung 350 ermöglichen
eine Rotationsbewegung und eine lineare Bewegung der Wurzelanbringung 310 relativ
zu dem Schäkel 50 entlang
der Achse der Scharnierwelle 330, wenn das Blütenblattelement
in der ausgefahrenen und verriegelten Stellung ist. Folglich wird
die thermische Ausdehnung und Zusammenziehung der Blütenblattelement-Wurzelstruktur
von den Riegelanordnungen 300 zusammen mit einer starren
Bewegung der Wurzelstruktur entlang der Scharnierachse in einer
reibungsfreien und ungehinderten Art und Weise relativ zu der Riegelachse
B aufgenommen.
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Weiterhin
unter Bezugnahme auf 7 ist ein kegelförmiges Lager 375 an
dem freien Ende der Riegelwelle 330 durch eine Tragnabe 380 angebracht
und durch ein Befestigungselement 382 befestigt. Das kegelförmige Lager 375 trägt eine
Mehrzahl von zylindrischen Rollen 385, welche dazu ausgebildet
und konfiguriert sind, in die Aufnahmeöffnung 52 des Schäkels 50 einzugreifen,
wie nachfolgend detaillierter behandelt ist.
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Wenn
die Blütenblattelemente 20a–20f der Spiegelanordnung 12 unabhängig in
die in 1 gezeigten ausgefahrenen Stellungen gedreht werden, gleiten
die gegenüberliegenden
Riegel 302a, 302b der Riegelanordnung 300 hinter
den Schäkel 50, ohne
mit diesen in Kontakt zu treten. In der ausgefahrenen Stellung ist
die Aufnahmeöffnung 52 des
Schäkels 50 an
jeder Blütenblattelement-Wurzel 30 zu
der Riegelachse B ausgerichtet, welche durch die gegenüberliegenden
Riegelwellen 330a, 330b der Riegel 302a, 302b definiert
ist, wie am besten in 8 zu sehen ist. Zu einem solchen
Zeitpunkt sind die kegelförmigen
Lager 375a, 375b an dem Ende der Riegelwellen 330a, 330b von
dem Schäkel 50 beabstandet. Bei
passender Gelegenheit werden die jeweiligen Antriebswellen 364a, 364b der
Aktuatoren 360a, 360b, welche jeweils mit den
Riegelwellen 330a, 330b gekuppelt sind, vorzugsweise
gleichzeitig betätigt.
Dies wiederum bewirkt, dass sich die kegelförmigen Lager 375a, 375b axial
in Eingriff mit der Aufnahmebohrung 52 des Schäkels 50 verschieben,
wie am besten in 9 zu sehen ist.
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Beim
Eingriff treten die Rollen 385 in den kegelförmigen Lagern 375a, 375b an
dem Ende von jeder Riegelwelle 330, 330b mit einer
Aufnahmebohrungsbuchse 54 in Kontakt, welche in der Aufnahmebohrung 52 des
Schäkels 50 befestigt
ist. Während dieses
Eingriffs werden in der Blütenblattelement-Wurzelstruktur
keine Verriegelungskräfte
erzeugt. Die Strecke, welche die Riegelwellen 330a, 330b zurücklegen,
um mit der Aufnahmebohrung 52 des Schäkels 50 in Eingriff
zu treten, ist im Vergleich zu ihrer Gesamtlänge relativ klein. Dies stellt
sicher, dass der Lagerkäfig 340,
mit dem jede Riegelwelle 330a, 330b verbunden
ist, nicht von seinem durch die Nabenanbringung 320 definierten
Gehäuse
verlagert wird.
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Die
durch die gegenüberliegenden
Riegel 302a, 302b auf den Schäkel 50 ausgeübten Steckkräfte sind
gleichgroß und
entgegengesetzt und stellen so sicher, dass während des Eingriffs kein Moment
auf den Schäkel 50 ausgeübt wird.
Dies führt
zu der geringen Hysterese und hohen Steifigkeit, welche von der
Riegelanordnung 300 der vorliegenden Erfindung gezeigt
wird. Insbesondere zeigt die Doppelhubriegelanordnung 300 der
vorliegenden Erfindung eine axiale Steifigkeit in der Größenordnung von
1,75·108 N/m (1.000.000 Pfund/Zoll). Wenn folglich
die gegenüberliegenden
Riegel 302a, 302b im Eingriff sind, wie in 9 gezeigt,
wird sich der Schäkel 50 nicht
mit den Rollen 385 in dem Lager 375a, 375b an
dem Ende von jeder Riegelwelle 330a, 330b drehen
und wieder setzen.
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Ein
System ist offenbart zum Ausfahren der Blütenblattelemente einer in Sektoren
aufgeteilten Spiegelanordnung eines optischen Weltraumteleskops,
wobei der in Sektoren aufgeteilte Spiegel eine zentrale Nabe und
eine Mehrzahl von Blütenblattelementen
umfasst, welche um den Umfang der zentralen Nabe herum angeordnet
sind, und jedes Blütenblattelement
hat eine Blütenblattelement-Wurzel, welche
an der zentralen Nabe unabhängig
schwenkbar angebracht ist. Das System umfasst eine erste Scharnieranordnung,
umfassend eine Wurzelanbringung, welche an einer Blütenblattelement-Wurzel
befestigt ist, und eine Nabenanbringung, welche an der zentralen
Nabe befestigt ist, wobei die erste Scharnieranordnung dem diesem
zugeordneten Blütenblattelement
eine Rotationsbewegungsfreiheit um eine Blütenblattelement-Scharnierachse
ermöglicht. Das
System umfasst ferner eine zweite Scharnieranordnung, umfassend
eine Wurzelanbringung, welche an der Blütenblattelement-Wurzel befestigt
ist, und eine Nabenanbringung, welche an der zentralen Nabe befestigt
ist, wobei die zweite Scharnieranordnung dem diesem zugeordneten
Blütenblattelement eine
Rotationsbewegungsfreiheit um die Blütenblattelement-Scharnierachse
und die Freiheit sich thermisch auszudehnen und zusammenzuziehen
und sich starr entlang der Blütenblattelement-Scharnierachse
in einer reibungsfreien und ungehinderten Art und Weise zu bewegen
ermöglicht.
Das System umfasst auch eine Riegelanordnung, welche einen Schäkel umfasst,
welcher an der Blütenblattelement-Wurzel an einer von
der Scharnierachse beabstandeten Stelle befestigt ist und ein Paar
von seitlich gegenüberliegenden
Riegelmechanismen, welche der zentralen Nabe betriebsmäßig zugeordnet
sind, um mit dem Schäkel
auf eine Drehung des Blütenblattelements
um die Scharnierachse von einer verstauten Stellung zu einer ausgefahrenen
Stellung hin in Eingriff zu treten.