DE10012083C2 - Halterungsvorrichtung für eine Satellitenantenne - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Halterungsvorrichtung für eine Satellitenantenne, insbesonde­ re für eine TV-Satellitenschüssel, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.

Sämtliche TV-Satelliten sind auf dem geostationären Orbit angeordnet. Der geostationäre Orbit ist derjenige Orbit in der Äquatorialebene der Erde, bei dem die Umlaufzeit eines Satelliten mit der Erdumdrehung übereinstimmt. In Abhängigkeit der örtlichen geogra­ phischen Breite erscheint der geostationäre Orbit als gekrümmte Bahn in unterschiedli­ cher Höhe über dem Horizont. Bei einer bekannten Halterungsvorrichtung der eingangs genannten Art wird eine TV-Satellitenschüssel schräg ausgerichtet an einem vertikalen Mastelement als Trageinrichtung befestigt. Das Mastelement ist mittels eines Motors um seine Achse schwenkbar. Damit kann der Benutzer die Satellitenschüssel auf unterschied­ liche, aber eng benachbarte Satelliten ausrichten und deren Programme empfangen.

Um etwas weiter auseinander positionierte Satelliten zu empfangen, muß der Verlauf des geostationären Orbits besser angenähert werden. Hierzu wird beispielsweise die einzige, körperlich vorhandene oder gedachte Schwenkachse der Satellitenschüssel schräg ange­ ordnet, wie es beispielsweise in der US 4,980,697 A, der DE 298 13 770 U1, der DE 94 06 022 U1 und der GB 2 267 177 A offenbart ist. Die senkrecht zur Schwenkachse angeordnete Satellitenschüssel ist dann direkt auf einen Satelliten ausgerichtet, so daß die Programme dieses Satelliten besonders gut empfangen werden können, während bei den weiter entfernt positionierten Satelliten der Empfang schlechter ist. Als alternative Mög­ lichkeit wird mit der Methode der kleinsten Fehlerquadrate eine Schrägstellung der Schwenkachse der Satellitenschüssel vorgenommen, bei welcher die Satellitenschüssel auf möglichst vielen Satelliten auf dem geostationären Orbit mit wenig Abweichung in der Winkelhöhe ausgerichtet werden kann. Ein anderer Weg wird beispielsweise in der DE 43 07 675 A1 beschritten. Hiernach bewegt der Motor den Empfangskopf anstelle der TV-Satellitenschüssel.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halterungsvorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß auch weiter entfernt positionierte Satelliten gut empfangen werden können. Diese Aufgabe wird durch eine Halterungsvor­ richtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltun­ gen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Dadurch, daß zwischen dem Motor und der Trageinrichtung ein Schwenkarm wirkt, der in einer Ebene parallel zur Äquatorialebene beweglich angeordnet ist, kann in der Halte­ rungsvorrichtung der geostationäre Orbit abgebildet werden. Durch die Wirkung des Schwenkarms auf die Trageinrichtung kann die Trageinrichtung und damit die Satelliten­ antenne auf beliebige Positionen auf dem geostationären Orbit ausgerichtet werden, also auf beliebige Satelliten, solange sie über dem Horizont stehen. Mit der Relativbewegung zwischen der Trageinrichtung und dem Schwenkarm besteht - gegenüber der einfachen Schwenkachse ein weiterer Freiheitsgrad, so daß mit den zwei Freiheitsgraden (Drehachsen) sowohl die Ausrichtung auf den Orbit als auch die Polarisation, also die Ausrichtung relativ zum Orbit, exakt einstellbar sind. Durch die definierte Ausrichtung des Satelliten relativ zum Orbit sind die zwei Freiheitsgrade definiert gekoppelt, so daß die Einstellung mit nur einem einzigen Motor erfolgen kann.

Der Schwenkarm muß nicht unbedingt als Arm ausgebildet sein. Er soll lediglich eine Schwenkbewegung durchführen können. Hierzu ist der Schwenkarm vorzugsweise an einem Mastelement mittels einer Lagerung schwenkbar gelagert. Die Lagerung ist vor­ zugsweise mit einem einstellbarem Winkel zum Mastelement angeordnet, um in Abhän­ gigkeit der örtlichen geographischen Breite den Schwenkarm parallel zur Äquatorialebe­ ne auszurichten, was die Einsatzmöglichkeiten der Halterungsvorrichtung steigert. Der Winkel kann über eine Kulisse, eine Spindel oder andere Stellmittel einstellbar sein. Die Einstellung des Winkels kann vor der eigentlichen Installation der Halterungsvorrichtung auf dem Dach erfolgen, so daß auf dem Dach nur wenige Handgriffe erfolgen müssen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Motor als Linearmotor ausgebildet und wirkt zwischen dem Schwenkarm einerseits und der Lagerung oder dem Mastelement andererseits, beispielsweise über einen seitlichen Arm. Damit kann ein großer Schwenk­ bereich des Schwenkarmes erreicht werden.

Bei weit auseinander positionierten Satelliten stehen die Polarisationebenen des Satelli­ tensignals in einem merklichen Winkel zueinander. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform vollführt deshalb bei einer Schwenkbewegung des Schwenkarms die Trageinrichtung eine Schwenk-Neige-Bewegung relativ zum Mastelement, um diese Än­ derung der Polarisationsebenen auszugleichen. Für diese Schwenk-Neige-Bewegung ist ein mehrachsiges Gelenk vorgesehen, beispielsweise ein Kardangelenk oder ein Kugelge­ lenk. Baulich einfache Verhältnisse zur Verwirklichung der Schwenk-Neige-Bewegung ergeben sich, wenn die Trageinrichtung ständig auf den geostationären Orbit ausgerichtet ist, d. h. die Vorzugsrichtung der Trageinrichtung unabhängig von der azimuthalen Bewe­ gung immer auf der direkten Verbindungslinie zum geostationären Orbit liegt. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, daß das Mastelement, der Schwenkarm und die Tragein­ richtung ein Dreieck bilden, wobei sich die Länge von Schwenkarm zu Mastelement wie der Radius des geostationären Orbits zum Erdradius verhält.

Bei der Schwenk-Neige-Bewegung kann außerdem die Neigung der Trageinrichtung be­ züglich des geostationären Orbits (d. h. der Drehwinkel um die direkte Verbindungsachse zwischen Trageinrichtung und geostationärem Orbit) erhalten bleiben. Hierzu ist der Schwenkarm vorzugsweise mit einer Führung für die Trageinrichtung versehen, um diese zu der Schwenk-Neige-Bewegung zu zwingen. Damit die Trageinrichtung nicht auswei­ chen kann, weisen die Führung und die Trageinrichtung in dem Wirkungsbereich der Führung vorzugsweise das gleiche, eckige oder zumindest nicht-kreisrunde Profil auf. Die Führung und ihr Wirkungsbereich können zum Schutz vor der Witterung geeignet abgedeckt sein. Die Führung kann auch an der Trageinrichtung vorgesehen sein, um dann den Schwenkarm aufzunehmen.

Im folgenden ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Ansicht des ersten Ausführungsbeispiels mit Ausrichtung nach Süden,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 1,

Fig. 4 eine Seitenansicht von Fig. 1,

Fig. 5 eine Ansicht des zweiten Ausführungsbeispiels mit einer in gebrochener Linie gezeichneten Abwandlung, und

Fig. 6 eine schematische Darstellung der Winkelverhältnisse zwischen dem Ort der In­ stallation und dem in der Äquatorialebene der Erde angeordneten Satelliten.

Im ersten Ausführungsbeispiel weist eine Halterungsvorrichtung 1 ein Mastelement 3 auf, welches an einem bodenfesten oder dachgebälk-, dachboden- oder wandfesten Masten eines Gebäudes anbringbar ist (oder gegebenenfalls einstückig mit diesem Masten aus­ gebildet ist). An der oberen Spitze des Mastelementes 3 ist eine erste Hülse 5 schwenkbar angelenkt. Die Schwenkachse der ersten Hülse 5 ist horizontal angeordnet. Bei der Instal­ lation der Halterungsvorrichtung 1 wird diese so ausgerichtet, daß das Mastelement 3 vertikal angeordnet ist und die Schwenkachse der ersten Hülse 5 in West-Ost-Richtung verläuft, d. h. die erste Hülse 5 schwenkt in einer Ebene mit konstanter geographischer Länge. Die erste Hülse 5 ist beispielsweise hohlzylindrisch ausgebildet und zwischen zwei dreieckigen Spitzen oder seitlichen Laschen in einer Aussparung des einen größeren Durchmesser aufweisenden Mastelementes 3 angeordnet. Die durch die zylindrische Form bestimmte Achse der ersten Hülse 5 definiert die momentane Richtung der ersten Hülse 5.

An dem Mastelement 3 ist etwas unterhalb der Spitze eine bogenförmige Kulisse 7 ange­ bracht, die parallel zur Schwenkebene der ersten Hülse 5 angeordnet ist. An der Kulisse 7 ist die erste Hülse 5 mittels einer Spannschraube 11 befestigbar, welche mit einem ent­ sprechend großen Kopf versehen durch das kreisbogenförmige Langloch der Kulisse 7 gesteckt ist und auf der anderen Seite der Kulisse 7 an der ersten Hülse 5 befestigt ist. Es kann auch eine Kulisse 7 auf jeder der beiden Seiten des Mastelementes 3 und der ersten Hülse 5 und entsprechend je eine Spannschraube 11 vorgesehen sein.

An der ersten Hülse 5 ist seitlich, parallel zu deren Schwenkachse oder mit dieser fluch­ tend, ein gerader Motorarm 13 angebracht oder einstückig mit der ersten Hülse 5 ausge­ bildet. Bei der Installation der Halterungsvorrichtung 1 weist der Motorarm 13 nach Osten. An dem von der ersten Hülse 5 abgewandten Ende ist auf dem Motorarm 13 ein als Linearmotor ausgebildeter Motor 15 angeordnet und um eine Achse schwenkbar ange­ lenkt, welche parallel zur ersten Hülse 5 verläuft. Der Motor 15 weist ein Motorgehäuse 15' mit Elektromotor und Getriebe und eine Schubstange 15" auf, welche durch den Be­ trieb des Motors 15 relativ zum Motorgehäuse 15' in ihrer Längsrichtung verschoben wird.

Ein länglicher, gerader Schwenkarm 17 mit Vierkantprofil ist an einem Ende mit einem senkrecht abstehenden, zylindrischen Lagerarm versehen. Der Lagerarm ist durch die er­ ste Hülse 5 gesteckt. Ein Anschlag oder Stopfen am freien Ende des Lagerarmes sichert den Verbleib des Lagerarmes in der ersten Hülse 5. Der Lagerarm dient als Drehachse für eine Schwenkbewegung des Schwenkarmes 17 relativ zur ersten Hülse 5. Eine Schwenk­ bewegung des Schwenkarmes 17 erfolgt in einer Ebene senkrecht zur ersten Hülse 5.

Bei der Installation der Halterungsvorrichtung 1 ist der Schwenkarm 17 in nördlicher Richtung schräg nach unten ausgerichtet, wobei zwischen dem Mastelement 3 und dem Schwenkarm 17 die örtliche geographische Breite ϕ eingestellt und mittels der Kulisse 7 und der Stellschraube 11 an der ersten Hülse 5 fixiert ist. Die Kulisse 7 trägt vorzugswei­ se eine entsprechende Gradeinteilung. Der Schwenkarm 17 schwenkt durch diese Aus­ richtung in einer Ebene, die parallel zur Äquatorialebene der Erde angeordnet ist. In ei­ nem Abstand zur ersten Hülse 5 ist am Schwenkarm 17 seitlich die Schubstange 15" des Motors 15 angelenkt, wobei die Schwenkachse der Schubstange 15" parallel zur ersten Hülse 5 und damit auch parallel zur Schwenkachse des Motorgehäuses 15' am Motorarm 13 angeordnet ist.

An dem von der ersten Hülse 5 abgewandten Ende des Schwenkarmes 17 ist an diesem auf dessen Unterseite eine zweite Hülse 21 angelenkt, die um eine in der Stellung gemäß Fig. 1 horizontale Achse relativ zum Schwenkarm 17 schwenkbar ist. Die zweite Hülse 21 weist ein Vierkantprofil auf. Auf jeder ihrer vier Innenseiten ist eine drehbare Rolle 22 gelagert, deren Drehachse parallel zur entsprechenden Wand der zweiten Hülse 21 ange­ ordnet ist. Eine ungefähr L-förmige Trageinrichtung 23 weist einen länglichen, vierkantig profilierten, hinteren Schenkel 23', einen in Verlängerung an diesen anschließenden und mit diesem fluchtenden, länglichen, vorderen Schenkel 23" und einen vom vorderen Schenkel 23" senkrecht nach oben abstehenden, oberen Schenkel 23''' auf. Das hintere, freie Ende des hinteren Schenkels 23' ist durch die zweite Hülse 21 gesteckt, so daß die Außenseiten des hinteren Schenkels 23' an den Rollen 22 anliegen.

Im Bereich zwischen dem hinteren Schenkel 23' und dem vorderen Schenkel 23" ist zwischen der Trageinrichtung 23 und dem Mastelement 3 ein Gelenk 25 mit mehreren Drehachsen vorgesehen, welches im Ausführungsbeispiel aus drei ineinander angeordne­ ten Ringen besteht. Der innere Ring ist am Mastelement 3 angebracht, während der äuße­ re Ring in der Trageinrichtung 23 eingefügt ist. Der mittlere Ring ist relativ zu den bei­ den anderen Ringen um je eine Drehachse drehbar gelagert, wobei die beiden Drehachsen senkrecht zueinander stehen. Das Gelenk 25 kann auch als Kugelgelenk ausgebildet sein, so daß dann eine am Mastelement 3 befestige Kugel und in der Trageinrichtung 23 ein entsprechendes Lager vorgesehen ist. Die gemeinsame Längsrichtung des hinteren Schenkels 23' und des vorderen Schenkels 23" ist im folgenden als die Richtung der Trageinrichtung 23 bezeichnet.

Am oberen Schenkel 23''' der Trageinrichtung 23 wird auf an sich bekannte Weise eine Satellitenantenne befestigt, vorzugsweise eine TV-Satellitenschüssel in Paraboloidform mit einem Empfangskopf (LNB) an einem Tragarm. Die Anordnung der Satellitenanten­ ne und des hinteren Schenkels 23' der Trageinrichtung 23 auf verschiedenen Seiten des Gelenks 25 bewirkt eine gleichmäßigere Gewichtsverteilung am Mastelement 3. Die Richtung der Trageinrichtung 23 ist so gewählt, daß der Winkel β zwischen der Tragein­ richtung 23 und der Horizontalen der Winkelhöhe (Elevation) des Satelliten über dem Horizont entspricht. Die Satellitenantenne ist daher im wesentlichen senkrecht am oberen Schenkel 23''' der Trageinrichtung 23 angebracht und weist parallel zur Richtung der Trageinrichtung 23 schräg nach oben. Bei der Installation der Halterungsvorrichtung 1 wird die Trageinrichtung 23 auf den im Süden gelegenen Zenit des geostationären Orbits ausgerichtet.

Um diese Ausrichtung zu erreichen, haben die Länge des Schwenkarmes 17 zwischen der ersten Hülse 5 und der zweiten Hülse 21 und die Länge des Mastelementes 3 zwischen der ersten Hülse 5 und dem Gelenk 25 das gleiche Verhältnis zueinander wie der Radius des geostationären Orbits und der Erdradius zueinander. Zum Ausgleich von Toleranzen und baubedingten Abweichungen von der mathematisch idealen Anordnung der Teile können entsprechende Justier- oder Nachjustierelemente vorgesehen sein.

Bei einer installierten Halterungsvorrichtung 1 ist, wie bereits beschrieben, die erste Hül­ se 5 fixiert. Wird nun der Motor 15 betätigt, schwenkt der Schwenkarm 17 relativ zur ersten Hülse S. Dabei bewegt der Schwenkarm 17 über die zweite Hülse 21 die Tragein­ richtung 23, welche daraufhin eine Bewegung um das Gelenk 25 ausführt. Die zweite Hülse 21 gleitet geführt auf dem hinteren Schenkel 23' der Trageinrichtung 21. Durch das Vierkantprofil der zweiten Hülse 21 als Führung und des hinteren Schenkels 23' als deren Wirkungsbereich bewirkt die Schwenkbewegung des Schwenkarmes 17 eine gemischte Schwenk-Torsions- oder Schwenk-Neige-Bewegung der Trageinrichtung 23. Der in der Stellung gemäß Fig. 1 in einer vertikalen Ebene angeordnete obere Schenkel 23''' der Trageinrichtung 23 vollführt dabei eine Kipp- oder Neige-Bewegung relativ zur Hori­ zontalen, die dafür sorgt, daß unabhängig von der Stellung des Schwenkarmes 17 der obere Schenkel 23''' immer in derjenigen Ebene bleibt, welche die momentane direkte Verbindungslinie zum geostationären Orbit enthält und senkrecht zu dessen momentaner Tangente steht. Damit bleibt auch die Neigung der Satellitenantenne relativ zum geosta­ tionären Orbit gleich, insbesondere die Orientierung eines LNBs zu den Polarisationsebe­ nen des Satellitenstrahls, was einen optimalen Empfang ermöglicht.

Das zweite Ausführungsbeispiel einer Halterungsvorrichtung 101 stimmt, soweit nicht nachfolgend anders beschrieben, mit dem ersten Ausführungsbeispiel überein. Gleiche oder gleichwirkende Bauteile sind daher mit um 100 höheren Bezugszeichen versehen. An einem Mastelement 103 ist eine erste Hülse 105 schwenkbar gelagert. Zur Lagerung können seitliche Laschen oder eine entsprechend große Aussparung im Mastelement 103 vorgesehen sein. Die erste Hülse 105 ist mittels einer oberhalb derselben am Mastelement 103 angebrachten Kulisse 107 und einer Spannschraube 111 relativ zum Mastelement 103 fixierbar. In einer Abwandlung kann die Kulisse 107 auch die alleinige Verbindung zwischen einem oberen Mastelement mit schwenkbarer Hülse und einem dachfesten unte­ ren Mastelement sein. An einem seitlich von der ersten Hülse 105 abstehenden Motorarm 113 ist ein als Linearmotor ausgebildeter Motor 115 angelenkt, welcher mit seiner Schubstange an einem Schwenkarm 117 angelenkt ist. Der Schwenkarm 117 ist mittels eines senkrecht von ihm abstehenden Lagerarmes in der ersten Hülse 105 drehbar gela­ gert und durch einen geeigneten Anschlag oder Stopfen am freien Ende des Lagerarmes gesichert. Der Schwenkarm 117 weist in einem der geographischen Breite entsprechen­ den Winkel ϕ zum Mastelement 103 schräg nach oben und - bei der Installation - nach Süden, liegt und schwenkt also in einer zur Äquatorialebene parallelen Ebene. An seinem oberen, freien Ende ist am Schwenkarm 117 eine zweite Hülse 121 mit Vierkantprofil angelenkt.

Eine Trageinrichtung 123 ist mit einem vierkantig profilierten, vorderen Schenkel 123' in die zweite Hülse 121 gesteckt, wo Rollen für eine gute Führung sorgen, und mit einem hinteren Schenkel 123" mittels eines Gelenkes 125 am Mastelement 103 gelagert. Das Gelenk 125 weist mehrere Drehachsen auf und ist beispielsweise wie das Gelenk 25 im ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet. Der vordere Schenkel 123' und der hintere Schenkel 123" sind einstückig miteinander ausgebildet und fluchten miteinander, wo­ durch die Richtung der Trageinrichtung 123 definiert ist. An der Übergangsstelle steht ein oberer Schenkel 123''' senkrecht von den beiden Schenkeln 123' und 123" in einer Richtung schräg nach oben ab. An diesem oberen Schenkel 123''' wird die Satellitenan­ tenne angebracht. In einer in der Zeichnung angedeuteten Abwandlung ist der obere Schenkel 123''' am vorderen Ende des vorderen Schenkels 123' angebracht. Dies erlaubt eine kompaktere Bauweise der Halterungsvorrichtung und schützt die zweite Hülse 121 und die von ihr benutzte Gleitstrecke auf dem vorderen Schenkel 123'.

Die Trageinrichtung 123 wird bei der Installation der Halterungsvorrichtung 101 in einem Winkel β (Elevation) auf den Zenit des geostationären Orbits ausgerichtet. Bei einer Schwenkbewegung des Schwenkarmes 117 gleitet die zweite Hülse 121 als Führung auf dem vorderen Schenkel 123' als ihrem Wirkungsbereich und bewegt dadurch die Trage­ inrichtung 123. Bei ihrer Bewegung bleibt die Trageinrichtung 123 in Richtung auf den geostationären Orbit bei gleicher Neigung relativ zu diesem ausgerichtet. Auch mit der Halterungsvorrichtung 101 kann daher der geostationäre Orbit mit optimaler Polarisation abgefahren werden.

Claims (10)

1. Halterungsvorrichtung (1; 101) für eine Satellitenantenne, insbesondere für eine TV- Satellitenschüssel, mit einer beweglichen Trageinrichtung (23; 123) für die Satelli­ tenantenne und einem Motor (15; 115) zum Bewegen der Trageinrichtung (23; 123), dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Motor (15; 115) und der Trageinrichtung (23; 123) ein Schwenkarm (17; 117) wirkt, der in einer Ebene parallel zur Äquatorial­ ebene beweglich angeordnet ist, wobei bei einer Bewegung des Schwenkarms (17; 117) die Trageinrichtung (23; 123) sich relativ zum Schwenkarm (17; 117) bewegt.

2. Halterungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenk­ arm (17; 117) an einem Mastelement (3; 103) mittels einer Lagerung (5; 105) schwenkbar gelagert ist.

3. Halterungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung (5; 105) mit einem einstellbarem Winkel zum Mastelement (3; 103) angeordnet ist.

4. Halterungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (15; 115) als Linearmotor ausgebildet ist und zwischen dem Schwenkarm (17; 117) einerseits und der Lagerung (5; 105) oder dem Mastelement (3; 103) anderer­ seits wirkt.

5. Halterungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (15; 115) auf beiden Seiten mit je einer Schwenkachse angelenkt ist, welche parallel zur Schwenkachse des Schwenkarms (17; 117) angeordnet ist.

6. Halterungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Schwenkbewegung des Schwenkarms (17; 117) die Trageinrichtung (23; 123) eine Schwenk-Neige-Bewegung relativ zum Mastelement (3; 103) voll­ führt.

7. Halterungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trageinrichtung (23; 123) auf den geostationären Orbit ausgerichtet ist.

8. Halterungsvorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Schwenk-Neige-Bewegung der Trageinrichtung (23; 123) die Neigung der Tragein­ richtung (23; 123) bezüglich des geostationären Orbits erhalten bleibt.

9. Halterungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkarm (17; 117) mit einer Führung (21; 121) für die Trageinrichtung (23; 123) versehen ist.

10. Halterungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (21; 121) und die Trageinrichtung (23; 123) in dem Wirkungsbereich (23'; 123') der Führung (21; 121) das gleiche, eckige Profil aufweisen.