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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung bezieht sich auf Hubmechanismen und insbesondere auf einen ausfahrbaren Mast sowie auf Verfahren zum Ausfahren eines Mastes.
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Die Technik des Hubmechanismus umfasst hydraulische, pneumatische und Verbundstrukturen, die miteinander kombiniert werden können, um eine starre Konstruktion zu bilden, ist jedoch nicht darauf begrenzt.
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HINTERGRUND
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Ausfahrbare Masten haben sowohl auf kommerziellem als auch auf militärischem Gebiet Anwendung gefunden. So schließen beispielsweise elektronische Komponenten oder Einheiten, die an der Spitze von ausfahrbaren Masten befestigt sind, Kommunikations- und Sensorgeräte mit ein, d. h. Antennen, Kameras und Mikrophone, um sensorische Daten sammeln und/oder die gesammelten Daten zu einer entfernten Stelle weiterleiten zu können.
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Mit zunehmender Entwicklung mobiler Überwachungs- und Kommunikationssysteme werden leichte, tragbare, mobile und zuverlässige ausfahrbare Plattformträgersysteme erwünscht.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein ausfahrbarer Mast gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 definiert. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Es wird ein Verfahren zum Ausfahren eines Mastes mit wenigstens drei flexiblen Bändern offenbart. Jedes Band umfasst einen linken und einen rechten Randbereich und einen dazwischen angeordneten flachen Teil, wobei sowohl der rechte als auch der linke Randbereich des Bandes eine Reihe von alternierenden Zähnen und Laschen aufweist, wobei jeder Zahn mit einem Schlitz versehen ist.
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Das Verfahren umfasst das Ausfahren des Mastes, indem flexible Bänder mittels eines Eingriffsrotors zusammengeführt werden, wobei der linke Randbereich eines der Bänder in den rechten Randbereich eines benachbarten Bandes von den wenigstens drei flexiblen Bändern eingreift.
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Ein erster Verzahnungsmechanismus umfasst das Ineinandergreifen von Zähnen, die am linken Randbereich eines der flexiblen Bänder vorgesehen sind, in Zähne, die am rechten Randbereich eines benachbarten flexiblen Bandes vorgesehen sind. Jeder Zahn umfasst einen Kronenbereich, der einen oberen gebogenen Bereich und einen unteren gebogenen Bereich aufweist, und wobei das Ineinandergreifen der Zähne das Eingreifen des oberen gebogenen Bereichs in eine Einkerbung, die im unteren Basisbereich eines oberen gegenüberliegenden Zahnes eingeschnitten ist, und das Eingreifen des unteren gebogenen Bereichs in eine Einkerbung, die in einem oberen Basisbereich eines unteren gegenüberliegenden Zahnes eingeschnitten ist, umfasst, wobei der obere und der untere gebogene Bereich in gleicher Richtung angeschrägt sind, so dass sie über das benachbarte flexible Band ragen.
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Ein zweiter Verzahnungsmechanismus umfasst in jedem der Zähne einen Schlitz, der eine Lasche aufnimmt, die zwischen benachbarten Zähnen an einem benachbarten Band vorgesehen ist.
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Das Gehäuse umfasst ferner einen Transportmechanismus, um die wenigstens drei Bänder gemeinsam von jeweiligen Rollen abzuziehen, wodurch bewirkt wird, dass der Verzahnungsmechanismus einrastet und einen stabilen Mast bildet. Bei umgekehrtem Betrieb zieht der Transportmechanismus den Mast zurück, trennt die Bänder voneinander und ermöglicht ein Aufwickeln der Bänder auf ihre jeweiligen Rollen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die offenbarten Ausführungsformen werden im Folgenden zusammen mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben, welche die offenbarten Ausführungsformen darstellen, jedoch nicht begrenzen sollen, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente benennen und wobei:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Hubmechanismus zum Ausfahren eines Mastes aus einem Satz flexibler Bänder gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung ist;
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2 eine Ansicht entlang der Linien 2-2 von 1 gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung ist;
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3 eine perspektivische Ansicht eines Teils des flexiblen Bandes gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung ist;
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4 eine Draufsicht auf einen Teil des flexiblen Bandes gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung ist;
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5 eine perspektivische Ansicht des Unterteils des ausfahrbaren Mastes gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung ist;
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6A eine perspektivische Ansicht eines Kabels ist, das während des Ausfahrens eines Mastes gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung aus einer Kabelwanne gezogenen wird;
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6B eine perspektivische Ansicht eines Kabels ist, das während des Einfahrens eines Mastes gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung in einer Kabelwanne aufgewickelt wird;
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7 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Beispiels der vorliegenden Offenbarung ist;
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8 ein Blockdiagramm des Hubmechanismus gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung ist;
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9 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines ausfahrbaren Schutzes für den Hubmechanismus gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung ist;
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10 eine Ausführungsform einer Roboter-Vorrichtung ist, die den Hubmechanismus gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung aufweist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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1 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung 10 zum Ausfahren eines ausfahrbaren Mastes 100. Der Mast 100 umfasst eine Plattform 194, auf der ein Gerät bzw. Geräte 168 befestigt sein können. Der Mast 100 ist aus wenigstens drei flachen flexiblen Bändern 102, 104, 106 geformt, wobei jedes der Bänder einen Satz von alternierenden Laschen und geschlitzten Zähnen aufweist, die entlang gegenüberliegenden Rändern der Bänder angeordnet sind. Die Zähne eines Bandes verzahnen sich mit den Zähnen eines benachbarten Bandes in einem ersten ineinandergreifenden Verhältnis, um die Bänder fest zusammen zu halten. Ferner greift eine zwischen benachbarten Zähnen eines Bandes angeordnete Lasche in jedem der Zähne des verzahnten Bandes in einen Schlitz ein, um ein zweites ineinandergreifendes Verhältnis für eine weitere Sicherung der Bänder sowie einen stabilen Mast zu bilden, der einem Zusammenbruch selbst unter widrigen Umständen widerstehen kann.
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Bei einer Ausführungsform weist die Vorrichtung 10 von 1 eine aus Kamera/Sensor und Mikrophon bestehende Einheit 168 auf, die durch den Mast 100 von einer Basiseinheit 78 ausgehend hochgezogen wird, die drei Paare von beabstandet angeordneten senkrechten Stützelementen 70 umfasst. Jedes der senkrechten Stützelemente 70 trägt jeweils eine Spule 82, 84, 86 mit aufgewickelten Bändern 102, 104 und 106, die entlang einer horizontalen Achse drehbar befestigt sind.
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1 zeigt ferner einen Transportmechanismus, der einen Eingriffsrotor 156 aufweist, der betätigt werden kann, um die Bänder 102, 104 und 106 von den Spulen 82, 84 und 86 zu einem Mast mit einem im Wesentlichen dreieckigen Querschnitt zusammenzuführen (siehe 2). Die Bänder können unter Rollen 76 hindurch laufen, welche die Bänder zum Eingriffsrotor 156 führen. Durch Drehen des Eingriffsrotors 156 greifen die Bänder ineinander, wodurch der Mast 100 ausgefahren und die Plattform 194 hochgefahren wird, die bei wenigstens einer Ausführungsform die aus Kamera/Sensor und Mikrophon bestehende Einheit 168 trägt.
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Bei einigen Ausführungsformen ist der Eingriffsrotor 156 an der Basis 78 entlang einer Drehachse in einer Ausfahr- bzw. Einfahrrichtung des Mastes drehbar befestigt und kann in der Mitte einer Dreiecksform der drei Bänder 102, 104 und 106 angeordnet sein, wie am besten aus 2 ersichtlich. 2 zeigt ferner eine Schnittansicht des Mastes 100, in der jeweils die nach innen gerichtete Wölbung 108, 110, 112 der Bänder 104, 106, 108 dargestellt ist, die durch Biegen der Bänder entstehen kann, wenn die sich gegenüberliegenden Ränder der Bänder gemäß einem nachstehend näher beschriebenen ersten Verzahnungsmechanismus und einem zweiten Verzahnungsmechanismus ineinandergreifen.
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Der Eingriffsrotor 156, der durch einen an der Basis 78 befestigten Motor 170 mittels eines Kettenantriebs oder einer anderen geeigneten Verbindungsanordnung gedreht wird, umfasst ein Schraubengewinde 157 und dient dem Ausfahren bzw. Einfahren des Mastes 100, indem er in wenigstens eine Reihe von angeschrägten Antriebsschlitzen 144 eingreift, die entlang einer mittleren Längserstreckung zumindest eines der Bänder 102, 104 und 106 angeordnet sind. Bei der in 5 gezeigten Ausführungsform greift der Eingriffsrotor 156 in drei Schlitze 144 jedes der Bänder ein, um den Mast 100 aus- bzw. einzufahren. Während der Drehung des Eingriffsrotors 156 nimmt der Rotor 156 kontinuierlich den nächsten Schlitz 144 in einem benachbarten Band an. Alternativ kann der Eingriffsrotor 156 nur in ein Band oder eine Anzahl von Bändern eingreifen, die geringer ist als die Anzahl der den Mast 100 bildenden Bänder. Beispielsweise kann bei einer Ausführungsform nur ein Band angeschrägte Antriebsschlitze 144 aufweisen und der Eingriffsrotor so konfiguriert sein, dass er nur mit dem Band mit den angeschrägten Schlitzen 144 in Eingriff gelangt.
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1 zeigt ferner einen Schalter 120 für die obere Begrenzung, der ein Signal bereitstellt, wenn der Mast vollständig ausgefahren ist, und einen Schalter 122 für die untere Begrenzung, der ein Signal bereitstellt, wenn der Mast vollständig eingefahren ist.
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Die 3 und 4 zeigen ein flexibles Band 102 eines Satzes von drei flexiblen Bändern 102, 104 und 106, die im verzahnten Zustand einen Mast 100 bilden. Jedes der Bänder 102, 104 und 106 weist zwei Reihen von voneinander beabstandeten Zähnen 304 auf, die an gegenüber liegenden Rändern eines flachen mittleren Bereiches 318 jedes Bandes angeordnet sind. Jeder Zahn 304 an den beiden Seiten jedes Bandes umfasst einen Kronenbereich, wobei ein oberer vorspringender Bereich 310 (definiert als der Bereich, welcher der Spitze des Mastes 100 am nächsten ist) und ein unterer vorspringender Bereich 312 um ca. 20–25 Grad zum benachbarten Band hin gebogen sind, um ein Eingreifen in das benachbarte Band zu erleichtern. Damit eine kompakte bzw. platzsparende Lagerung der Bänder 102, 104 und 106 auf den jeweiligen Spulenanordnungen 82, 84 und 86 (siehe 1) gewährleistet werden kann, nimmt die Länge der Zähne 304 schrittweise zu, beginnend bei einem für den unteren Bereich des Mastes 100 vorgesehenen unteren Zahn 304 mit einer Länge L2, bis zur Spitze des Mastes 300, wo eine Länge L1 eines obersten Zahnes 304 die Länge L2 überschreitet. Aufgrund der schrittweise länger werdenden Zähne 304 liegen die aufeinander liegenden Lagen eines auf einer Spule aufgewickelten Bandes flächig auf der jeweils darunterliegenden Lage, wobei ein Zahneiner unteren Lage des aufgewickelten Bandes mitsamt seinen vorspringenden Bereichen 310 und 312 unter dem längeren Zahn der darüber liegenden Lage ruht, wodurch ein kompaktes Aufwickeln des Bandes ermöglicht wird.
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Da die Bänder durch das Schraubengewinde 157 zusammengeführt werden, greifen die drei Bänder 102, 104 und 106 zu jedem Zeitpunkt in drei verschiedene Bereiche des Schraubengewindes 157 ein. Damit die Zähne 304 benachbarter Bänder ineinandergreifen können, sind die Zähne 304 an den drei Bändern in Bezug auf den angewinkelten Schlitz unterschiedlich angeordnet. Somit bilden die drei Bänder 102, 104 und 106 einen Satz, wobei jedes der Bänder ein Unikat und nicht mit den anderen beiden Bändern austauschbar ist, um sicherstellen zu können, dass die drei Bänder einwandfrei verzahnen und ineinandergreifen.
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Die Bänder 102, 104 und 106 stellen einen zweifachen Verzahnungsmechanismus bereit, der einen primären Verzahnungsmechanismus und einen sekundären Verzahnungsmechanismus umfasst. Der primäre Verzahnungsmechanismus basiert auf dem Eingreifen eines jeden Zahnes 304 jedes Bandes zwischen zwei Zähnen 304 eines benachbarten Bandes. Vorspringende Bereiche 310 und 312 jedes Zahnes 304 greifen in eine Einkerbung 311 ein, die jeweils an einem Basisbereich eines oberen Zahnes 304 und eines unteren Zahnes 304 eines gegenüber liegenden Bandes vorgesehen ist. Bei wenigstens einer Ausführungsform ist die Einkerbung 311 halbkreisförmig ausgebildet. Sobald jeder Zahn zwischen zwei gegenüber liegenden Zähnen arretiert ist, wird durch die Einkerbungen ein Auftrennen der Zähne zusätzlich verhindert.
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Der sekundäre Verzahnungsmechanismus wird bereitgestellt durch das Eingreifen einer Lasche 306, die jeweils zwischen zwei benachbarten Zähnen an einem Band angeordnet ist, in einen Schlitz 308, der in der Mitte jedes gegenüberliegenden Zahnes 304 an einem benachbarten Band angeordnet ist. Die Laschen 306 und die Schlitze 308 sind so geformt, dass die Ränder der Lasche 306 sich mit einem Innenrand des Schlitzes 308 verbinden. Dieser zweifache Verzahnungsmechanismus minimiert in vorteilhafter Weise eine Verdrehung und bietet eine erhöhte Stabilität des Mastes.
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5 zeigt, dass der Mast durch Bänder 102, 104 und 106 gebildet ist, die durch die Drehung eines Eingriffsmotors 156 zusammengeführt- und hochgezogen werden, wobei das Schraubengewinde 157 des Rotors 156 in wenigstens einen angeschrägten Schlitz 144 jedes der Bänder eingreift. Wie vorstehend beschrieben, ist jeder Zahn 304 eines Bandes zwischen zwei Zähnen 304 eines benachbarten Bandes arretiert, um so die erste Verzahnung zu bilden. Jede der zwischen zwei Zähnen 304 an einem Band angeordneten Laschen 106 greift in einen Schlitz 308 ein, der innerhalb des Zahnes 304 des benachbarten Bandes angeordnet ist, um eine zweite Verzahnung zu bilden.
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Sobald die erste und die zweite Verzahnung erfolgt sind, sorgt die nach außen wirkende Kraft, die durch die in 2 gezeigte Wölbung 108, 110 und 112 erzeugt wird, dafür, dass die Stabilität des Mastes 300 aufrecht erhalten bleibt.
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5 zeigt ferner, dass ein unterer Bereich des Rotors 156 einen gebogenen Flanschbereich 158 aufweist, der mit den Bändern in Kontakt steht, die Bänder 102, 104 und 106 zum Gewinde 157 führt, wenn der Mast ausgefahren wird, und die Trennung der Bänder erleichtert, wenn der Mast 100 einfährt.
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5 zeigt ferner eine Stabilisierungsvorrichtung 300, die am oberen Ende des Mastes 100 unterhalb der Plattform 194 angeordnet ist, um die miteinander verzahnten Bänder mittels zweier Stellschrauben 302, welche auf jedes Band Druck ausüben, zu verspannen. Somit ist der Mast 100 aufgrund des primären und des sekundären Verzahnungsmechanismus und der Stabilisierungsvorrichtung 300 für einen Einsatz in Umgebungen, in denen externe Kräfte wie z. B. Vibrationen und Wind einwirken, ausreichend stabil.
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Die Bänder 102, 104 und 106 sind so ausgebildet, dass sie sich automatisch selbst auf die Spulen 82, 84 und 86 wickeln, wenn der Mast 100 abgesenkt wird. Bei einer Ausführungsform sind die Bänder 102, 104 und 106 mittels Laser zugeschnitten, und zwar aus vollem, hochfestem rostfreiem Stahl vom Typ 301 mit einer Dicke von 0,015–0,032 Inch, welcher eine extreme Festigkeit bereitstellt und den äußeren Kräften, die ein Verdrehen des Mastes bzw. ein Lösen der Bänder 302a–c bewirken können, widerstehen kann. Die Bänder sind so zugeschnitten, dass die Richtung der Stahlbänder entlang einer Längsachse läuft, die einer Richtung entspricht, in der sie von einer Stahlrolle abgewickelt werden, die für die Lieferung des Bandmaterials verwendet wird. Durch das Abschneiden von Stahlmaterial unter Berücksichtigung der Krümmung der Vorratsrolle wird das Auf- bzw. Abrollen des Bandes auf die bzw. von der Spulanordnung des Mastes Betätigung des Mastes erleichtert.
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Jedes der Bänder 102, 104 und 106 wird zu einer Spule mit vorab festgelegtem Innen- bzw. Außendurchmesser aufgerollt. Die Durchmesser werden auf Basis der gewünschten Höhe des Mastes und der Bedingung vorab festgelegt, dass die Zähne 304 im aufgewickelten Zustand radial aneinander ausgerichtet sind, so dass sie auf einem darunter liegenden Zahn geringerer Länge flach anliegen. Vorzugsweise werden Innen- und Außendurchmesser des aufgewickelten Bandes 302 beibehalten, während das aufgewickelte Band 302 für ca. 2–4 Stunden in einem auf ca. 650–800 Grad F vorgeheizten Ofen (vorzugsweise 3 Stunden in einem auf ca. 700 Grad F vorgeheizten Ofen) erwärmt wird, wonach das Band 302 herausgenommen und abgekühlt, z. B. luftgekühlt wird.
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Bei wenigstens einer Ausführungsform kann jedes Band aus vollem, hochfestem rostfreiem Stahl vom Typ 301 mit einer Dicke von 0,025 Inch bestehen. Bei anderen Ausführungsformen können die flexiblen Bänder aus einem Kunststoffmaterial wie z. B. Plastik, flexiblem Keramik oder einem Verbundmaterial bestehen.
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Auch wenn die hierin dargestellten und erläuterten exemplarischen Ausführungsformen drei Bänder aufweisen, können bei weiteren Ausführungsformen je nach kundenspezifischen Einsatzbestimmungen mehr Bänder eingesetzt werden.
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In dem Eingriffsrotor 156 ist eine koaxiale Bohrung 88 ausgebildet, die es erlaubt, dass zumindest ein Signalkabel 98 von einer innerhalb der Basis 78 der Vorrichtung 10 befestigten Kabelwanne 166 (siehe 6A und 6B) durch einen durch die Bänder 102, 104 und 106 gebildeten Durchgang über die Länge des Mastes 100 verläuft. Das zumindest eine Signalkabel 98 kann wenigstens ein Gerät, d. h. Kamera/Sensor 168, das oben auf der Plattform 194 am oberen Ende des Mastes 100 befestigt ist, über einen in einem Rand der Kabelwanne 166 angeordneten Anschluss 167 mit entsprechenden Komponenten verbinden.
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6A zeigt ein aus der am Boden der Basiseinheit 78 angeordneten Kabelwanne 166 herausgefahrenes Kabel 98 während des Ausfahrens des Mastes 100. Bei einer Ausführungsform überträgt das Kabel 98 durch die Mitte des Mastes 100 Leistungs- und Kommunikationssignale von der Basis des Mastes 100 an das Gerät bzw. die Geräte an der Spitze des Mastes 100. Das Kabel 98 ist am Boden der Kabelwanne 166 aufgewickelt, wobei ein Ende des Kabels 98 an einem ortsfesten Teil der Kabelwanne 166 fixiert ist. Der ortsfeste Teil kann einen Kabelanschluss 167 aufweisen, der wiederum an einem Steuermodul 162, einem Leistungsmodul 172 und/oder anderen Geräten angeschlossen sein kann, die Signale zu den am Mast befestigten Geräten 168 senden oder von diesen empfangen. Beim Ausfahren des Mastes wird das Kabel 98 aus der Kabelwanne 166 gezogen. Die Kabelwanne 166 weist eine Kabelumlenkung 179 auf, die einen hochragenden Punkt in der Mitte des Bodens der Kabelwanne 166 umfasst.
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6B zeigt ein während des Einfahrens des Mastes 100 in einer Kabelwanne aufgewickeltes Kabel 98. Beim Einfahren des Mastes 100 wird das Kabel 98 in die Kabelwanne 166 abgesenkt und über eine Umlenkung 179 aus dem Zentrum der Kabelwanne 166 herausgeführt. Um die kompakte Spirale des Kabels 98 innerhalb der Kabelwanne 166 leichter ausfahren zu können, ist die Fläche 181 der Kabelwanne 166 abwärts und weg von der Umlenkung 179 geneigt, so dass das Kabel 98 über die geneigte Fläche 181 gleiten und eine Kabelringspirale bilden kann.
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7 zeigt einen Mechanismus, der ein automatisches Stoppen des Ein- bzw. Ausfahrens des Mastes ermöglicht. 7 zeigt einen Schalter 120 für die obere Begrenzung und einen Schalter 122 für die untere Begrenzung, die Signale abgeben, sobald der Mast 100 vollständig ausgefahren bzw. vollständig eingefahren ist. Der Schalter 120 für die obere Begrenzung wird durch ein Drehelement 802 aktiviert, das durch den Betrieb einer Kontaktstange 804, die durch eine Feder 806 vorgespannt ist, gedreht wird, um den Kontakt der Kontaktstange 804 mit der äußeren Lage des aufgewickelten Bandes 102 aufrecht zu erhalten. Während der Mast 100 ausgefahren wird, wird das Band 102 von der Spule abgewickelt, wodurch sich der Durchmesser des aufgewickelten Bandes 102 reduziert, so dass sich die Kontaktstange 804 abwärts dreht. Das Drehelement 802 folgt der Drehung der Kontaktstange 804. Wenn das aufgewickelte Band 102 derart auf einen vorab festgelegten Durchmesser reduziert worden ist, dass der Mast 100 vollständig ausgefahren ist, betätigt das Drehelement 802 den Schalter 120 für die obere Begrenzung und liefert über Leitungen 66 ein Signal an ein Steuermodul 162 (siehe 9).
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Bei einer Ausführungsform wird der Schalter 122 für die untere Begrenzung durch eine Stange 810 aktiviert, die von einer nicht dargestellten Grundplatte aktiviert wird, die beim Absenken durch die Plattform 194 niedergedrückt wird. Aufgrund der Aktivierung liefert der Schalter 122 für die untere Begrenzung ein Signal 67, welches anzeigt, das sich der Mast in einem vollständig eingefahrenen Zustand befindet.
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8 ist ein Blockdiagramm, das die Steuerlogik für den Hubmechanismus 10 von 1 zeigt. Eine Steuerschnittstelle 164 stellt dem Nutzer eine Schnittstelle zum Ein- bzw. Ausfahren des Mastes 100 zur Verfügung.
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Die Steuerschnittstelle 164 wird von einem Nutzer verwendet, um den Mast 100 ein- bzw. auszufahren und kommuniziert über einen verdrahteten bzw. drahtlosen Datenanschluss mit einem Steuermodul 162.
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Das Steuermodul 162 kann eine anwenderspezifische integrierte Schaltung („ASIC”) oder eine andere Chipsatz-, Prozessor-, logische Schaltungs- oder weitere Datenverarbeitungsvorrichtung umfassen. Das Steuermodul 162 kann ferner einen Speicher aufweisen, beispielsweise einen flüchtigen bzw. nichtflüchtigen Speicher wie z. B. einen ROM und/oder einen RAM-Speicher, einen EPROM, einen EEPROM, einen Flash-Speicher oder jeden bei Computern üblichen Speicher.
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Das Steuermodul 162 kann ferner eine Logik umfassen, die anhand einer vorab festgelegten Formel basierend auf einer Laufzeit des Motors 170 die Höhe des Mastes 100 berechnet. Eine dem Nutzer bereitgestellte Anzeige der Masthöhe ermöglicht es dem Nutzer, den Mast 100 auf eine vom Nutzer festgelegte Länge/Höhe auszufahren bzw. ermöglicht es dem Steuermodul 162, den Mast 100 auf eine vorab festgelegte Höhe auszufahren, indem die Aktivierungszeit des Motors 170 gesteuert wird. Darüber hinaus kann das Steuermodul 162 Ein- und Ausgänge 160 umfassen, die an andere Hubmechanismen 10 angeschlossen werden können, so dass es mehreren Hubmechanismen 10 ermöglicht wird, in einer Master/Slave-Beziehung zu arbeiten. Beispielsweise kann eine Synchronisierung des Ein- und Ausfahrens mehrerer Maste 100 auf gleiche bzw. unterschiedliche Höhe auf Basis vorab festgelegter oder vom Nutzer anwählbarer Eingaben in Situationen sinnvoll sein, in denen eine zusätzliche Unterstützung erforderlich ist, z. B. um eine horizontale Plattform zu bilden, die groß genug ist für die Unterstützung von Landung bzw. Start einer Drohne (UAV).
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Weiterhin wird das Ausfahren des Mastes 100 durch das Steuermodul 162 automatisch gestoppt, falls basierend auf einem vom Schalter 120 für die obere Begrenzung empfangenen Signal festgestellt wird, dass der Mast vollständig ausgefahren ist. Ebenso kann das Steuermodul 162 das Absenken des Mastes 100 automatisch stoppen, falls basierend auf einem vom Schalter 122 für die untere Begrenzung empfangenen Signal festgestellt wird, dass der Mast 100 vollständig eingefahren ist.
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Das Leistungsmodul 172 kann jegliche Spannungsquelle sein, die für den Hubmechanismus 10 geeignet ist und kann AC- bzw. DC-Eingänge sowie AC- und DC-Ausgangsfähigkeit aufweisen. Das Leistungsmodul 172 kann ein Stromkabel zu einer Wechselstromquelle sowie wiederaufladbare NiMH- und Li-Ionen-Batterien umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt. Das Leistungsmodul 172 kann den erforderlichen Strom an die Steuerschnittstelle 164, das Steuermodul 162, den bzw. die Hubmotoren 170, die Geräte oben am Mast 100 sowie jede andere Vorrichtung, die elektrischen Strom erfordert, liefern.
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Bei einer Ausführungsform sind das Steuermodul 162 und das Leistungsmodul 172 in einem abgedichteten mittleren Bereich der Basiseinheit 78 oberhalb der Kabelwanne 166 befestigt.
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9 zeigt eine Ausführungsform einer automatisch ausfahrbaren und einziehbaren Mastschutzvorrichtung 174. In gewissen Umgebungen kann der Mast 100 möglicherweise destruktivem Material ausgesetzt sein, wodurch ein ordnungsgemäßer Betrieb des Hubmechanismus bedroht sein kann. So kann beispielsweise Regen durch Öffnungen im Mast 100 fließen und möglicherweise in die Basis des Hubmechanismus eintreten. Darüber hinaus können die Schlitze durch Staub oder Schmutz verstopfen und gefrierender Regen kann den Mast 100 blockieren. Folglich kann eine Mastschutzvorrichtung 174 nützlich sein, die den Mast 100 automatisch umhüllt, wenn er ausgefahren wird, und die sich automatisch zurückzieht, wenn der Mast eingefahren wird. Ferner ist bei einigen Anwendungen, z. B. bei Gewerbeschauen, eine Mastschutzvorrichtung mit ästhetisch ansprechender Außenhülle geeignet.
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Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Mastschutzvorrichtung 174 ein Gehäuse 171, das über einem (nicht dargestellten) Hubmechanismus montiert ist. Bei einer Ausführungsform umfasst das Gehäuse 171 drei Paare senkrechter Stützelemente 173, die auf einer zum Teil dargestellten Tragfläche 77 montiert sind. Jedes Paar von Stützelementen 173 kann eine Rolle 176 tragen, die eine Spule mit Schutzmaterial 175 zum Schützen jedes der Bänder 102, 104 und 106 aufweist. Bei einigen Ausführungsformen besteht das Schutzmaterial 175 aus Gewebe, einem Kunststoffmaterial oder jeglichem geeigneten Material, wobei die Breite jedes Schutzmaterials größer ist als die Breite der flexiblen Bänder, die den Mast 100 bilden. Das Schutzmaterial ist so lang, dass es den Mast 100 über seine Länge umhüllt. Ferner ist ein oberer Bereich jedes der aus Schutzmaterial 175 bestehenden Bänder fest an der Spitze des Mastes 100 befestigt bzw. kann an der Plattform 194 befestigt werden.
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Während der Mast ausgefahren wird, wird das befestigte Abschirmmaterial 175 von den Rollen 176 gezogen, was bewirkt, dass die Rollen 176 sich drehen und an eine (nicht dargestellte) Feder, die sich in jeder der Rollen 176 befindet, Spannung anlegen. Dem Durchschnittsfachmann sind Spannrollen bekannt, was nicht einschränkend ist, und es kann jeder geeignete Spulmechanismus eingesetzt werden.
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Bei einer Ausführungsform dient eine Halteschiene 181 zur Ausrichtung des Schutzmaterials 175 vor dem Mast 100, wo ein Führungsmechanismus 186 die Ränder 178, 179 der Abschirmung 175 beim Abziehen des Schutzmaterials 175 von den jeweiligen Spulen 176 zusammenführt. Gegenüberliegende Ränder 178, 179 benachbarter Schutzmaterialbereiche können einen Befestigungsmechanismus aufweisen, z. B. Velcro, eine Kunststoff- bzw. Metallreißverschlussanordnung, oder einen anderen bekannten Mechanismus um eine lösbare Verbindung der Schutzmaterialbereiche während des Ausfahrens des Mastes bereitzustellen. Während des Einfahrens des Mastes wickeln die Spannrollen 176 das Schutzmaterial auf, was bewirkt, dass sich die Ränder 178, 179 nach Durchlaufen des Führungsmechanismus 186 voneinander lösen.
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10 zeigt einen Roboter-Hubmechanismus 208, der den Hubmechanismus von 1 eingebaut in eine Robotervorrichtung 210 umfasst. Ein derartiger Roboter-Hubmechanismus 208 kann für Militär- oder Exekutivorgane für Beobachtungen in unterschiedlichen Höhen hilfreich sein.
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Ein Mast 100, der in einem Gehäuse 210 befestigt ist, das mit einem Transportsystem z. B. in Form von Ketten 214 ausgestattet ist, kann durch eine Öffnung 218 im Gehäuse 210 ausgefahren werden, wobei er eine Kamera 168 und/oder andere Geräte wie z. B. eine Lampe 206 und ein Mikrophon 192, die an einer Plattform 194 befestigt sind, hochfährt. Eine am Gehäuse befestigte Antenne 190 sowie eine Steuerung im Gehäuse ermöglichen über eine Fernbedienung eine kabellose Bedienung des Roboter-Hubmechanismus 208. Ein (nicht dargestelltes) Leistungsmodul, das im Gehäuse 210 montiert ist, kann aufladbare Batterien (Akkus) umfassen, die an einem extern angeordneten Anschluss 216 aufgeladen werden können. Obwohl die Roboter-Hubvorrichtung 208 Ketten 214 aufweisen kann, sind weitere Roboter- und Roboterantriebseinheiten bekannt. Folglich kann das Transportsystem Räder oder andere verfügbare Mechanismen aufweisen.
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Auch wenn die vorstehende Offenbarung illustrative Ausführungsformen zeigt, ist festzustellen, dass weitere Änderungen und Modifikationen möglich sind, ohne vom Umfang der beschriebenen Ausführungsformen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert sind, abzuweichen. Beispielsweise kann die Vorrichtung 10 so modifiziert sein, dass ein ausfahrbarer Mast für eine spezielle Anwendung nach unten oder in eine andere Richtung ausgefahren werden kann.
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Ferner wird festgestellt, dass auch dann, wenn die Elemente der beschriebenen Ausführungsformen im Singular beschrieben oder beansprucht worden sind, auch der Plural denkbar ist, es sei denn, es ist eine Einschränkung auf den Singular explizit genannt worden.
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Einige vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in der nachfolgenden Liste bevorzugter Ausführungsbeispiele aufgeführt.
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Liste bevorzugter Ausführungsbeispiele
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- 1. Verfahren zum Ausfahren eines Mastes, der wenigstens drei flexible Bänder aufweist, wobei jedes der wenigstens drei flexiblen Bänder einen linken Randbereich, einen rechten Randbereich und einen dazwischenliegenden Teil enthält, wobei sowohl der rechte Randbereich als auch der linke Randbereich des Bandes eine Reihe von alternierenden Zähnen und Laschen aufweist, wobei jeder Zahn mit einem Schlitz versehen ist, wobei das Verfahren umfasst:
Ausfahren des ausfahrbaren Mastes durch Abwickeln jedes Bands von einer Spule des jeweiligen flexiblen Bands, sowie In-Eingriff-Bringen des linken Randbereiches jedes Bandes mit dem rechten Randbereich eines benachbarten Bandes,
wobei das In-Eingriff-Bringen der Bänder das Ineinandergreifen der am linken Randbereich jedes Bandes angeordneten Zähne mit den am rechten Randbereich angeordneten Zähnen eines benachbarten Bandes umfasst, wobei jeder Zahn einen Kronenbereich mit einem oberen gebogenen Bereich und einem unteren gebogenen Bereich aufweist, wobei das Ineinandergreifen der Zähne das Eingreifen des oberen gebogenen Bereiches in eine Einkerbung, die in einem unteren Basisbereich eines oberen gegenüberliegenden Zahnes eingeschnitten ist, und das Eingreifen des unteren gebogenen Bereiches in eine Einkerbung, die in einem oberen Basisbereich eines unteren gegenüberliegenden Zahnes eingeschnitten ist, umfasst, wobei der obere und der untere gebogene Bereich in gleicher Richtung angeschrägt sind, so dass sie auf das benachbarte Band ragen, und
wobei das Eingreifen der Bänder ferner umfasst, dass ein in jedem Zahn vorgesehener Schlitz eine Lasche aufnimmt, die zwischen benachbarten Zähnen an einem benachbarten Band vorgesehen ist.
- 2. Verfahren nach Beispiel 1, wobei wenigstens eines der wenigstens drei Bänder eine Reihe angeschrägter Schlitze umfasst, die entlang einer Länge des wenigstens eines Bandes angeordnet sind, und wobei das Ausfahren des Mastes das Drehen eines Eingriffsrotors in Vorwärtsrichtung umfasst, welcher ein Schraubengewinde aufweist, das in die Reihe angeschrägter Schlitze eingreift.
- 3. Verfahren nach Beispiel 2, wobei das Verfahren ferner das Drehen des Eingriffsrotors in Rückwärtsrichtung zum Absenken des Mastes umfasst, wobei der Eingriffsrotor die Bänder trennt, indem die Bänder entlang eines gebogenen Flansches am unteren Ende des Eingriffsrotors geführt werden.
- 4. Verfahren nach Beispiel 1, wobei das Verfahren ferner umfasst, dass die miteinander verzahnten Bänder am oberen Ende des Mastes verspannt werden.
- 5. Verfahren nach Beispiel 1, wobei das Verfahren ferner das Ziehen eines Kabels durch eine koaxiale Bohrung innerhalb des Eingriffsrotors umfasst, wobei das Kabel aus einer Kabelwanne unterhalb des Eingriffsrotors gezogen wird, wobei die Kabelwanne eine Oberfläche aufweist, die nach unten und von einem erhöhten Mittelpunkt der Kabelwanne unterhalb des Eingriffsrotors ausgehend abgewinkelt ist.
- 6. Verfahren nach Beispiel 1, umfassend das Aus- und Einfahren mehrerer Masten in einer synchronisierten Bewegung.
- 7. Verfahren nach Beispiel 1, wobei das Verfahren ferner das automatische Stoppen des Ausfahrens des Mastes umfasst, falls festgestellt wird, dass eine Menge verbliebenen aufgewickelten flexiblen Bandes eine vorab festgelegte Menge erreicht hat.
- 8. Verfahren nach Beispiel 7, wobei das automatische Stoppen des Ausfahrens des Mastes das Bestimmen eines Durchmessers des aufgewickelten Bandes und das Aktivieren eines Begrenzungsschalters durch ein drehendes Element umfasst, das mit einem drehenden Steuerarm verbunden ist, der mit einer Oberfläche des aufgewickelten Bandes in Kontakt steht.
- 9. Vorrichtung zum Ausfahren eines Mastes, der aus wenigstens drei miteinander verzahnten flexiblen Bändern geformt ist, wobei die Vorrichtung umfasst:
eine Trägerstruktur;
wenigstens drei flexible Bänder, die auf jeweiligen Spulen innerhalb der Trägerstrukturlagern; und
einen an der Trägerstruktur montierten Transportmechanismus für das Ein- und Ausfahren des Mastes,
wobei jedes der flexiblen Bänder zwei Reihen aus voneinander beabstandeten Zähnen umfasst, die an gegenüberliegenden Rändern eines flachen mittleren Teilbereichs angeordnet sind, wobei jeder Zahn einen Kronenbereich mit einem oberen vorspringenden Bereich und einem unteren vorspringenden Bereich aufweist, um in eine Reihe beabstandeter Zähne an einem benachbarten Band eingreifen zu können, wobei sowohl der obere vorspringende Bereich als auch der untere vorspringende Bereich an beiden Rändern des Bandes zu einem benachbarten Band hin gebogen sind, wobei jeder Zahn einen Schlitz zur Aufnahme einer zwischen den Zähnen des benachbarten Bandes angeordneten Lasche aufweist.
- 10. Vorrichtung nach Beispiel 9, wobei in einem unteren Basisbereich und einem oberen Basisbereich jedes Zahnes jeweils eine Einkerbung ausgebildet ist, die dazu vorgesehen ist, mit den gebogenen vorspringenden Bereichen der Zähne an einem benachbarten Band in Eingriff zu gelangen.
- 11. Vorrichtung nach Beispiel 9, wobei der Transportmechanismus einen Eingriffsrotor aufweist, der ein Schraubengewinde für den Eingriff mit einer Reihe von angeschrägten Schlitzen aufweist, die entlang wenigstens eines Bandes der wenigstens drei Bänder angeordnet sind.
- 12. Vorrichtung nach Beispiel 11, wobei der Eingriffsrotor ferner eine koaxiale Bohrung umfasst, die den Durchlauf eines Kabels von der Spitze des Mastes durch die koaxiale Bohrung zu einer Kabelwanne unterhalb des Eingriffsrotors ermöglicht, wobei die Kabelwanne eine Oberfläche aufweist, die nach unten und von einem erhöhten Mittelpunkt der Kabelwanne ausgehend abgewinkelt ist.
- 13. Vorrichtung nach Beispiel 11, wobei der Eingriffsrotor einen am unteren Ende des Eingriffsrotors angeordneten gebogenen Flansch aufweist, der die Bänder beim Absenken des Mastes führt und trennt.
- 14. Vorrichtung nach Beispiel 9, ferner umfassend einen Mechanismus zum automatischen Stoppen des Ausfahrens des Mastes als Reaktion auf die Ermittlung einer verbleibenden Menge eines aufgewickelten flexiblen Bandes.
- 15. Vorrichtung nach Beispiel 9, wobei der Mechanismus zum automatischen Stoppen des Ausfahrens des Mastes einen Steuerarm, der sich in Reaktion auf eine sich ändernde Menge aufgewickelten flexiblen Bandes dreht, sowie ein Drehelement umfasst, das sich zusammen mit dem Steuerarm dreht und einen Begrenzungsschalter aktiviert, wenn der Steuerarm einen vorab festgelegten Durchmesser des aufgewickelten flexiblen Bandes erreicht.
- 16. Vorrichtung nach Beispiel 9, ferner umfassend eine Stabilisierungsvorrichtung, die an die ineinandergreifenden flexiblen Bänder am oberen Ende des Mastes Spannung anlegt.
- 17. Vorrichtung nach Beispiel 9, ferner umfassend eine Mastschutzvorrichtung zum gemeinsamen Ausfahren von Schutzmateriallängen und zum Bilden einer den ausfahrbaren Mast umhüllenden Abdeckung, wenn der Mast ausgefahren wird, und zum Einfahren der Schutzmateriallängen, wenn der Mast eingefahren wird.
- 18. Verfahren nach Beispiel 1, wobei das Verfahren ferner das Ausfahren eines ausfahrbaren Schutzes um den ausfahrbaren Mast umfasst.
- 19. Vorrichtung nach Beispiel 9, ferner umfassend ein Gehäuse, an dem die Trägerstruktur montiert ist, wobei das Gehäuse ein Transportsystem aufweist, um ein mobiles Fahrzeug bereitzustellen, von dem aus der Mast ausgefahren werden kann.
