DE1264301B

DE1264301B - Directionally stabilized transducer arrangement for underwater sound

Info

Publication number: DE1264301B
Application number: DE1962E0023192
Authority: DE
Inventors: Gustav Berneit
Original assignee: ELAC Electroacustic GmbH
Current assignee: ELAC Electroacustic GmbH
Priority date: 1962-07-12
Filing date: 1962-07-12
Publication date: 1968-03-21

Description

Richtungsstabilisierte Schwingeranordnung für Unterwasserschall Die Erfindung geht aus von einer richtungsstabilisierten Schwingeranordnung für Unterwasserschall, bei der der Schwinger mittels einer kardanischen Lagerung und Zahnsegment-Ritzel-Verschwenkung über zwei koaxiale Antriebswellen fernsteuerbar ist.Directionally stabilized transducer arrangement for underwater sound Die The invention is based on a directionally stabilized transducer arrangement for underwater noise, in which the oscillator by means of a cardanic bearing and toothed segment-pinion pivoting can be remotely controlled via two coaxial drive shafts.

Eine derartige Schwingeranordnung besitzt aber keine ausreichenden Einstellmöglichkeiten, um einen Schwinger gegenüber den Roll- und Stampfbewegungen des Schiffes zu stabilisieren. Dies ist um so wichtiger und auch schwieriger, je größer der Schwinger ist. Einmal wächst mit der Größe die Pfeilschärfe, wodurch das Ziel beim Rollen und Stampfen leichter »auswandert«, und zum anderen wächst auch sein Gewicht, so daß sich allein hieraus auch Schwierigkeiten für den Antrieb ergeben.However, such an oscillator arrangement is not sufficient Adjustment options to a transducer against the rolling and pitching movements to stabilize the ship. This is all the more important and also more difficult ever larger the transducer is. On the one hand, the sharpness of the arrow increases with size, which means the goal when rolling and stamping more easily "emigrates", and on the other hand grows also its weight, so that this alone also creates difficulties for the drive result.

Ferner sind Echolotvorrichtungen bekannt, bei denen der Schwinger an einem kardanischen Gelenk frei schwingend in einem Koker aufgehängt ist, damit er nicht durch Schlinger- und Stampfbewegungen des Schiffes aus seiner Abstrahlrichtung bewegt wird. Der Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß der Schwinger mit einer genügenden Pendellänge aufgehängt werden muß, um eindeutig als Pendel zu reagieren. Das hat jedoch zur Folge, daß ein relativ hoher Koker erforderlich wird. Andererseits besteht die Gefahr, daß der Schwinger selbst durch Erschütterungen des Schiffes zu Eigenschwingungen angeregt wird und somit seinen Zweck nicht erfüllt. Man hat deshalb in dem Koker eine Dämpfungsfiüssigkeit vorgesehen. Dadurch können Eigenschwingungen des Pendels im wesentlichen vermieden werden. Jedoch wird der Schwinger den Schiffsbewegungen infolge der Dämpfung stets mit einer gewissen Verzögerung Folge leisten, so daß vor allen Dingen bei heftigem Stampfen und Schlingern des Schiffes ein genaues senkrechtes Loten nicht zu erwarten ist. Mag diese bekannte Einrichtung bei relativ großen Seefahrzeugen noch verwendbar sein, so ist sie bei kleineren Seefahrzeugen - wie z. B. Fischkuttern - auf Grund ihres großen Raumbedarfs sowie auch wegen der Unfähigkeit, kurzwelligem Stampfen und Schlingern Folge zu leisten, nicht brauchbar.Furthermore, echo sounder devices are known in which the transducer is suspended on a cardanic joint swinging freely in a coker so it is not caused by rolling and pitching movements of the ship out of its direction of radiation is moved. The disadvantage of this device is that the oscillator with a sufficient length of the pendulum must be hung in order to react clearly as a pendulum. However, this has the consequence that a relatively high coker is required. on the other hand there is a risk that the oscillator itself will be shaken by the ship is excited to natural vibrations and thus does not serve its purpose. One has therefore a damping fluid is provided in the coker. This can cause natural vibrations of the pendulum can be essentially avoided. However, the oscillator is the ship's movements always follow due to the damping with a certain delay, so that especially with violent pounding and lurching of the ship an exactly vertical one Plumbing is not to be expected. Likes this well-known device on relatively large vessels still be usable, so it is in smaller sea vessels - such. B. fishing boats - Due to their large space requirements and also because of the inability to use short-wave To obey stamping and rolling, not useful.

Bei einer weiteren Echolotvorrichtung, die zum Zwecke der Horizontallotung Verwendung findet, ist der Schwinger in einem Hüllkörper als Pendel aufgehängt. Jedoch soll hier der Schwinger nicht durch Ausnutzung der Pendelwirkung seine Abstrahlrichtung beibehalten, sondern es ist ein eigens hierfür vorgesehener Stabilisierungsantrieb im Schiff angeordnet, der von einer Kreiselgeberanlage seine Steuerimpulse empfängt. Der Stabilisierungsantrieb besteht aus drei getrennten Antrieben,. wobei einer die Querschwankungen und ein weiterer die Längsschwankungen des Schiffes ausgleicht. Außerdem wird der Schwinger um seine vertikale Achse verdreht, damit die beim Schlingern des Schiffes auftretenden kurzfristigen seitlichen Abweichungen des Schiffes von der Fahrtrichtung ausgeglichen werden können.In another echo sounder device that is used for horizontal sounding Is used, the transducer is suspended in an enveloping body as a pendulum. However, here the oscillator should not change its direction of radiation by using the pendulum effect retained, but it is a specially provided stabilization drive arranged in the ship, which receives its control impulses from a gyroscope system. The stabilization drive consists of three separate drives. one being the Transverse fluctuations and another compensates for the longitudinal fluctuations of the ship. In addition, the oscillator is rotated around its vertical axis, so that it sways of the ship occurring short-term lateral deviations of the ship from the direction of travel can be compensated.

Durch die Anordnung des Schwingers als Pendel sind relativ große Steuerkräfte erforderlich. Außerdem macht eine derartige Lagerung des Schwingers - wie schon beschrieben - drei getrennte Steuervorrichtungen notwendig. Ferner müssen die durch das Rollen und Stampfen des Schiffes auf den großen Schwinger und an großen Hebelarmen wirkenden Beschleunigungskräfte von dem Antriebsmechanismus aufgenommen werden.The arrangement of the oscillator as a pendulum results in relatively large control forces necessary. In addition, such a mounting of the transducer - as before described - three separate control devices required. Furthermore, the the rolling and pounding of the ship on the large swing arm and large lever arms acting acceleration forces are absorbed by the drive mechanism.

Diese Ausführungen zeigen geradezu die Schwierigkeiten, die sich bei der Konstruktion einer richtungsstabilisierten Echolotvorrichtung einstellen. Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die Stabilisierungseinrichtung zu vereinfachen und die Steuerkräfte herabzusetzen. Dies wird erreicht, indem sich erfindungsgemäß bei einer Schwingeranordnung für die Vertikallotung zwei koplanar an den Kardangelenken angreifende Zahnsegmente an zwei von vertikalen koaxialen Antriebswellen angetriebenen Ritzeln hintereinanderliegend kreuzen.These explanations actually show the difficulties that arise with the design of a directionally stabilized echo sounder device. task the invention is therefore to simplify the stabilization device and to reduce the tax forces. This is achieved by, according to the invention, at a transducer arrangement for vertical plumbing, two coplanar at the cardan joints engaging toothed segments on two driven by vertical coaxial drive shafts Cross the pinions one behind the other.

Der besondere Vorzug einer solchen Vorrichtung besteht nicht nur in der Vereinfachung des Stabilisierungsantriebs - so spart sie z. B. von drei getrennten Steuerantrieben einen ein - und auch nicht nur in der Herabsetzung der Steuerkräfte, sondern im wesentlichen auch in der räumlich gedrängten Bauweise der Schwingeranordnung. Es ergibt sich mit geringstem Aufwand eine richtungsstabilisierte Schwingeranordnung für die Vertikallotung, die auch für große Schwinger (z. B. hat sich ein 1-qm-Schwinger im praktischen Einsatz bewährt) geeignet ist.The particular advantage of such a device is not only in the simplification of the stabilization drive - this saves z. B. of three separate Tax drives one - and not only in the reduction of the tax forces, but essentially also in the spatially compact design of the transducer arrangement. A directionally stabilized one results with very little effort Transducer arrangement for vertical plumbing, which is also suitable for large transducers (e.g. a 1 square meter transducer proven in practical use) is suitable.

Zwar ist an sich ein durch zwei koaxiale Antriebswellen mittels Ritzel und Zahnsegment lediglich schwenkbarer und neigbarer Schwinger bekannt. Diese Einstellmöglichkeiten reichen aber nicht aus, um den Schwinger gegenüber Roll- und Stampfbewegungen des Schiffes zu stabilisieren; auch ist die Lagerung nicht kardanisch. Ferner ist eine kardanische Aufhängung des Schwingers an sich bekannt, die aber eine nicht fernsteuerbare, nur für leichte Hydrophone gedachte Einrichtung darstellt, zur pendelartigen Stabilisierung durch die Schwerkraft, deren Nachteile bereits eingangs aufgezählt sind. Die Erfindung vereinigt die Vorteile beider Einrichtungen, ohne ihre Nachteile aufzuweisen.It is true that in itself one is made up of two coaxial drive shafts by means of pinions and toothed segment only pivotable and tiltable oscillators are known. These setting options but are not sufficient to prevent the oscillator from rolling and pitching the Stabilize ship; the storage is not gimbal either. Furthermore is a gimbal suspension of the transducer known per se, but which is not remotely controllable, This is a device intended only for light hydrophones, for pendulum-like stabilization by gravity, the disadvantages of which are already listed at the beginning. The invention combines the advantages of both facilities without showing their disadvantages.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besteht die kardanische Lagerung aus zwei gegeneinander vierschwenkbaren Rahmen, wobei der äußere Rahmen am Träger der Echolotvorrichtung vierschwenkbar gelagert und an dem inneren Rahmen der Schwinger befestigt ist, und jeder Rahmen ist mit einem der sich oberhalb des Schwingers kreuzenden Zahnsegmente verbunden.In an advantageous development of the invention, there is the cardanic Storage of two mutually four-pivot frames, the outer frame mounted on the carrier of the echo sounder device so as to be pivotable in four ways and on the inner frame the transducer is attached, and each frame is connected to one of the above the Schwingers intersecting tooth segments connected.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es bedeutet F i g. 1 eine perspektivische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Schwingeranordnung und F i g. 2 eine besondere Lagerung des Antriebes.In the following an embodiment of the invention is based on the Drawing described in more detail. It means F i g. 1 is a top perspective view to an oscillator arrangement according to the invention and FIG. 2 special storage of the drive.

In der F i g. 1 ist schematisch ein Koker 1 gezeigt, in dem ein nach der Erfindung gelagerter Schwinger 2 dargestellt ist. Dieser Schwinger 2 ist in einer kardanischen Lagerang als Taumelscheibe gehaltert, d. h., er ist auf Grund seiner Lagerung imstande, um sein geometrisches Zentrum Taumelbewegungen auszuführen.In FIG. 1 is shown schematically a coker 1, in which a after the invention mounted transducer 2 is shown. This transducer 2 is in a cardan bearing mounted as a swash plate, d. h., he is aground its storage is able to perform wobbling movements around its geometric center.

Die kardanische Lagerung besteht aus einem äußeren Rahmen 3, welcher über zwei koaxial verlaufende Augenlager 4 und 4' im Kokergehäuse fest, jedoch um die gemeinsame Schwenkachse der erwähnten Lager vierschwenkbar angeordnet ist. Der äußere Rahmen 3 des Kardanlagers weist eine quadratische Form auf. In der Mitte von zwei seiner sich gegenüberliegenden Seiten sind die erwähnten Lager 4, 4' vorgesehen. In der Mitte der beiden anderen Seiten des äußeren Rahmens 3 sind je ein weiteres Lager 5 bzw. 5' angeordnet, in denen ein innerer Rahmen 6 des Kardanlagers vierschwenkbar gelagert ist. Die Drehachse 7 -des inneren Rahmens 6 steht senkrecht auf der bereits erwähnten Schwenkachse 8 des .äußeren Rahmens 3. In dem inneren Rahmen ist der Schwinger 2 derart befestigt, daß sein geometrisches Zentrum mit dem Schnittpunkt der beiden Achsen 7 und 8 vorzugsweise zusammenfällt. An dem äußeren Rahmen 3 sind auf der Höhe der Lager 5, 5' je ein Ende einer Steuerbrücke 9 starr befestigt. Diese Steuerbrücke befindet sich oberhalb des Schwingers und weist in ihrem -mittleren Bereich ein Zahnsegment 10 auf, welches konzentrisch zum Achsenschnittpunkt .der kardanischen Lagerung verläuft. Unter der Steuerbrücke 9 hindurch ist ein Steuerbügel 11 geführt, der vorzugsweise senkrecht zur Steuerbrücke 9 verläuft. Seine Enden sind vierschwenkbar an dem inneren Rahmen 6 vermittels der Lager 12, 12' angebracht. Die Schwenkachse des Steuerbügels 11 verläuft koaxial zu der Schwenkachse 8 der gehäusefesten Lager 4, 4' des äußeren Rahmens 3. Auch der Steuerbügel 11 weist in seinem mittleren Bereich ein Zahnsegment 13 auf, das eine konzentrisch zum Achsenschnittpunkt der kardanisehen Lagerung verlaufende Kreisringform besitzt.The cardanic bearing consists of an outer frame 3 which is fixed in the coker housing via two coaxially extending eye bearings 4 and 4 ' , but is arranged so as to be pivotable about the common pivot axis of the bearings mentioned. The outer frame 3 of the cardan bearing has a square shape. In the middle of two of its opposite sides, the aforementioned bearings 4, 4 'are provided. In the middle of the other two sides of the outer frame 3, a further bearing 5 and 5 'are arranged in each case, in which an inner frame 6 of the cardan bearing is mounted so that it can pivot in four directions. The axis of rotation 7 of the inner frame 6 is perpendicular to the aforementioned pivot axis 8 of the outer frame 3. In the inner frame, the transducer 2 is fastened in such a way that its geometric center preferably coincides with the intersection of the two axes 7 and 8. One end of a control bridge 9 is rigidly attached to the outer frame 3 at the level of the bearings 5, 5 '. This control bridge is located above the oscillator and has a toothed segment 10 in its central area, which runs concentrically to the axis intersection .der gimbal bearing. A control bracket 11, which preferably runs perpendicular to the control bridge 9, is guided under the control bridge 9. Its ends are pivotably attached to the inner frame 6 by means of the bearings 12, 12 '. The pivot axis of the control bracket 11 runs coaxially to the pivot axis 8 of the bearing 4, 4 'of the outer frame 3 fixed to the housing.

Mit dem Zahnsegment 10 der Steuerbrücke 9 befindet sich ein Kegelrad 14 und mit dem Zahnsegment 13 des Steuerbügels 11 ein weiteres Kegelrad 15 im Eingriff. Beide Kegelräder verlaufen zueinander koaxial. Ihre gemeinsame Drehachse 16 schneidet die Achsen des kardanischen Lagers in deren Schnittpunkt.A bevel gear 14 is in engagement with the toothed segment 10 of the control bridge 9 and another bevel gear 15 is in engagement with the toothed segment 13 of the control bracket 11. Both bevel gears are coaxial with one another. Their common axis of rotation 16 intersects the axes of the cardan bearing at their point of intersection.

Die beiden Kegelräder werden von einem nicht dargestellten Stabilisierungsantrieb betätigt, wobei das Kegelrad 14 mit dem Stabilisierungsantrieb über Eine Hohlwelle 17 kraftschlüssig verbunden ist, durch welche die Antriebswelle 18 des Kegelrades 15 geführt ist. Das Kabel 19 des Schwingers wird derart angebracht, daß es von den Taumelbewegungen des Schwingers im wesentlichen unbeeinflußt bleibt.The two bevel gears are actuated by a stabilizing drive (not shown), the bevel gear 14 being non-positively connected to the stabilizing drive via a hollow shaft 17 through which the drive shaft 18 of the bevel gear 15 is guided. The cable 19 of the oscillator is attached in such a way that it remains essentially unaffected by the wobbling movements of the oscillator.

Die Steuerbrücke 9 und auch der Steuerbügel 11 weisen parallel zu den Zahnsegmenten 10 bzw. 13 Kulissen 20 auf, wie in F i g. 2 dargestellt ist. In diesen Kulissen gleitet jeweils ein Kulissenstein 21, welcher als Lager für das zugeordnete Kegelrad 14 bzw. 15 ausgebildet ist. Während das Kulissenlager bei der Steuerbrücke 9 lediglich die Aufgabe hat, das zugeordnete Kegelrad einwandfrei zu führen.. dient das Kulissenlager des Steuerbügels 11 außerdem dazu, den Steuerbügel in seiner Lage zu halten.The control bridge 9 and also the control yoke 11 have parallel to the toothed segments 10 and 13 links 20, as in FIG. 2 is shown. A sliding block 21, which is designed as a bearing for the associated bevel gear 14 or 15, slides in each of these scenes. While the link bearing at the control bridge 9 only has the task of properly guiding the associated bevel gear .. the link bearing of the control yoke 11 also serves to hold the control yoke in its position.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist folgende: Bei Bewegungen des Schiffes um eine Querachse wird von dem Stabilisierungstrieb das Kegelrad 14 gedreht, so daß über dein Zahnkranz 10 und -die Steuerbrücke 9 der äußere Rahmen 3 des kardanischen Lagers entsprechend den Pfaea 22 um seine Schwenkachse 8 verschenkt wird. Der innere Rahmen und der Schwinger machen diese Schwenkbewegung voll mit; der Steuerbügel 11 hingegen verharrt auf Grund seiner Lager 12,12' in Ruhe.The operation of the device described is as follows: When the ship moves around a transverse axis, the bevel gear 14 is rotated by the stabilizing drive, so that the outer frame 3 of the cardanic bearing corresponding to the path 22 around its pivot axis 8 via the toothed ring 10 and the control bridge 9 is given away. The inner frame and the transducer fully follow this swivel movement; the control bracket 11, however, remains at rest because of its bearings 12, 12 '.

Treten Schwankungen des Schiffes um eine Längsachse auf, so wird das Kegelrad 15 betätigt, was eine Schwenkung des Schwingers um die Drehachse 7 -wie durch den Pfeil 23 angedeutet - zur Folge hat, so daß trotz Schlingern und Stampfen des Schiffes die einmal eingestellte Abstrahlrichtung des Schwingers beibehalten wird.If the ship fluctuates around a longitudinal axis, this will be Bevel gear 15 actuated, which causes a pivoting of the oscillator about the axis of rotation 7 -like indicated by the arrow 23 - has the consequence, so that despite rolling and pounding of the ship maintain the radiation direction of the transducer set once will.

Claims

Claims: 1. Directionally stabilized transducer arrangement for Underwater sound, in which the transducer is round by means of a cardan bearing Toothed segment and pinion pivoting can be remotely controlled via two coaxial drive shafts is, characterized in that with an oscillator arrangement for vertical soldering two tooth segments engaging coplanarly on the universal joints on two of vertical ones coaxial drive shafts cross driven pinions behind.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the cardanic bearing consists of two against each other four-pivotable, essentially horizontally oriented frame, wherein the outer frame on the carrier of the FK sounder device pivoted four-way to the valley to the inner frame of the transducer is attached, and that each frame with one of the itself is connected above the oscillator intersecting tooth segments.

3. Arrangement according to Claim 2, characterized in that a control bracket on the inner frame (6) (11) is pivotably mounted in such a way that it extends from one side of the frame extends to the other and that its pivot axis with the bearing axis (8) of the outer frame (3) coincides that on the outer frame (3) one of the control yoke similar in shape control bridge (9) is rigidly attached, which is from a bearing (3) of the inner frame (6) extending to the other spans the control bracket (11), that both on the control bridge (9) and on the control bracket in their central area a tooth segment (10, 13) is attached, both concentric to the virtual The bearing point of the cardanic bearing run and with each of which a bevel gear (14. 15) is in engagement, with the toothed segment (10) of the control bridge meshing bevel gear (14) is driven via a hollow shaft (17) through which the Shaft (18) of the other bevel gear (15) is passed.

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that both on the control bridge (9) and on the control bracket (11) a parallel to the associated toothed segment (10, 13) extending link (20) is provided, in each of which a sliding block (21) slides, which serves as a bearing for the bevel gear (14 or 15) and as a bracket for the control bracket. References considered: U.S. Patent Nos. 2,426,657, 2,832,944, 3027539.