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Die
Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung,
insbesondere für
eine Sonar-Sende- und Empfangseinrichtung auf einem Schiff, mit
einem doppeltwirkenden, vorzugsweise hydraulisch betätigbaren Zylinder,
der einen Kolben und eine aus einem Zylindergehäuse linear aus- und einfahrbare
und um eine Antriebsachse drehbare Kolbenstange umfaßt, wobei
der Kolben und die Kolbenstange hohl sind und eine ebenfalls hohle
Drehantriebswelle aufnehmen, gegenüber der sie linear verfahrbar
sind.
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Aus
der
DE 82 26 748 U1 ist
eine Antriebsvorrichtung für
eine Antenne bekannt, die einen pneumatischen Teleskopzylinder aufweist,
mit dem eine Antenne mitsamt einem Drehantrieb für die Antenne axial verfahrbar
ist.
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Antriebsvorrichtungen
der gattungsgemäßen Art
sind beispielsweise aus der
EP
0 735 276 A1 bekannt. Dabei wird die Drehbewegung einer
Drehantriebswelle eines endlos rotierenden Rotors über ein Kopplungselement
auf den Kolben und anschließend mittels
Paßfedern
auf die Kolbenstange übertragen. Eine
in der Antriebswelle vorgesehene Mittelbohrung dient der druckfreien
Rückführung des
Fluids, welches in einen Hohlraum der Kolbenstange gelangt, wenn
die Kolbenstange ausgefahren wird.
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Wenn
bei den bekannten Antriebsvorrichtungen am kolbenfernen Ende der
Kolbenstange eine steuerbare Einrichtung angebracht ist, müssen die Verbindungsleitungen
zu dieser Einrichtung außerhalb
der Antriebsvorrichtung geführt
werden. Bei einem Einsatz unter erschwerten Umgebungsbedingungen
müssen
die Verbindungsleitungen mit einem widerstandsfähigen und gleichzeitig flexiblen
Schutzmantel versehen sein. Dennoch bleibt ein Beschädigungsrisiko,
beispielsweise durch Abreißen
der Verbindungsleitungen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine Antriebsvorrichtung
bereitzustellen, bei der die vorstehend genannten Nachteile überwunden
sind. Insbesondere soll die Antriebsvorrichtung eine sichere Zuführung von
beispielsweise elektrischen Verbindungsleitungen an eine Sonar-Sende-
und Empfangseinrichtung gewährleisten.
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Das
Problem wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale einer
erfindungsgemäßen Dreh-/Linear-Antriebsvorrichtung
gelöst.
Besondere Ausführungsarten
der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Gemäß Anspruch
1 ist das Problem dadurch gelöst,
daß der
hohle Innenraum der Drehantriebswelle gegenüber dem Arbeitsmedium des Zylinders abgedichtet
ist und daß im
hohlen Innenraum beispielsweise elektrische, pneumatische oder hydraulische
Verbindungsleitungen für
die Sende- und/oder Empfangseinrichtung führbar sind. Durch die Abdichtung
gegenüber
dem Arbeitsraum des Zylinders ist sichergestellt, daß der Innenraum
frei von die Verbindung zu der Sende- und/oder Empfangseinrichtung störenden Medien
ist. Die Abdichtung erfolgt vorzugsweise mittels einer ersten Dichtanordnung
zwischen der Kolbenstange und der Drehantriebswelle und einer zweiten
Dichtanordnung zwischen dem eine Zylinderhülse und einen Zylinderflansch
aufweisenden Zylindergehäuse
und der Drehantriebswelle.
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Das
Arbeitsmedium ist vorzugsweise eine Flüssigkeit, beispielsweise ein
Hydrauliköl,
kann jedoch grundsätzlich
auch Druckluft sein.
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Gemäß der besonderen
Ausführungsart nach
Anspruch 2 ist der Kolben und die Kolbenstange einstückig ausgeführt. Dadurch
wird nicht nur die Abdichtung des Innenraums der Drehantriebswelle gegenüber dem
Arbeitsmedium erleichtert, sondern auch die Kopplung der Linearbewegung
des Kolbens mit der Kolbenstange verbessert.
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Gemäß der besonderen
Ausführungsart nach
Anspruch 3 weist die Antriebsvorrichtung Koppelmittel zum Übertragen
der Drehbewegung der Drehantriebswelle auf den Kolben auf, vorzugsweise gemäß Anspruch
4 eine am Kolben festgelegte Führungsscheibe
mit dem einer dem Querschnitt der Drehantriebswelle entsprechenden Öffnung.
Die Drehantriebswelle weist dabei insbesondere zwei zueinander und
zur Antriebsachse parallele Schlüsselflächen auf.
Durch den Formschluß zwischen
der Drehantriebswelle und der Führungsscheibe
kommt es zu einer Kopplung der Drehbewegung von der Drehantriebswelle
auf den Kolben bzw. die Kolbenstange. Alternativ kann die Drehantriebswelle
auch beispielsweise drei-, vier-, sechs- oder achteckig ausgeführt sein.
Bei einer Linearbewegung gleitet der Kolben bzw. die Führungsscheibe
entlang der Drehantriebswelle. Kolben und Kolbenstange sind dadurch
in jeder Linearposition von der Drehantriebswelle in beiden Drehrichtungen
antreibbar.
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Gemäß der besonderen
Ausführungsart nach
Anspruch 5 weisen die Schlüsselflächen im
zur Antriebsachse rechtwinkligen Querschnitt kreissegmentförmige Ausnehmungen
für die
Aufnahme eines Schmiermittels auf, beispielsweise eines Schmieröls. Die
Führungsscheibe
weist außerdem
Axialbohrungen für
einen Volumenausgleich auf, beispielsweise während einer Linearbewegung
des Kolbens.
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Gemäß einer
besonderen Ausführungsart nach
Anspruch 6 ist die Drehantriebswelle mittels eines vorzugsweise
selbsthemmenden Schneckengetriebes von einem Motor antreibbar, vorzugsweise von
einem am Zylindergehäuse
festgelegten Hydro-Motor. Durch die Selbsthemmung des Schneckengetriebes
wird verhindert, daß die
Position der Drehantriebswelle sich aufgrund von auf die an der Kolbenstange
festgelegten Einrichtung wirkenden Kräften unerwünscht verändert. Alternativ hierzu käme ein Feststellen
der Drehposition der Drehantriebswelle in Betracht. Für den vorzugsweise
zu verwendenden Hydro-Motor, der hydraulische Energie in mechanische
Energie umwandelt, kommt eine Vielzahl von unterschiedlichen Konstruktionsprinzipien
und Bauarten in Betracht, von denen unter Berücksichtigung der geforderten
Parameter Drehzahl, Drehmoment und Antriebsleistungen eine auszuwählen ist.
Alternativ kommen andere Motorprinzipien in Betracht, beispielsweise
der Einsatz eines Elektromotors, der gegebenenfalls unter Berücksichtigung der
Umgebungsbedingungen gekapselt werden muß.
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Gemäß der besonderen
Ausführungsart nach
Anspruch 7 ist an dem vom Zylindergehäuse entfernten Ende der Kolbenstange
ein Flansch dicht an der Kolbenstange festlegbar, an dem die Sende- und/oder
Empfangseinrichtung befestigbar ist. Der Flansch kann beispielsweise
unter Verwendung eines Dichtgewindes oder unter Verwendung von Dichtringen
auf der Kolbenstange aufschraubbar sein. Vorzugsweise weist der
Flansch eine zentrische Öffnung
zur Durchführung
der im hohlen Innenraum der Drehantriebswelle verlaufenden Verbindungsleitungen
zur Sende- und Empfangseinrichtung auf. Diese ist ebenfalls unter
Verwendung einer Dichtanordnung auf der der Kolbenstange gegenüber liegenden
Seite des Flansches befestigbar.
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Gemäß der besonderen
Ausführungsart nach
Anspruch 8 weist die Vorrichtung einen ersten Sensor für die Winkelposition
bzw. die Drehbewegung der Kolbenstange und einen zweiten Sensor
für die
Linearposition bzw. die Linearbewegung auf. Bei dem ersten und zweiten
Sensor handelt es sich vorzugsweise jeweils um ein elektrisches
Potentiometer. Alternativ dazu kommen alle aus dem Stand der Technik
bekannten Weg- und Winkelaufnehmer in Betracht, beispielsweise elektronische
Weg- und Winkelaufnehmer.
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Gemäß der besonderen
Ausführungsart nach
Anspruch 9 ist an einer axialen Verlängerung eines an der Drehantriebswelle
festgelegten Schneckenrades ein erstes Ende eines mit dem ersten
Sensor zusammenwirkenden ersten Seils festgelegt. Das Schneckenrad
ist an der Drehantriebswelle vorzugsweise mittels mindestens eines
Spannrings festgeklemmt, an dem das erste Ende des ersten Seils
befestigt ist. Der erste Sensor kann in unmittelbarer Nähe des Spannringes
angeordnet sein und das zweite Ende des ersten Seils aufnehmen.
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Gemäß der besonderen
Ausführungsart nach
Anspruch 10 ist an dem vom Zylindergehäuse entfernten Ende der Kolbenstange
ein erstes Ende eines in einem teleskopartig auseinanderziehbaren und
zusammenschiebbaren Schutzrohr geführten und mit dem zweiten Sensor
zusammenwirkenden zweiten Seils festgelegt. Das im hohlen Innenraum der
Drehantriebswelle verlaufende Schutzrohr verhindert ein Verklemmen
des zweiten Seils mit den dort ebenfalls verlaufenden Verbindungsleitungen
für die
Sende- und/oder
Empfangseinrichtung. Das zweite Ende des zweiten Seils ist aus dem
Ende der Drehantriebswelle in axialer Richtung herausgeführt und
anschließend über eine
Umlenkrolle mit dem zweiten Sensor verbunden.
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Gemäß der besonderen
Ausführungsart nach
Anspruch 11 ist der Kolben zumindest in der eingefahrenen Position
mittels eines am Zylindergehäuse
festlegbaren Feststellmittels lösbar
feststellbar. Dadurch wird verhindert, daß der Kolben und damit die
Sende- und/oder Empfangseinrichtung, beispielsweise unter dem Einfluß der Gewichtskraft, selbsttätig aus-
bzw. einfährt.
Alternativ kann das Feststellen auch in mehreren Linearpositionen des Kolbens
erfolgen. Analog kommt auch ein Feststellen von einer oder mehreren
Drehpositionen in Betracht.
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Gemäß der besonderen
Ausführungsart nach
Anspruch 12 weisen die Feststellmittel einen in eine Vertiefung
am Kolben eingreifenden, vorzugsweise federkraftbelasteten und hydraulisch
betätigbaren
Feststellbolzen auf. Die Federkraftbelastung führt zu einer Vorspannung des
Feststellbolzens in Richtung auf die Vertiefung und dadurch zu einem selbsttätigen Feststellen
bei Erreichen der Endposition. Zum Lösen wird vorzugsweise eine
Ringfläche des
Feststellbolzens über
einen separaten Steueranschluß mit
Druck beaufschlagt und der Feststellbolzen entgegen der Federkraft
aus der Vertiefung bewegt. Alternativ hierzu kommt auch eine elektromagnetische
Betätigung
des Feststellbolzens in Betracht.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen
sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf
die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel
im einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und
in der Beschreibung erwähnten
Merkmale jeweils einzeln für
sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
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1a und 1b zeigen
eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Dreh-/Linear-Antriebsvorrichtung 1 im
Querschnitt,
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2 zeigt
einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 der 1 im Bereich des Feststellmittels 28,
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3 zeigt
die Führungsscheibe 26 der 1 in der Draufsicht, und
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4 zeigt
eine Ansicht IV der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 der 1a.
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Die 1a und 1b zeigen
eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Dreh-/Linear-Antriebsvorrichtung 1 im
Querschnitt mit einem doppeltwirkenden, vorzugsweise hydraulisch
betätigbaren Zylinder,
der einen Kolben 2 und eine aus einer Zylinderhülse 3 linear
aus- und einfahrbare und um eine Antriebsachse 4 drehbare
Kolbenstange 5 umfaßt. Kolben 2 und
Kolbenstange 5 sind einstückig und hohl ausgeführt. In
ihrem hohlen Innenraum nehmen der Kolben 2 und die Kolbenstange 5 eine
ebenfalls hohle Drehantriebswelle 6 auf, gegenüber der
sie linear parallel zur Antriebsachse 4 verfahrbar sind.
Die Drehantriebswelle 6 ragt über den Zylinderflansch 7 hinaus,
der zusammen mit der Zylinderhülse 3 das Zylindergehäuse bildet,
und trägt
ein Schneckenrad 8, das mittels eines Spannrings 9 auf
der Drehantriebswelle 6 befestigt ist und das über eine
(nicht dargestellte) Schnecke von einem Hydro-Motor 11 antreibbar
ist.
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An
dem Spannring 9 ist ein erstes Ende eines ersten Seils 12 festgelegt,
dessen zweites Ende mit einem ersten Sensor 10 in Form
eines Winkelgebers 10 zusammenwirkt, der vorzugsweise ein
elektrisches Potentiometer ist. An dem von der Zylinderhülse 3 und
insbesondere vom Zylinderflansch 7 entfernten Ende der
Kolbenstange 5 ist dicht mit dieser verbunden ein Flansch 13 befestigt,
an dem ein erstes Ende eines zweiten Seils 14 festgemacht
ist, das in einem teleskopartig auseinanderziehbaren und zusammenschiebbaren
Schutzrohr 15 geführt
ist und dessen zweites Ende mit einem zweiten Sensor 16 für die Linearposition
bzw. die Linearbewegung des Flansches 15 bzw. der Kolbenstange 5 zusammenwirkt.
Auch bei dem zweiten Sensor 16 handelt es sich vorzugsweise
um ein elektrisches Potentiometer. An dem Flansch 13 ist
die (nicht dargestellte) Sende- und/oder Empfangseinrichtung, vorzugsweise
mittels einer Schraubverbindung, derart festlegbar, daß eine flüssigkeits- und/oder gasdichte
Verbindung entsteht.
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Die
Axialbewegung des Kolbens 2 ist durch in diesen eingelegte
und an der Innenfläche
der Zylinderhülse 3 anliegende
Führungsringe 21 geführt.
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Die
Axialbewegung der Kolbenstange 5 ist sowohl durch in die
Drehantriebswelle 6 eingelegte und an der Kolbenstange 5 anliegende Führungsringe 22 als
auch durch in eine am vom Zylinderflansch 7 entfernten
Ende der Gehäusehülse 3 aufgeschraubten
Kolbenstangenführung 19 eingelegte
und an der Kolbenstange 5 anliegende Führungsringe 20 geführt. Die
Abdichtung zwischen der Kolbenstange 5 und der Kolbenstangenführung 19 wird
durch eine in diese eingelegte erste Dichtanordnung 18b bewerkstelligt.
Die Abdichtung zwischen dem Kolben 2 und der Zylinderhülse 3 wird
durch eine in den Kolben 2 eingelegte zweite Dichtanordnung 17 bewerkstelligt.
Die Abdichtung zwischen der Kolbenstange 5 und der Drehantriebswelle 6 wird
durch eine dritte, in die Drehantriebswelle 6 eingebrachte
Dichtanordnung 18a am vom Zylinderflansch 7 entfernten
Ende der Drehantriebswelle 6 bewerkstelligt. Die Abdichtung
zwischen der Drehantriebswelle 6 und dem Zylinderflansch 7 wird
durch eine vierte Dichtanordnung 23 bewerkstelligt. Die
Dichtanordnungen 17, 18a, 18b, 23 können dabei
mehrere in axialer Richtung hintereinander angeordnete Dichtmittel
umfassen, beispielsweise metallische Kolbenringe oder O-Ringe. Ebenfalls
können
die Kolbenführungsringe 20, 21, 22 mehrere
in axialer Richtung hintereinander angeordnete Elemente umfassen.
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Bei
einer vorzugsweise hydraulischen Druckbeaufschlagung des Kolbens 2 über den Druckanschluß 24 kommt
es zu einer Axialbewegung des Kolbens 2 bzw. der Kolbenstange 5 und
damit des die Sende- und/oder Empfangseinrichtung tragenden Flansches 13.
Die Drehantriebswelle 6 weist zwei gegenüberliegende
Schlüsselflächen 25 auf,
an denen eine am Kolben 2 festgelegte Führungsscheibe 26 verdrehsicher
geführt
ist, die mit einer dem Querschnitt der Drehantriebswelle 6 entsprechenden zentralen Öffnung versehen
ist. Damit können
der Kolben 2 und die Kolbenstange 5 in jeder Linearposition
mittels der Drehantriebswelle 6 von dem Hydro-Motor 11 gedreht
werden.
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Mittels
der dichten Verbindungen zwischen dem Flansch 13 und der
(nicht dargestellten) Sende- und/oder Empfangseinrichtung einerseits
und der Kolbenstange 5 andererseits bzw. zwischen der Kolbenstange 5 und
der Drehantriebswelle 6 durch die dritte Dichtanordnung 18a ist
der hohle Innenraum 27 der Drehantriebswelle 6 gegenüber der
Umgebung bzw. gegenüber
dem Arbeitsmedium des Zylinders abgedichtet. Darin sind somit problemlos
auch elektrische Verbindungsleitungen von dem gegenüber dem
Flansch 13 hinter dem Zylinderflansch 7 gelegenen
Ende der Drehantriebswelle 6 bis zu der Sende- und/oder
Empfangseinrichtung führbar.
In der Nähe des
Zylinderflansches 7 ist an der Zylinderhülse 3 ein Feststellmittel 28 festlegbar,
das den Kolben 2 zumindest in der eingefahrenen Position
lösbar
feststellt.
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Die 2 zeigt
einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung der 1 im Bereich des Feststellmittels 28.
Ein mittels der Schraubenfeder 29 in Richtung auf den Kolben 2 vorgespannter Feststellbolzen 30 rastet
bei der entsprechenden Position des Kolbens 2 in eine an
diesem vorgesehene Vertiefung 31 ein. Das Feststellmittel 28 weist
dabei ein zweiteiliges Gehäuse
auf und ist in die Zylinderhülse 3 einpreß- oder
einschraubbar. Über
eine zentrische Bohrung 32 im Feststellbolzen 30 kommt
es zu einem Druckausgleich während
der Bewegung des Feststellbolzens 30. Mittels einer vorzugsweise hydraulischen
Druckbeaufschlagung am Steueranschluß 33 wird der Feststellbolzen 30 entgegen
der Kraft der Schraubenfeder 29 aus der Vertiefung 31 zurückbewegt
und gibt dem Kolben 2 für
eine Axialbewegung frei. Erste und zweite Dichtanordnungen 36, 37 und
erste und zweite Führungsmittel 34, 35 sorgen
für eine
sichere und dichte Führung
des Feststellbolzens 30 im Feststellmittel 28.
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Die
Druckbeaufschlagung auf den Feststellbolzen 30 erfolgt
insbesondere über
eine an diesem vorgesehene Ringfläche 38. Vorzugsweise
wird beim Ausfahren des Kolbens 2 zunächst der Anschluß 33 mit
Druck beaufschlagt, um den Feststellbolzen 30 zurückzufahren
und erst anschließend
der Arbeitsraum des Zylinders mit Druck beaufschlagt, um den Kolben 2 auszufahren.
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Die 3 zeigt
die Führungsscheibe 26 in der
Draufsicht. Die zentrische Öffnung 39 entspricht dem
Querschnitt der Drehantriebswelle 6 und weist insbesondere
zwei gegenüberliegende
und parallel zueinander verlaufende, den Schlüsselflächen 25 der Drehantriebswelle 6 entsprechende
Flächen 40 auf. Darüber hinaus
kann die Schlüsselscheibe 26 für den Volumenausgleich
Axialbohrungen aufweisen.
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Die 4 zeigt
eine Ansicht IV der Vorrichtung 1 der 1a.
Das aus der Drehantriebswelle 6 austretende zweite Seil 14 wird über eine
Umlenkrolle 41 dem zweiten Sensor 16 zugeführt, der
die Linearbewegung des Kolbens 2 bzw. der Kolbenstange 5 aufnimmt.
Darüber
hinaus weist das Gehäuseteil Durchführungen 42 für die Verbindungsleitungen
zu der Sende- und/oder Empfangseinrichtung auf.