DE2020405C3 - Gerätesockel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gerätesockel zur Verwendung an Bord eines Schiffes, mit einer kardanisch aufgehängten, über ein zugeordnetes Servosystem bezüglich der Kardanachsen kreiselstabiiisierten Plattform und einer senkrecht zur Deckfläche verlaufend verankerten Hohlsäule, die an ihrem oberen Ende eine Stütze für das zwei orthogonale Kardanachsen aufweisende Kardansystem der Plauform bildet.

Solche Gerätesockel mit stabilisierter Plattform sind bekannt aus der deutschen Offenlegungsschrift 14 48 658; sie werden an Bord von Schiffen verwendet.

Die zwei orthogonalen Kardanachsen werden meist ^₀ Kantwinkelachse und Kippachse genannt. Die Kantwinkelachse nimmt eine feste Lage, parallel zur Längsrichtung des Schiffes ein und trägt die Kippachse, die parallel zur Erdebene liegt. Die stabilisierte Plattform kann eine Seitenwinkelachse tragen oder auch so ausgeführt sein, daß sie selber diese Achse bildet. Die Seitenwinkelachse wiederum kann eine Elevationsachse tragen, so daß ein drei- oder vierachsig stabilisiertes System gebildet werden kann. Da bei einem solchen Aufbau eine Änderung der Decklage keine Seitenwin- jo kelbeschleunigungen zur Folge hat und zur Stabilisierung keine Rechner notwendig sind, eignet sich ein solches drei- oder vierachsig stabilisiertes System besonders gut zur Abstützung einer Radarantenne oder eines anderen, z. B. optischen Richtgerätes, einer _J5 Fernsehkamera, einer Infrarotkamera usw., besonders wenn hohe Umdrehungsgeschwindigkeiten verlangt werden, was beim Suchen oder Verfolgen eines Ziels der Fall sein kann. Die Einsatzfähigkeit dieser Art von Gerätesockel ist jedoch durch Schwierigkeiten mecha- ^₃ nischer Art beschränkt. Die Schwierigkeiten sind darauf zurückzuführen, daß die Drehung um jede der erwähnten Achsen durch gesonderte Servosysteme gesteuert werden muß. Die bisher bekannten Gerätesockel, wie sie z. B. aus der genannten Offenlegungsschrift bekannt sind, sind daher verhältnismäßig massiv und somit kopflastig.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gerätesockel zu schaffen, bei dem diese Schwierigkeiten weitgehend beseitigt sind und der sich bei leichterem Aufbau durch eine tiefere Schwerpunktslage auszeichnet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei dem eingangs genannten Gehäusesockel erfindungsgemäß die Hohlsäule an ihrem unteren Ende fest mit einem das Servosystem aufnehmendem Gehäuse verbunden und das Servosystem weist einen mittels eines zweiten Kardansystems mit orthogonalen Kardanachsen aufgehängten Rahmen auf, der über unmittelbar angekuppelte Zahngetriebe durch mit den Lageabweichungen der Plattform entsprechenden Fehlersignalen gespeiste Servomotoren stabilisierbar ist und daß der stabilisierte Rahmen seinerseits mittels innerhalb der Hohlsäule in deren Längsrichtung verlaufender Übertragungsspangen unter gleichzei'igcr Stabilisierung der Plattform mit dieser verbunden ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht der zu stabilisierenden Plattform und des Aufhängesystems eines Gerätesockels gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht des Gerätesokkels nach F i g. 1 als Ganzes,

F i g. 3 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform des Servosystems des Gerätesokkels nach den F i g. 1 und 2.

Einander entsprechende Teile sind in diesen Figuren mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

In der nachfolgenden Beschreibung wird stets von paarweise gleichen Teilen gesprochen, auch wenn die entsprechende Figur nur einen Teil des betreffenden Paares zeigt. Da die dargestellte Anordnung in bezug auf zwei orthogonalen Achsen symmetrisch ist, ist der jeweils andere Teil eines Paares in einer zum sichtbaren Teil symmetrischen Lage vorhanden.

Der in Fig. 1, 2 dai gestellte Gerätesockel weist eine Plattform 1 auf, die um zwei orthogonale Achsen, d. h. eine Kantwinkelachse 2 und eine Kippachse 3 stabilisiert wird. Zu diesem Zweck ist die zu stabilisierende Plattform 1 mittels eines Kardansystems aufgehängt, das ein Paar gleicher Stützen 4 und einen Kardanring 5 aufweist, welcher mit einem ersten Paar gleicher Hohlwellen wie 6 und einem zweiten Paar gleicher Hohlwellen wie 7 versehen ist. Beide Wellenpaare sind fest mit dem Kardanring 5 verbunden und bilden die erwähnte Kantwinkelachse 2 und Kippachse 3. Das erste Wellenpaar 6, entsprechend der Kantwinkelachse 2, ist drehbar in den Stützen 4 gelagert, die z. B. in bezug auf die Deckfläche eines Schiffes fest angeordnet sind. Das zweite, die Kippachse 3 bildende Wellenpaar 7 ist mit Kugellagern in der zu stabilisierenden Plattform t gelagert, so daß diese um dieses Wellenpaar drehbar ist. Aus der Figur ergibt sich, daß die zu stabilisierende Plattform 1 ein Hohlkörper ist, der einen zylindrischen Teil aufweist, der nach Stabilisierung der Plattform eine vertikale Lage einnimmt. Dieser zylindrische Teil ist somit unmittelbar als Seitenwinkelachse verwendbar, oder er kann eine Plattform tragen, auf der jede Art von Richtgerät angeordnet werden kann, welches um eine Seitenwinkelachse und eine Elevationsachse drehbar sein soll.

Die Plattform 1 wird in bezug auf eine feststehende Bezugsachse in einer bestimmten Lage gehalten, Feststehende Bezugsachsen werden von Kreisel 8 und 9 geliefert, die je ein Gehäuse aufweisen, welches fest mit der zu stabilisierenden Plattform 1 verbunden ist und die, wie aus Fig. 1 ersichtlich, die Hohlwellen 6 bzw. 7

umlaufen. Die beiden Kreisel 8, 9 haben je zwei Freiheitsgrade. Der Kreisel 8 hat eine Drehachse, die in der Horizontalebene einer bestimmten Richtung (z. B. Nord) verläuft und wird daher auch Aüimutkreisel genannt Er liefert Daten, die u. a. beim Berechnen von Korrekturen verwendet werden, die mit Rücksicht auf Azimutabweichungen infolge des Gierens des Schiffes notwendig sind. Da der Kreisel 8 keine direkte Rcile beim Stabilisieren der Plattform 1 spielt wird er hier weiter außer Betracht gelassen. Der Kreisel 9 hat eine Drehachse, die mittels der üblichen, in F i g. 1 nicht dargestellten Kreiselsteuermittel in einer genau vertikalen Lage gehalten v.'ird Dieser Kreisel, auch Vertikalkreisel genannt liefert an seinen beiden, durch Synchros (nicht dargestellt) gebildeten Ausgängen 10 und 11 zwei Fehlerspannungen sobald das Kreiselgehäuse aus der durch die vertikale Drehachse des Vertikalkreisels bestimmten Nullage herausgeführt wird. D^:ese Fehlerspannungen werden nach Verstärkung in Servostärkern (nicht dargestellt) einem Servosystem 12 zugeführt 2c (Fig.3). das nachstehend beschrieben wird. Dieses Servosystem ist bei richtiger Erregung imstande, die Plattform 1 derart zu kippen, daß diese Fehlerspannungen auf Null kommen.

Der Gerätesockel weist eine Hohlsäule 13 auf, die in einer zur Deckfläche senkrechten Lage verankert ist, und die am oberen Ende eine Stütze 14 für das erwähnte Kardansystem bildet und am unteren Ende zur Aufnahme des Servosystems 12 (Fig.3) und ;on Übersetzungsorganen 15 eingerichtet ist, die von dein Servosystem 12 gesteuert werden und sich in der Längsrichtung der Hohlsäule 13 erstrecken und zum Steuern der zu stabilisierenden Plattform 1 dienen.

Bei der dargestellten Ausführungsform hat die Hohlsäule 13 einen kreisförmigen Querschnitt, mit Ausnahme des unteren Endes, das fest mit einem delta-förmigen Gehäuse 16 verbunden ist, welches das Servosystem 12 umgibt Dieses Gehäuse ist z. B. an der Deckfläche des Schiffes, vorzugsweise mittels Stoßdämpfer (nicht dargestellt), befestigt, die das Gehäuse 16 an den drei Ecken abstützen.

Da das Servosystem 12 in dem Gehäuse 16, am unteren Ende der Hohlsäule 13, untergebracht ist, anstatt unmittelbar mit dem Kardansystem verbunden zu sein, wird eine erhebliche Verringerung der Abmessungen und des Gewichtes des Kardansystems erzielt, wodurch der Schwerpunkt wesentlich niedriger liegt. Außerdem kann das Kardansystem, da es weniger massiv ist, so hergestellt werden, daß es staubdicht abgeschlossen ist. Zu diesem Zweck sind die Stützen 4 (s. F i g. 1) auf einer Platte 14 der Hohlsäule 13 so befestigt, daß der Schnittpunkt der Kantwinkelachse 2 und der Kippachse 3 auf der Längsachse 17 der Hohlsäule liegt. Die die Kantwinkelachse 2 bildenden Wellen 6 und die die Kipp- oder Stampfachse 3 bildenden Wellen 7 sind fest mit dem Kardanring 5 verbunden, und zwar so, daß sie nach innen vorstehen.

Der Außendurchmesser des Kardanringes 5 ist etwas kleiner als der Außendurchmesser der Hohlsäule 13. Die Plattform 1 ist mit einer kreisförmigen Abschlußplatte 18 versehen, die fest mit der Plattform 1 verbunden und in der Mitte mit einem kreisförmigen Loch versehen ist, durch welches der zylindrische Teil der Plattform herausragt. Der Außendurchmesser der Abschlußplattc 18 ist gleich dem Außendurchmesser der Hohlsäule 13 gewählt dadurch wird das Kardansystem auf einfache Weise durch die Abschlußplatte 18 und einen Gummi· bals 19 staubdicht abgeschlossen. Die Enden des Gummibalges 19 umgeben die Abschlußplatte 18 und die Hohlsäule 13 und sind durch Klemmringe 20 bzw. 21 befestigt

Bei der beschriebenen Ausfühnjngsform des Gerätesockels wird ein Servosystem nach F i g. 3 verwendet. Hierin ist mit 22 ein Rahmen bezeichnet, der um zwei orthogonale Kardanachsen, d. h. eine Kantwinkelachse 23 und eine Kippachse 24 stabilisiert -.yird. Hierfür ist der Rahmen 22 mittels eines zweiten Kardansystems aufgehängt, das zwei Stützen 25, 26 und einen Kardanrahmen 27 aufweist. Der Rahmen 22 und der Kardanrahmen 27 sind mit je einem Paar von Hohlwellen wie 28 bzw. 29 versehen. Jedes Paar von Hohlwellen 28 bzw. 29 ist fest mit dem betreffenden Rahmen 22 bzw. 27 verbunden, so daß eine Kantwinkel- und Kippachse 23 bzw. 24 gebildet wird. Das die Kantwinkelachse 23 bildende Wellenpaar 28 ist drehbar in den Stützen 25, 26 gelagert, so daß sich der Kardanrahmen 27 in bezug auf diese Stützen drehen kann. Die Stützen 25 sind auf der Innenseite des Gehäuses 16 in Fig.2 fest mit der Deckwand dieses Gehäuses so verbunden, daß die Mittellinie 17 der Hohlsäule 13 nicht nur durch den Schnittpunkt der Kantwinkelachse 2 und der Kippachse 3, sondern auch durch den Schnittpunkt der Kantwinkelachse 23 und der Kippachse 24 geht. Die Kantwinkelachsen 2 und 23 verlaufen außerdem parallel zueinander. Der Kardanrahmen 27 trägt weiter ein Zahnradsegment 30, das fest mit ihm verbunden ist. Das Zahnradsegment 30 ist teilweise von einem Zahnradgehäuse 31 umgeben, das sich im unteren Teil einer Stütze 25 befindet. Das Zahnradgehäuse 31 enthält einen schematisch dargestellten Zahnräderzug und einen umpolbaren Elektromotor 33, der über den Zahnräderzug 32 das Zahnradsegment 30 antreiben kann, um den mit dem Zahnradsegment 30 fest verbundenen Kardanrahmen 27 in die eine oder in die andere Richtung zu drehen. Der maximale Winkel, um den der Kardanrahmen 27 in bezug auf seine Abstützungen drehbar ist, ist durch Nocken wie 34 und 35 begrenzt. Diese Nocken befinden sich auf der Rückseite der Abstützungen 25, 26 in einer zur Kantwinkelachse 23 symmetrischen Lage. Sie wirken mit einem Körper 36 zusammen, der fest mit einem Ende eines Torsionsstabes 37 verbunden ist, welcher in Längsrichtung von der Hohlwelle umgeben ist. Das andere Ende des Torsionsstabes 37 ist fest mit dem Kardanrahmen 27 derart verbunden, daß sich der Körper 36 mit dem Kardanrahmen 27 mitdreht. Wenn der Körper 36 gegen einen Nocken 34 oder stößt, wirkt der Torsionsstab 37 wie eine stoßdämpfende Federanordnung.

Das die Kippachse 24 bildende Wellenpaar 29 ist in Lagern des Kardanrahmer.s 27 drehbar, so daß der Rahmen 22 sich in bezug auf den Kardanrahmen drehen kann. Der Rahmen 22 ist mit einem Zahnradsegment 38 versehen, das fest mit diesem Rahmen verbunden ist. Das Zahnradsegment 38 ist teilweise von einem Zahnradgehäuse 39 umgeben, das einen Teil des Kardanrahmens 27 bildet. Das Zahnradgehäuse enthält einen schematisch dargestellten Zahnräderzug 40 und einen umpolbaren Elektromotor 41, der das Zahnradsegment 38 über den Zahnräderzug 40 antreiben kann, um den mit dem Zahnradsegment 38 fest verbundenen Rahmen 22 in die eine oder in die andere Richtung zu drehen. Der maximale Winkel, um den sich der Rahmen 22 in bezug auf den Kardanrahmen drehen kann, wird durch Nocken, wie 42 und 43, begrenzt. Diese Nocken befinden sich auf der

Außenseite des Kardanrahmens 27 symmetrisch zur Kippachse 24. Sie wirken mit vorstehenden Teilen 44,45 eines Deckels 46 zusammen. Der Deckel 46 ist fest mit einem Ende eines Torsionsstabes 47 verbunden, der von der Hohlwelle 29 umgeben ist. Das andere Ende des Torsionsstabes 47 ist fest mit dem Rahmen 22 verbunden, so daß der Deckel 46 und die vorstehenden Teile 44,45 sich mit dem Rahmen 22 drehen. Wenn ein vorstehender Teil 44 oder 45 des Deckels 46 gegen einen Nocken 42 oder 43 stößt, wirkt der Torsionsstab 47 wie eine stoßdämpfende Federanordnung.

Der Rahmen 22 und die Plattform 1 sind derart miteinander verbunden, daß der zylindrische Teil der Plattform 1 vertikal verläuft, wenn der Rahmen 22 sich in horizontaler Lage befindet. Zu diesem Zweck sind mechanische Übersetzungsorgane 15 verwendet, die sich im Inneren der Hohlsäule 13 in deren Längsrichtung erstrecken. In der dargestellten Ausführungsform sind diese Übersetzungsorgane 15 durch vier gleiche Verbindungsstangen gebildet. Der Rahmen 22 ist mit vier Wellen wie 48, 49 versehen, die parallel zur Kantwinkelachse 23 in zu der Kantwinkel- und der Kippachse 23 bzw. 24 symmetrischen Lagen angeordnet sind. Die Plattform 1 nach Fig. 1 hat ebenfalls vier Wellen (wie 50), die parallel zur Kantwinkelachse 2 in zu der Kantwinkel- und der Kippachse 2 bzw. 3 symmetrischen Lagen angeordnet sind. Der gegenseitige Abstand der vier Wellen 48, 49 im Rahmen 22 ist gleich dem gegenseitigen Abstand der vier Wellen 50 der Plattform 1, so daß jede der vier Wellen in dem Rahmen 22 mit einer der vier Wellen der Plattform 1 ein Paar bildet. Die Wellen jedes Paares sind durch eine der vier Verbindungsstangen 15 miteinander verbunden. Die Verbindungsstangen sind mittels Pendellagern, wie 51 in F i g. 1 und 52 in F i g. 3, miteinander verbunden, die zwei Bewegungsgrade erlauben. Da die Verbindungsstangen 15 im Inneren der Hohlsäule 13 liegen, ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß mit Ausnahme des vorstehenden, zylindrischen Teiles der Plattform 1 alle beweglichen Teile des Gerätesockels staubdicht abgeschlossen sind.

Ein weiterer Vorteil des beschriebenen Gerätesockels besteht darin, daß sogar bei einer Verformung der Hohlsäule 13, wie sie unter sehr ungünstigen Umständen auftreten kann, die Lage der Plattform 1 nicht beeinflußt wird, da die Verbindungsstangen 15 stets parallel zueinander bleiben.

ίο Wenn der Rahmen 22 horizontal ausgerichtet ist, befindet sich der vorstehende zylindrische Teil der Plattform 1 in vertikaler Lage. Bei einer Lagenänderung der Deckfläche werden die entsprechenden Kant- und Kippwinkel durch den Stabilisierungskreisel 9 gemessen, wobei die entsprechenden Fehlerspannungen an den Ausgängen 10 und 11 auftreten. Diese Fehlerspannungen werden den umpolbaren Elektromotoren 33 und 41 zugeführt die den Rahmen 22 und somit die Plattform 1 derart kippen, daß diese Fehlerspannungen auf Null zurücklaufen.

Bei der beschriebenen Ausführungsform werden vier Verbindungsstangen 15 verwendet; es kann aber auch eine geringe Anzahl ausreichend sein.
Ferner sind bei der beschriebenen Ausführungsform die Kreiselgehäuse unmittelbar mit der zu stabilisierenden Plattform 1 verbunden. Obgleich diese Ausführungsform vorteilhaft ist, ist sie nicht unbedingt erforderlich, da es ohne weiteres möglich ist die Kreisel getrennt von der zu stabilisierenden Plattform anzuordnen, z. B. in dem Metazentrum des Schiffes. Ferner ist es möglich, das Stabilisierungssystem mit einer anderen stabilisierten Plattform zu koppeln, so daß es den Bewegungen dieser Plattform genau folgt.

Schließlich sei bemerkt daß der Gerätesockel nicht auf die Verwendung eines Servosystems nach F i g. 3 beschränkt ist Andere Typen von Servosystemen (ζ. Β ein hydraulisches Servosystem) sind auch anwendbar.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

-sr..

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Gerätesockel zur Verwendung an Bord eines Schiffes, mit einer kardanisch aufgehängten über ein zugeordnetes Servosystem bezüglich der Kardanachsen kreiselstabilisierten Plattform und einer senkrecht zur Deckfläche verlaufend verankerten Hohlsäule, die an ihrem oberen Ende eine Stütze für das zwei orthogonale Kardanachsen aufweisende Kardansystem der Plattform bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlsäule (13) an ihrem unteren Ende fest mit einem das Servosystem (12) aufnehmendem Gehäuse (16) verbunden ist und das Servosystem (12) einen mittels eines zweiten Kardansystems mit orthogonalen Kardanachsen (23, 24) aufgehängten Rahmen (22) aufweist, der über unmittelbar angekuppelte Zahngetriebe durch mit den Lageabweichungen der Plattform (1) entsprechenden Fehlersignalen gespeiste Servomotoren (33, 41) stabilisierbar ist und daß der stabilisierte Rahmen (22) seinerseits mittels innerhalb der Hohlsäule (13) in deren Längsrichtung verlaufender Übertragungsspangen (15) unter gleichzeitiger Stabilisierung der Plattform (1) mit dieser verbunden ist.