DE2357724C1 - Vorrichtung zur Positionierung und Lagestabilisierung einer beweglich auf einer Unterlage gelagerten trägen Masse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Positionierung und Lagestabilisierung einer in mindestens einem Freiheitsgrad bis zu sämtlichen Freiheitsgraden beweglich auf einer Unterlage gelagerten trägen Masse mit einer Regeleinrichtung, die Stellgrößen abgibt, deren Anzahl mit derjenigen der Freiheitsgrade übereinstimmt, wobei jede Stellgröße durch Krafteinwirkung, insbesondere in Form von Reibkräften, zwischen mindestens einem an der trägen Masse angeordneten ersten Teil und mindestens einem an der Unterlage angeordneten, relativ zum ersten Teil bewegbaren zweiten Teil erzeugt wird, nach Patent 22 17 684.

Die träge Masse ist insbesondere eine Rohrwaffe und die Unterlage die Wanne eines die Rohrwaffe tragenden Gleiskettenfahrzeugs. Die Vorrichtung dient dazu, die Rohrwaffe schnell und hochgenau auf ein Ziel auszurichten, genauer gesagt, auf einen durch ein Zielerfassungsgerät, wie ein Rundblickperiskop, vorgegebenen Richtwinkel, ohne daß Bewegungen der Wanne die Richtgenauigkeit beeinträchtigen.

Bei einer solchen, gemäß dem Hauptpatent ausgebildeten Vorrichtung hat sich gezeigt, daß die Stellgröße, die in Form von Reibmomenten aufgebracht wird, durch störende Kraftnebeneinflüsse überlagert werden kann, die durch Reaktionskräfte zwischen dem ersten Teil und der Unterlage hervorgerufen werden können, z. B. durch axiale Reaktionskräfte. Ferner soll eine kompaktere Bauweise gegenüber der Vorrichtung nach dem Hauptpatent erreicht werden.

Um hier eine Verbesserung zu schaffen, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß das erste Teil über eine mindestens überwiegend Umfangskräfte übertragende Verbindung mit der gegenüber dem zweiten Teil schwenkbaren trägen Masse verbunden ist.

Die Vorrichtung nach der Erfindung läßt sich ohne Beanspruchung zusätzlichen Bauraumes in eine Wiege, — das ist die mit der Rohrwaffe in Schwenkrichtung feste Lagereinrichtung —, üblicher Größe, insbesondere üblicher Breite, einbauen.

Ein weiteres Problem bei der im Hauptpatent vorgeschlagenen Vorrichtung ergibt sich bei der Messung der Stellgröße. Eine solche Messung ist für die Bereitstellung des Ist-Wertes erforderlich. Bei der Vorrichtung nach dem Hauptpatent ist die Meßvorrichtung in die Schwenkwelle bzw. einen der Lagerzapfen eingebaut, mit welchen die Rohrwaffe schwenkbar gegenüber der Wanne ist. Die Anordnung nach dem Hauptpatent bedingt eine wegbehaftete Momentenmessung. Eine solche Meßanordnung ist nicht nur konstruktiv aufwendig, weil die Drehmomentenmeßnabe genau mit dem Lagerzapfen fluchten muß, sondern führt zu Eigenfrequenzen im Betriebsbereich, welche die Regelgüte beeinträchtigen.

Es ist deshalb eine wichtige weitere Aufgabe der Erfindung, die Vorrichtung so auszugestalten, daß die störenden Eigenfrequenzen bei gleichbleibend guten Meßeigenschaften beseitigt werden. Hierzu ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Verbindung zwischen der trägen Masse und dem ersten Teil ein mit geringem Meßweg arbeitendes Meßelement für Zug- und Druckkräfte aufweist, das mit seiner Meßrichtung in Umfangsrichtung ausgerichtet ist.

Vorzugsweise ist das Meßelement ein elastisches Bauteil mit einem eingeschnürten Querschnitt, an dem Dehnmeßstreifen befestigt sind.

Aufgrund dieser bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung gelingt es, die Eigenfrequenzen bei gleichbleibend guten Meßeigenschaften in höherfrequente Bereiche, — bei einer konstruktiven Ausführung oberhalb von 100 Hz —,zu verlegen, wo diese Eigenfrequenzen nicht mehr stören.

Die Erfindung ermöglicht eine praktisch nebenwirkungsfreie Krafteinleitung vom ersten Teil in die träge Masse. Die nahezu wegfrei messende Kraftmeßanordnung ist an die Stelle der Krafteinleitung verlegt. Hierdurch wird außer dem erwähnten Vorteil des Beseitigens bzw. Verlegene störender Eigenfrequenzen eine Kraftmessung der reinen, durch Nebenwirkungen unbeeinflußten Stellgröße ermöglicht.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

F i g. 1 einen schematischen Teilschnitt durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, worin ein Teil perspektivisch dargestellt ist,

F i g. 2 einen um 180° gedrehten Teilschnitt nach der Linie H-II in F i g. 1 in vergrößertem Maßstab und

F i g. 3 eine perspektivische Darstellung eines bei der Erfindung verwendeten Meßelementes.

Eine Rohrwaffe 101 ist mit einer als Hohlkörper ausgebildeten Wiege 102 drehfest verbunden, die mit Lagerzapfen 106, 107 in Lagern 103 und 104 schwenkbar an der bei 105 angedeuteten Wanne eines Gleiskettenfahrzeuges gelagert ist. Der in Fig. 1 linke Hohlkörper der Wiege 102 nimmt zwei Bremsscheiben 108,109 auf, die drehbar auf einer Achse 116 in Lagern 110,111 bzw. 112, 113 gelagert sind und von denen die eine 108 in einem Lager 114 und die andere 109 in einem Lager 115 an der Wiege 102 gelagert sind. Die Bremsscheiben sind vorzugsweise innenbelüftet.

Die Achse 116 ist über einen radialen Steg 117 und eine damit verbundene Glocke 118 von außen über Lager 119,120 auf den Nabenabschnitten der Bremsscheiben 108 bzw. 109 abgestützt. Die Glocke 117 weist an einer Seite einen radialen Hals 121 auf, der nach außen aus der Wiege 102 herausgeführt ist, einen Antrieb 122 abstützt und selbst über ein in F i g. 1 perspektivisch dargestelltes Blech 123 in Umfangsrichtung steif und in radialer Richtung nachgiebig abgestützt ist. Diese in Normalrichtung weiche Befestigung des Antriebes an der Wanne 105 hat den Zweck, die beim Schuß übertragenen Normalkräfte weich abzufangen. Durch den Hals 121 ragt die Ausgangswelle 124 des vorzugsweise hydraulischen Antriebes 122 radial nach innen in die Glokke hinein. An ihrem freien Ende trägt die Antriebswelle 124 ein Kegelritzel. Diese Kegelritzel 125 kämmt mit Kegelrändern 126,127, die über die erwähnten Nabenteile einstückig mit den Bremsscheiben 108 bzw. 109 sind. Die Kegelräder 126,127 und damit die Bremsscheiben 108,109 werden aufgrund dieser Anordnung ständig gegenläufig angetrieben. Durch die ständige Bewegung der Bremsscheiben wird die normalerweise zu überwindende hohe Anlaufreibung in den Lagern vermieden. Dies erhöht die Präzision und die Geschwindigkeit beim Aufbringen der Stellmomente.

Auf den beiden Bremsscheiben ist ein Sattel 130 in Gestalt eines bei 131, 132 in drei Teile 133, 134, 135 geteilten zusammenhängenden Ringes in Lagern 136 bzw. 137 schwenkbar gelagert. Der Sattel 130 fungiert als Bremssattel und ist zu diesem Zweck mit paarweise gegenüberliegenden hydraulischen Zylindern 138, 139 und 140,141 versehen, die zwar in F i g. 1 in einer Ebene dargestellt sind, jedoch gemäß F i g. 2 in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind, um Bauraum in axialer Richtung einzusparen. In den Zylindern gleiten Kolben 142,143, die auf ihren Außenseiten Reibbeläge 144, 145 tragen. Jeder Bremsscheibe 108, 109 können jeweils mehrere Kolbenpaare zugeordnet sein, und zwar zur symmetrischen Krafteinleitung an der Bremsscheibe diagonal gegenüberliegend. In den Zeichnungen ist jedoch jeweils nur ein Kolbenpaar dargestellt. Die Anordnung ist so getroffen, daß jeweils immer nur die einer Scheibe zugeordneten Kolben, diese allerdings sämtlich, betätigt werden können. Der nur aus Montagegründen dreigeteilte Bremssattel 130 ist bei 150 über eine ausschließlich Umfangskräfte übetragende Verbindung mit der Wiege 102 verbunden. Die Verbindungsstelle 150 ist im einzelnen in F i g. 2 dargestellt. Sie umfaßt hauptsächlich ein Meßelement 151 für Zug- und

ίο Druckkräfte, das aus einem Stück besteht, und dessen Gestalt am besten in F i g. 3 zu erkennen ist. Das Meßelement 151 hat zwei zylinderscheibenförmige Enden 152, 153, die mit zentralen Gewindelöchern 154 versehen sind. Der eigentliche Meßteil 155 hat geringe Wandstärke und ist elastisch, jedoch biege- und querkraftunempfindlich gestaltet. Er verbindet die Enden 152, 153. Sein Querschnitt ist durch Einkerbungen 156,157 bzw. Löcher 158,159 verringert. In die Löcher bzw. die Einkerbungen sind Dehnungsmeßstreifen 160 eingeklebt und so geschaltet, daß sie ausschließlich die Zug- und Druckbelastungen des Meßteiles 155 erfassen. Die Anordnung der Dehnungsmeßstreifen 160 ist am besten aus F i g. 2 zu erkennen. Das Meßelement 151 ist über in die Gewindelöcher 154 eingeschraubte Schrauben 161, 162 mit einem Ansatz 163 an der Wiege 102 und mit einem am Bremssattel 130 befestigten Arm 164 fest verbunden. Die Verbindung mit dem Arm 164 umfaßt ein Kugelgelenk 165. Dieses Kugelgelenk 165 ermöglicht ein Einjustieren der Lager des Meßelementes 151 unabhängig von der Parallelität der Anlagefläche 166 am Ansatz 163 und der entsprechenden Fläche 167 am Arm 164 genau in Umfangsrichtung.

Die beschriebene Verbindung 150 zwischen dem Bremssattel 130 und der Wiege 102 überträgt ausschließlich Umfangskräfte, wobei aufgrund der Anord- · nung des Meßelements an der Verbindungsstelle 150 diese Umfangskräfte exakt erfaßt werden. Umfangskräfte entstehen als Reaktionskräfte beim Abbremsen einer der Bremsscheiben 108,109 und pflanzen sich auf die Wiege als Stellkräfte zum Schwenken der Rohrwaffe 101 fort. Die Umfangskräfte bilden die Istgröße für die Regelung der Schwenklage der Rohrwaffe 101. Diese Istgröße läßt sich mit der beschriebenen Verbindung 150 über das Meßelement 151 genau erfassen, ohne daß durch das Lagerspiel in den als Festlagern ausgebildeten Lagern 114,115 der Bremsscheiben gegenüber der Wiege verursachte aixale Relativbewegungen die Messung verfälschen können.
Es ist auch dafür Sorge getragen, daß im Betrieb unvermeidliche Temperaturschwankungen die Meßgenauigkeit nicht beeinflussen können, und zwar dadurch, daß die Verbindungsstelle 150 auf weitgehend konstanter Temperatur gehalten wird. Dies geschieht dadurch, daß das für die Bremse ständig auf etwa konstanter Temperatur gehaltene Bremsöl, dessen Zuführung zu den Zylindern 140, 139 in F i g. 2 ohne Bezugsziffern angedeutet ist, über die Verbindungsstelle 150 geschieht. Mit 170 ist der Ölzulauf und mit 171 der Ablauf bezeichnet. Eine Bohrung 172 im Arm 164 soll andeuten, daß das Öl in die Umgebung des Meßelementes 151 gebracht wird. Mit 173 ist schließlich eine Ölleitung bezeichnet, die eine Zu- oder Ablaufleitung zu den Bremszylindern 139, 140 darstellt und in einer Umfangsrille 174 des Sattels 130 verlegt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

- Leerseite -

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Positionierung und Lagestabilisierung einer in mindestens einem Freiheitsgrad bis zu sämtlichen Freiheitsgraden beweglich auf einer Unterlage gelagerten trägen Masse mit einer Regeleinrichtung, die Stellgrößen abgibt, deren Anzahl mit derjenigen der Freiheitsgrade übereinstimmt, wobei jede Stellgröße durch Krafteinwirkung, insbesondere in Form von Reibkräften, zwischen mindestens einem an der trägen Masse angeordneten ersten Teil und mindestens einem an der Unterlage angeordneten, relativ zum ersten Teil bewegbaren zweiten Teil erzeugt wird, nach Patent 22 17 684, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil (130) über eine mindestens überwiegend Umfangskräfte übertragende Verbindung (150) mit der gegenüber dem zweiten Teil (108 bzw. 109) schwenkbaren trägen Masse verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (150) zwischen der trägen Masse (101, 102) und dem ersten Teil (130) ein mit geringem Meßweg arbeitendes Meßelement (151) für Zug- und Druckkräfte aufweist, das mit seiner Meßrichtung in Umfangsrichtung bezüglich der Schwenkachse der trägen Masse ausgerichtet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßelement (151) ein elastisches Bauteil (155) mit einem eingeschnürten Querschnitt (155) umfaßt, an dem Dehnmeßstreifen (160) befestigt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Bauteil (155) biege- und querkraftunempfindlich gestaltet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßelement (151) fest mit der trägen Masse (102) und über ein zum Einjustieren dienendes Kugelgelenk (165) fest mit dem ersten Teil (130) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßelement (151) auf etwa konstanter Temperatur gehalten wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil ein Bremssattel (130) ist, der das zweite Teil in Gestalt zweier gegenläufig angetriebener, an der Unterlage (105) und dem Bremssattel (130) gelagerter Bremsscheiben (108, 109) umgreift und nach Art einer Festsattelscheibenbremse für jede Bremsscheibe mindestens je ein Paar von auf entgegengesetzten Seiten jeder Bremsscheibe angeordneten Bremszylindern (138, 139; 140, 141) mit dazu gegenläufig druckbeaufschlagbaren Kolben (142, 143) aufweist, welche auf Bremsbeläge (144,145) wirken.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (122) für die Bremsscheiben (108, 109) über eine mindestens überwiegend Umfangskräfte übertragende Abstützung (123) an der Unterlage (105) abgestützt ist.