DE2607679A1

DE2607679A1 - Traegheitsstabilisierter coelostat bzw.heliostat

Info

Publication number: DE2607679A1
Application number: DE19762607679
Authority: DE
Inventors: Wayne B Lloyd
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1975-02-25
Filing date: 1976-02-25
Publication date: 1976-10-07
Also published as: JPS51113076A; US3951510A; GB1531871A

Description

Trägheitsstabilisierter Coelostat bzw. Heliostat

Die Erfindung betrifft einen trägheitsstabilisierten Coelostat bzw. Heliostat mit einem um eine Höhenachse drehbaren Höhen-Kardanbügel, einem trägheitsstabilisierten, um eine erste Azimutachse drehbaren und im Höhen-Kardanbügel drehbar aufgehängten Körper, wobei die Höhenachse und die erste Azimutachse in einer gemeinsamen Ebene orthogonal zueinander verlaufen, sowie mit einem um eine zweite Azimutachse drehbaren Planarspiegel.

Bekannte Heliostate haben eine vertikale Azimutachse für einen trägheitsstabilisierten Körper, wobei ein Höhen-Kardanbügel, der den stabilisierten Körper trägt, um die Azimutachse eine Winkelbewegung ausführen kann. Ferner ist eine weitere vertikale Azimutachse für einen Spiegel vorgesehen, wobei diese Azimutachse gegen die Azimutachse des stabilisierten Körpers horizontal versetzt ist. Um die Azimutachse des Spiegels dreht sich dieser um den halben Winkel des Winkelausschlags, mit dem sich der stabilisierte Körper um seine Azimutachse dreht. Ferner ist der Ilöhen-

Fs/mü Kardanbügel

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Kardanbügel um eine Höhen-Achse drehbar, die durch eine horizontal gegen die vertikale Ebene durch die Azimutachse des stabilisierten Körpers versetzte Ebene verläuft.

Aus diesem Grund ist das gesamte Gewicht des trägheitsstabilisierten Körpers bezüglich der Höhen-Achse versetzt angeordnet, so daß ein Ausgleichsgewicht zur Kompensation des Gewichts des stabilisierten Körpers erforderlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen derartigen Heliostat zu verbessern und derart zu gestalten, daß ein Ausgleichsgewicht vermieden wird, wobei in einem kompakteren und geeigneteren Aufbau ein Halbwinkel-Antrieb Verwendung findet, der eine einfachere und günstigere Ausbalancierung möglich macht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Azimutachse des stabilisierten Körpers und die Azimutachse des Planarspiegels achsengleich verlaufen, und daß ein Halbwinkel-Antrieb vorhanden ist, um den Planarspiegel um seine Azimutachse mit dem halben Winkel des Winkelausschlags des Höhen-Kardanbügels gegenüber dem stabilisierten Körper in der gleichen Richtung zu drehen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen.

Die Aufgabe und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen trägheitsstabilisierten Heliostat;

Fig. 2 einen bekannten Heliostat;

- 2 - Fig. 3

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Fig. 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Heliostats gemäß der Erfindung;

Fig. 4 einen Schnitt durch einen Teil des stabilisierten Körpers gemäß den Fig. 1 und 3 nach einem Schnitt längs der Linie 4-4 der Fig. 3;

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 der Fig. 3 zur Erläuterung des Halbwinkel-Antriebs;

Fig. 6 eine schematische Darstellung des Halbwinkel-Antriebs in verschobener Draufsicht.

In Fig. 1 ist ein typischer trägheitsstabilisierter Heliostat 9 dargestellt, wie er für die Verwendung in Flugzeugen oder dergl. zum Anvisieren einer entfernt gelegenen Lichtquelle oder eines Lichtfleckes, einer konzentrierten Abbildung oder dergl. längs einer Ziellinie, die mit LOS bezeichnet ist, Verwendung findet. Das Anvisieren erfolgt eingangsseitig über einen gekippten Planarspiegel 10, einen feststehenden Spiegel 11 sowie durch eine Objektivlinse 12 und die Objektivfassung 14, durch welche das Strahlenbündel auf einen Sensor 15 gerichtet wird. Der Planarspiegel 10 ist innerhalb eines stabilisierten Körpers mit einem Höhenkreisel 15 und einem Azimutkreisel 16 angeordnet. Diese Kreisel dienen dazu, die Ziellinie LOS und damit das offene Ende 17 des stabilisierten Körpers durch die Trägheitskräfte auf das Ziel ausgerichtet zu halten. Der stabilisierte Körper SB ist drehbar in einem Höhen-Kardanbügel EG montiert, so daß er eine Winkelbewegung um die vertikale Azimutachse des Spiegels ausführen kann. Der Höhen-Kardanbügel EG seinerseits ist an einem Auslegerarm 20 drehbar montiert und um die horizontale Höhenachse schwenkbar. Der Planarspiegel 10 ist bezüglich der Höhenachse derart angeordnet, daß diese durch das Zentrum der vorderen reflektierenden Fläche des Spi egels unter einem Winkel von etwa 45 verläuft, womit selbst, wenn relative Drehbewegungen des Spiegels um die Höhen-Achse, welche zwischen dem Auslegerarm

- 3 - und der

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und der Objektivfassung 14 verläuft, als Folge einer Änderung der Höhenlage des Fahrzeugs auftreten, die Oberfläche des Planspiegels 10 im wesentlichen in derselben Ebene verbleibt und das der Ziellinie folgende Strahlenbündel ungestört zum feststehenden Spiegel 11 übertragen wird. Änderungen der Höhenlage des Auslegearmes 20, der Objektivfassung 14 und des Höhen-Kardanbügels EG lassen eine Drehung des Spiegels um die Azimutachse zu, so daß der stabilisierte Körper SB auf die Ziellinie LOS ausgerichtet bleibt, wobei der Planarspiegel 10 eine Drehung um die Azimutachse mit einem halben Wert derjenigen Größe zuläßt, die sich durch die azimutale Winkelbewegung zwischen dem stabilisierten Körper und dem Höhen-Kardanbügel ergibt, was nachfolgend noch näher erläutert wird. Aufgrund dieser Maßnahmen wird das empfangene Strahlenbündel über den Planarspiegel automatisch auf den feststehenden Spiegel 11 bei Änderungen der Azimutlagen des Höhen-Kardanbügels ausgerichtet gehalten.

Wie bereits erwähnt, hat die in Fig. 2 dargestellte bekannte Anordnung zur Einstellung des Planarspiegels in Abhängigkeit von Azimutänderungen einen trägheitsstabilisierten Körper SB in Form einer vertikal ausgerichteten Welle und kann Winkelbewegungen um diese Azimutachse des stabilisierten Körpers relativ zu einem C-förmigen Höhen-Kardanbügel EG ausführen, der in einer vertikalen Ebene angeordnet ist. Der Planarspiegel 10 gemäß Fig. ist derart angeordnet, daß er eine halbe Winkeldrehung um die vertikale Azimutachse des Spiegels ausführen kann, die horizontal gegenüber der Azimutachse des stabilisierten Körpers versetzt ist und in derselben Ebene wie die Höhenachse liegt, um welche sich der Höhen-Kardanbügel schwenken kann. Die Antriebsanordnung für die halbe Winkeldrehung umfaßt ein kleines Übersetzungsrad 22, das sich zusammen mit dem stabilisierten Körper SB dreht; und ein großes Übersetzungsrad 23, das mit der Welle 24 verbunden ist, welche den Spiegel 10 trägt. Das große Übersetzungsrad 23 dreht sich in derselben Richtung wie das kleine Übersetzungsrad 22, jedoch nur um den halben Betrag entsprechend der Verschiebung eines Gurtes 25, der um die beiden Übersetzungsräder herum verläuft und an diesen festgelegt ist. Ein Gegengewicht ist mit dem vorderen unteren Ende des Höhen-Kardanbügels

- 4 - EG

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EG verbunden und dient dem Gewichtsausgleich für den stabilisierten Körper. Ferner sind weitere Komponenten vorgesehen wie Kreisel, ein Trägheitsrad und ein Drehmomentmotor für den Azimutantrieb, welcher die relative Verschwenkung des stabilisierten Körpers und des Höhen-Kar danbügels zur Unterdrückung der Reibungsverluste unterstützt.

In den Fig. 1 und 3 ist die Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die einen langgestreckten U-förmigen stabilisierten Körper SB umfaßt, der sich horizontal erstreckt und etwa in seinem Mittelbereich in einem Höhen-Kardanbügel EG drehbar aufgehängt ist. Damit kann er eine Drehung um die Höhenachse ausführen, welche durch das Zentrum des Planarspiegels 10 unter einem Winkel von ungefähr 45 zur Ebene des Spiegels verläuft. Am rückwärtigen Ende des stabilisierten Körpers SB, und zwar an einem vertikal verlaufenden Abschnitt desselben, sind der Azimutkreisel und der Höhenkreisel angeordnet, die dafür sorgen, daß das vordere offene Ende 17 des stabilisierten Körpers auf die Ziellinie LOS ausgerichtet ist, auch wenn der oben an der Seite und unten am stabilisierten Körper SB vorbei verlaufende Höhen-Kardanbügel eine azimutale Winkelverschiebung erfährt. Gemäß der Erfindung fällt die vertikale Azimutachse des stabilisierten Körpers SB mit der Azimutachse des Planarspiegels 10 zusammen, wobei ein Drehmomentsmotor 27 am oberen Ende der Achse und ein Halbwinkel-Antrieb 28 am unteren Ende der Achse befestigt ist. Wie insbesondere aus Fig. 3 zu entnehmen ist, wird der stabili; sierte Körper SB auf seiner Unterseite mit Hilfe eines Bügels 29 und eines Wellenabschnittes 30 drehbar gehaltert, wobei der Wellenabschnitt in einem horizontal verlaufenden Teil des Höhen-Kardanbügels EG gelagert ist. Ein Antriebsrad 31 ragt nach oben und ist auf die gemeinsame Azimutachse ausgerichtet.

Gemäß den Fig. 3, 5 und 6 sind zusätzlich zu dem Antriebsrad 3\ das mit dem stabilisierten Körper SB verbunden ist, zwei vertikal versetzte Antriebsräder 32 und 33 im Halbwinkel-Antrieb vorgesehen, die auf einer gemeinsamen Welle 34 montiert sind, wobei diese Welle 34 horizontal gegenüber der

• - 5 - gemein-

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gemeinsamen Azimutachse versetzt ist. Die Antriebsräder werden mit Hilfe eines flexiblen Metallbandes 35 um einen Winkel verdreht, der dem Azimutwinkel entspricht, der sich zwischen dem stabilisierten Körper SB .und dem Höhen-Kardanbügel EG einstellt. Da sich das obere Antriebsrad um denselben Winkel dreht wie das untere Antriebsrad 32, wird aufgrund des entsprechend größeren Durchmessers des Antriebsrades 32, welches mit dem Planarspiegel 10 verbunden ist, über das Metallband 38 die Winkelverdrehung des Planarspiegels entsprechend dem halben Winkel des Azimutwinkels zwischen dem Höhen-Kar danbüg el und dem stabilisierten Körper, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist, bewirkt.

- 6 - Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche

Trägheitsstabilisierter Coelostat bzw. Heliostat mit einem um eine Höhenachse drehbaren Höhen-Kardanbügel, einem trägheitsstabilisierten, um eine erste Azimutachse drehbaren und im Höhen-Kardanbügel drehbar aufgehängten Körper, wobei die Höhenachse und die erste Azimutachse in einer gemeinsamen Ebene orthogonal zueinander verlaufen, sowie mit einem um eine zweite Azimutachse drehbaren Planarspiegel, dadurch gekennzeichnet, daß die Azimutachse des stabilisierten Körpers (SB) und die Azimutachse des Planarspiegels (10) achsengleich verlaufen, und daß ein Halbwinkel-Antrieb (28; 30 bis 38) vorhanden ist, um den Planarspiegel (10) um seine Azimutachse mit dem halben Winkel des Winkelausschlags des Höhen-Kar danbügels (EG) gegenüber dem stabilisierten Körper (SB) in der gleichen Richtung zu drehen.
2. Trägheitsstabilisierter Coelostat bzw. Heliostat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der stabilisierte Körper (SB) in horizontaler Richtung beiderseits der Azimutachse erstreckt und in Gleichgewichtslage gehalten ist.
3. Trägheitsstabilisierter Coelostat bzw. Heliostat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der stabilisierte Körper an seinem rückwärtigen Ende einen Höhen- und Azimutkreisel (15, 16) und an seinem anderen Ende einen offenen Endbereich umfaßt, durch welchen der Strahlenverlauf längs der Ziellinie (LOS) verläuft.
4. Trägheitsstabilisierter Coelostat bzw. Heliostat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere reflektierende Oberfläche des Planarspiegels (10) zur Ziellinie geneigt verläuft, und daß die Höhenachse die Ziellinie rechtwinklig im Mittelbereich des Planarspiegels in der reflektierenden Oberfläche schneidet.

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5. Trägheitsstabilisierter Coelostat bzw. Heliostat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbwinkel-Antrieb zwei über Antriebsbänder (35, 38) miteinander gekoppelte Übersetzungsradpaare (31, 32; 33, 36) umfaßt, die gegenüber der Höhenachse versetzt angeordnet sind.

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