DE2803617A1

DE2803617A1 - Wandler-nachfuehreinrichtung fuer ein unterwasser-ortungssystem

Info

Publication number: DE2803617A1
Application number: DE19782803617
Authority: DE
Inventors: Kiyomi Minohara; Koichi Sonoda
Original assignee: Furuno Electric Co Ltd
Current assignee: Furuno Electric Co Ltd
Priority date: 1977-03-10
Filing date: 1978-01-27
Publication date: 1978-09-14
Also published as: JPS53110867A; NO145315C; NO145315B; NO780827L; DE2803617B2; JPS60628B2; GB1562524A; FR2383570B1; FR2383570A1; US4144518A; CA1089076A; DE2803617C3

Description

TER MEER .MÜLLER · STEINMEiSTE?? Furuno-FP-WG/F-112-3

BESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wandler-Nachführeinrichtung für ein Unterwasser-Ultraschall-Ortungssystem, mit einer an einem Schiff befestigbaren und normalerweise parallel zur Horizontalebene liegenden Plattform, einem Wandler sowie Mitteln zum Stabilisieren des Wandlers.

Es handelt sich dabei insbesondere um Systeme zur Feststellung der Anwesenheit und Position von Objekten wie Fischschwärmen und Einzelheiten am Meeresgrund in der Umgebung eines Schiffes» Die Nachführeinrichtung soll den Wandler über Azimut- und Neigungswinkel schwenken und dabei gegenüber den Stampf- und Rollbewegungen des Schiffes stabilisieren.

Zum Ortungssystem gehört ein elektroakustischer Wandler, der Ultraschallenergie abstrahlt und aus dem zu untersuchenden Bereich Echos empfängt. Üblicherweise ist der Wandler unterhalb des Schiffskiels in einer Abtastposition aufgehängt, läßt sich um eine Vertikalachse und/oder eine Horizontalachse schwenken, und der vom Wandler abgegebene Ultraschallstrahl nimmt eine dementsprechende vertikale und/oder horizontale Richtung unter dem Schiff ein* Bei einer aus US-PS 2 759 783 bekannten Einrichtung dieser Art ist der darin mit 20 bezeichnete Wandler am unteren Ende einer Hubsäule 186 befestigt und somit fest mit dem Schiff verbunden. Die Folge ist, daß der Schallstrahl alle Schifsbewegungen mitmacht, wenn das Schiff rollt und/oder stampft. Daraus ergeben sich Fehler bei der Entfernungs- und Positionsermittlung von Objekten.

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Zur Stabilisierung des Wandlers gegen Stampf- und Rollbewegungen eines Schiffes sind bereits Maßnahmen aus US-PS 2 832 944 und dem japanischen Gebrauchsmuster Zitsukosho Nr. 47-6381 bekannt. Zu diesen bekannten Stabilisierungseinrichtungen gehören Bewegungsabtasteinrichtungen wie Kreiselgeräte, welche Ausgangssignale erzeugen, die jeweils der Größe des Roll- und Stampfwinkeis, ausgedrückt in Grad, entsprechen. Diese Ausgangssignale werden mit Hilfe

IQ konventioneller Verstärker in der Weise in je einen Azimut-Antriebsmotor und einen Neigungs-Antriebsmotor eingespeist, daß tier durch die Stampf- und Rollbewegungen des Schiffes verursachte Fehler korrigiert' wird. Auf diese Weise behält die Frontfläche des Wandlers immer die gewünschte Ausrichtung bei. Die bekannten Stabilisierungsmittel für die Plattform haben den Nachteil, daß sie recht umfangreich und kostspielig gestaltet sind und außerdem hochgradige technische Kenntnisse und Informationen bei der Herstellung, Installierung, Justierung und Wartung erfordern. Diese ausgeklügelte bekannte Stabilisierungstechnik schließt eine Verwendung einer damit ausgestatteten Wandler-Nachführeinrichtung auf kleineren Schiffen wie Fischereifahrzeugen aus.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wandler-Nachfuhreinrichtung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, die wesentlich einfacher und kompakter als bekannte Geräte herstellbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß an der Plattform eine durch einen Azimut- Antrieb verdrehbare hohle Azimut-Einstellwelle zum Verdrehen des Wandlers um eine Vertikalachse be-

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festigt und, eine Plattformöffnung durchragend, darin gelagert ist, daß in dem Hohlraum der Azimut-Einstellwelle eine zusammen mit einem Neigungsantrieb verdrehbare Neigungs-Einstellwelle gelagert ist, daß der Wandler mit einer mittels eines Kreuzgelenkes pendelartig an der Neigungs-Einstellwelle aufgehängten Neigungs-Triebwelle in der Weise operativ verbunden ist, daß der Neigungswinkel des Wandlers gegenüber der Vertikalachse der Neigungs-Einstellwelle durch den Neigungsantrieb in Abhängigkeit von der Drehbewegung der Neigungs-Triebwelle veränderbar ist, und daß dem Wandler Einrichtungen zugeordnet sind, die seine Ausrichtung auf den Schwerkraftvektor erlauben.

Die aufgezeigte Lösung hat den Vorteil, daß rein mechanische Stabilisierungsmittel verwendet werden, die sich auf engstem Raum, insbesondere im üblichen Wandlergehäuse unterbringen lassen. Die Lösung beruht auf der Erkenntnis, daß alle durch Stampf- und/oder Rollbewegungen eines Schiffes auf einen mittels eines Kreuzgelenkes an einer vertikalen Welle aufgehängten Wandler übertragenen Kräfte in zwei zueinander senkrechte Kraftkomponenten zerlegbar sind, so daß sich der Wandler frei in diese zwei zueinander senkrechten Richtungen bewegen kann, bis er sich auf den Schwerkraftvektor eingestellt hat und ein Gleichgewichtszustand hergestellt ist.

Kurze Zusammenfassung: Eine schwerkraftstabilisierte Nachführeinrichtung richtet einen Unterwasser-Ultraschall-Wandler, sowohl dem Azimutwinkel als auch dem Neigungswinkel nach aus und stabilisiert gleich-

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zeitig den Wandler gegenüber Stampf- und Rollbewegungen des Schiffes. Der Wandler ist pendelartig mittels eines Kreuzgelenkes an einer vertikalen Neigungs-Einstellwelle aufgehängt, welche ihrerseits durch eine hohle Azimut-Einstellwelle hindurchgeführt ist, die wiederum an einer am Schiff befestigten Plattform drehbar gelagert ist. Der Neigungswinkel des Wandlers wird durch Verdrehen der Neigungs-Einstellwelle, und der Azimutwinkel des Wandlers durch Verdrehen der Azimut-Einstellwelle nachgestellt.

Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

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Fig. IA eine abgebrochene und teilweise geschnittene Seitenansicht einer nachstehend beschriebenen Wandler-Nachführeinrichtung,

Fig. IB eine Einzelheit dieser Einrichtung, und

Fig. 2 eine dem Verständnis der Funktionsbeschreibung zu dem Ausführungsbeispiel von Fig. IA dienliche grafische Darstellung.

Die nachstehend beschriebene Wandler-Nachführeinrichtung ist von einem nicht dargestellten Gehäuse umgeben, welches seinerseits am unteren Ende einer fest an einem Schiff montierten Hubwelle angebracht ist, so daß das Gehäuse in einem Abstand unter dem Schiffskiel freiliegend angebracht ist und ein zur Nachführeinrichtung gehöriger Wandler 19 in Abtastposition bringbar ist.

In der Mitte einer fest an dem nicht dargestellten Gehäuse angebrachten Plattform 1 befindet sich eine Aufnahmebohrung für eine darin drehbar gelagerte hohle Azimut-Einstellwelle 2. Ein am oberen Teil dieser Welle befestigtes Zahnrad 3 mit relativ großem Durchmesser steht im Eingriff mit einem an einer Triebwelle 5 eines

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Azimut-Steuermotors 6 befestigten kleineren Zahnrad 4. Der Azimut-Steuermotor 6 selbst ist fest mit der Plattform 1 verbunden. Am unteren Ende der Azimut-Einstellwelle 2 ist ein Klotz 7 befestigt, an dem wiederum zwei Führungsplatten 8 symmetrisch befestigt sind.. Mit dem unteren Ende der Führungsplatte 8 ist je ein Zapfen 9 fest verbunden.

In der hohlen Azimut—Einstellwelle 2 ist eine Neigungs-Einstellwelle 10 drehbar gelagert, sie wird durch

IQ einen fest mit der Azimut-Einstellwelle 2 verbundenen Neigungs-Steuermotor 11 angetrieben, und das untere Ende der Welle 10 ist über ein Kreuzgelenk 12 mit einer Neigungs-Triebwelle 13 verbunden. Ein fest mit dem unteren Ende der Neigungs-Triebwelle 13 verbundenes Kegelrad 14 greift in ein Zahnradsegment 17 ein, welches

seinerseits mittels eines Winkelstückes 18 an dem Wandler 19 befestigt ist. In den oberen Enden von vertikal verlaufenden Führungsplatten 16 sind (siehe Fig. IB) Schlitze 20 eingearbeitet, in deren Längsrichtung sich die Zapfen 9 frei bewegen können. Die Aufhängeplatten 16 sind durch einen Träger 15 fest miteinander verbunden, in welchem die Neigungs-Triebwelle 13 drehbar gelagert ist. An Tragansätzen 21 des Wandlers 19 sind Drehzapfen 22 befestigt, auf denen die unteren Enden 5 der Aufhängeplatte 16 drehbar gelagert sind. Somit ist der Wandler 19 um die gemeinsame horizontale Achse dieser Drehzapfen 22 schwenkbar aufgehängt. Von zwei zueinander senkrecht stehenden Stiften liegt die eine Kreuzgelenk-Stiftachse in einer Flucht mit der horizontalen Achse der beiden gegenüberliegenden Zapfen 9, so daß der Wandler 19 sowohl um die eine Stiftachse des Kreuzgelenkes 12 als auch um die andere Stiftachse schwenken kann, weil die Zapfen 9 innerhalb der Schlitze 20 den dafür notwendigen BewegungsSpielraum haben. · ^ö

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Soll der Neigungswinkel des Wandlers-19 gegenüber einer vertikalen Achse verändert werden, dann wird der Neigungs-Steuermotor 11 eingeschaltet, damit dieser die Triebwelle 13 mit dem Kegelrad 14 antreibt und auf diesem Wege das Zahnradsegment 17 um die durch die beiden Drehzapfen 22 gebildete horizontale Achse zu verdrehen. Dabei schwenkt der Wandler 19 um diese horizontale Achse und nimmt einen gewünschten Neigungswinkel ein. Um den Azimutwinkel des Wandlers 19 um eine vertikale Achse zu verändern, wird der Azimut-Steuermotor 6 eingeschaltet, um über das Zahnradpaar 4, 3 die Azimut-Einstellwelle 2 zu verdrehen und diese Drehung auf die Führungsplatten 8 und die Aufhängeplatten 16 zu übertragen. Auf diese Weise wird der Wandler 19 um die vertikale Achse verdreht und in einen gewünschten Azimutwinkel gebracht. Dabei werden das Kegelrad 14, die Neigungs-Triebwelle 13 und die Neigungs-Einstellwelle 10 mitverdreht, weil das Kegelrad 14 mit dem Zahnradsegment 17 im Eingriff steht. Durch Kombinieren dieser beiden Operationen läßt sich die Wandlerebene und damit dessen Abtastkeule in jede gewünschte Horizontal- und/oder Vertikalrichtung bringen, wenn man beide Steuermotoren 6 und 11 simultan in Betrieb setzt.

Es sei angenommen, daß die in Fig. 1 dargestellte Nachführeinrichtung parallel zur Stampfachse des nicht dargestellten Schiffes steht. Aufgrund einer Rollbewegung des Schiffes, siehe grafische Darstellung von Fig. 2, nehmen die Plattform 1 gegenüber der Horizontalebene (Linie 25) und die Neigungs-Einstellwelle eine Neigung gegenüber der Vertikalachse (Linie 26) ein. Der Wandler 19 nimmt dagegen keinen Neigungswinkel ein, sondern richtet sich nach dem Schwerkraftvektor aus, weil der Wandler 19 mit Neigungs-Triebwelle 13 und Au#-

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hängeplatten 16 gegenüber der Neigungs-Einstellwelle 10 am Kreuzgelenk 12 pendelnd aufgehängt ist und die Zapfen 9 sich innerhalb der Schlitze 20 verschieben können.

In ähnlicher Weise verursacht eine Stampfbewegung des Schiffes ein Verkippen der Plattform 1 nach dem vorderen oder hinteren Ende des Schiffes, und dabei neigt sich auch die Neigungs-Einstellwelle 10 gegenüber der Vertikalachse. Der Wandler 19 nimmt wiederum nicht an der Neigung teil, sondern richtet sich nach dem Schwerkraftvektor aus, weil sich der Wandler 19 mit der Triebwelle 13 und den Aufhängeplatten 16 um die Horizontalachse des Kreuzgelenkstiftes dreht, welcher auf die Achse der als führung dienenden Zapfen 9 ausgerichtet ist. Nun sei angenommen, daß der Wandler 19 im Uhrzeigersinne urn die Vertikalachse verdreht wird, beispielsweise um 45 gegenüber der Rollachse. Eine durch eine Rollbewegung des Schiffes verursachte Neigung der Plattform 1 führt zur Übertragung einer Kraft auf den Wandler, die man sich in zwei zueinander senkrecht stehende Kraftkomponenten zerlegt denken kann, von denen die eine Komponente in die 45 -Richtung gegenüber der Rollachse zeigt. Auf diese Weise schwenkt der Wandler 19 urn die betreffenden Achsen der beiden Stifte des Kreuzgelenkes 12 aus, es findet eine Ausrichtung nach dem Schwerkraftvektor statt. In gleicher Weise kann sich der Wandler 19, ganz gleich welchen Azimutwinkel er gegenüber der Stampf- und/oder Rollbewegung des Schiffes einnimmt, stabilisieren. Es ist leicht einzusehen, daß der Wandler 19 immer seine Ausrichtung auf den Schwerkraftvektor beibehalten und somit stabilisiert sein wird, auch wenn der Neigungs-Steuermotor 11 angestellt wird und durch Verdrehen der Neigungs-Einstellwelle 10 und der Neigungs-Triebwelle 13 den Neigungs-» winkel des Wandlers verändert. Das bedeutet, man kann

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die Front des Wandlers 19 und damit dessen Abtastkeule sowohl nach Azimut- als auch nach Neigungswinkel in jede gewünschte Richtung bringen, indem man Azimut- und Neigungs-Steuermotoren entsprechend ansteuert, und dabei wird der Wandler diese Richtung ohne Rücksicht auf Stampf- und/oder Rollbewegungen des Schiffes beibehalten.

Die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Wandler-Nachführeinrichtung mit stabilisiertem Wandler läßt sich kompakt herstellen und mechanisch antreiben. Hochgradige technische Kenntnisse und Informationen sind nicht erforderlich, weder bei der Herstellung noch beim Einbau, der Justage und/oder Wartung. Damit ist die Einrichtung auch für kleine Schiffe geeignet.

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Leerse ite

Claims

PATENTANWÄLTE

TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTER

D-8000 München 22 D-4800 Bielefeld

Triftstraße 4 Siekerwall 7

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Gd t.

Furuno Electric Company Limited 4160, Tei, Kuchinotsu-machi, Minamitakaki-gun, Nagasaki-ken, Japan

Wandler-Nachführeinrichtung für ein Unterwasser-Ortungssystem

Priorität: 10. März 1977, Japan, Ser. Nr. SHO 52-26650

PATENTANSPRÜCHE

Wandler-Nachführeinrichtung für ein Unterwasser-Ultraschall-Ortungssystem, mit einer an einem Schiff befestigbaren und normalerweise parallel zur Horizontalebene liegenden Plattform, einem Wandler sowie Mitteln zum Stabilisieren des Wandlers, dadurch gekennzeichnet,

daß an der Plattform (1) eine durch einen Azimut-Antrieb (6) verdrehbare hohle Azimut-Einstellwelle (2) zum Verdrehen des Wandlers um eine Vertikal-

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ORIGINAL INSPECTED

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achse befestigt und, eine Plattformöffnung durchragend, darin gelagert ist, daß in dem Hohlraum der Azimut-Einstellwelle (2) eine zusammen mit einem Neigungsantrieb (14, 17) verdrehbare Neigungs-Einstellwelle (10) gelagert ist, daß der Wandler (19) mit einer mittels eines Kreuzgelenkes (12) pendelartig an der Neigungs—Einstellwelle (10) aufgehängten Neigungs-Triebwelle (13) in der Weise operativ verbunden ist, daß der Neigungswinkel des Wandlers (19) gegenüber der Vertikalachse der Neigungs-Einstellwelle (10) durch den Neigungsantrieb (14, 17) in Abhängigkeit von der Drehbewegung der Neigungs-Triebwelle (13) veränderbar ist, und daß dem Wandler (19) Einrichtungen (9, 20) zugeordnet sind, die seine Ausrichtung auf den Schwerkraftvektor erlauben.
2. Wandler-Nachführeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Neigungsantrieb die Neigungs-Triebwelle (13), ein an deren Ende befestigtes Kegelrad (14), ein mit dem Kegelrad im Eingriff befindliches und am Wandler (19) befestigtes Zahnradsegment (17), und eine das Verdrehen des Wandlers um die Horizontalachse des Zahnradsegmentes erlaubende Wandler-Aufhängung (16, 22) gehören.
3. Wandler-Nachführeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß zu den Einrichtungen zum Ausrichten des Wandlers (19) auf den Schwerkraftvektor das Kreuzgelenk (12), zwei fest mit der Azimut-Einstellwelle (2) verbundene und in gleicher Flucht mit einer Stiftachse des Kreuzgelenkes (12) liegende Führungszapfen (9), und zwei drehbar mit der Neigungs-Triebwelle (13) verbundene und Schlitze (20), in denen die Führungszapfen (9) längsbewegbar sind, aufweisende Aufhängeplatten (16) gehören.

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