DE3148514C2 - Einrichtung zur Nullpositionierung einer drehbaren Radarantenne - Google Patents

Abstract

Der die Antenne direkt antreibende, als Langsamläufer ausgebildete Gleichstrommotor ist mit zwei Schleifringen (14, 15) versehen, an die zwei um eine Polteilung auseinanderliegende Kollektorlamellen angeschlossen sind und an die bei einem Antennenpositionierbefehl eine Erregerspannung gelegt wird, und zwar gleichzeitig mit oder kurz nach einer Aufhebung oder Reduzierung der Ankerspeisung. Die Nullstellung liegt dann vor, wenn sich entgegengesetzte Pole des Stator- und Ankerfeldes gegenüberstehen. Bei Motoren mit mehreren Polpaaren wird eine Fehlpositionierung durch einen von der Antennenwelle (7) betätigten Steuerkontakt (16) vermieden. Die Positionierung der Antenne in ihre Nullstellung erfordert bei dieser Einrichtung keine aufwendige Steuerung und auch keine Feststelleinrichtungen. Die Einrichtung nach der Erfindung läßt sich beispielsweise bei Rundsuch- und Aufklärungsradarantennen von kleiner bis mittlerer Größe verwenden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Winkelpositionierung einer mit einem Gleichstrommotor als Antriebseinrichtung versehenen, rotierenden Radarantenne in eine feste Nullstellung.

Wird für die Positionierung der Antenne nur eine einzige feste Winkelstellung verlangt, z. B. die Nullstellung, so muß in den herkömmlichen Antriebsarten mit Getriebe bereits ein beachtlicher Aufwand aufgebracht werden. Zur Speisung von Radargeräten wird besonders bei mobilen Anlagen ausschließlich 400 Hz-Drehstrom verwendet Für den Fall der Antennenantriebe mit Drehstromasynchronmotoren müssen diese mit Rücksicht auf akzeptable Nenndrehzahlen mindestens mit sechs bzw. acht Polpaaren ausgeführt werden. Eine Ausführung mit noch höheren Polpaai zahlen, die günstig wäre, um durch Polumschaltung auf eine brauchbare Positionierdrehzahl zu kommen, ist bei den gegebenen Motorgrößen praktisch nicht realisierbar. Es werden daher zur Positionierung meist Anschnittsteuerungen, kombiniert mit elektrischer Bremsung, Drehzahlauswertung und mechanischer Festbremsung oder Feststellung, verwendet.

Der Einsatz von Schrittmotoren für Antennenanlagen mit der relativ mäßigen Forderung von nur einer Positionierstellung ist vom Aufwand her nicht vertretbar.

Bei Einsatz eines Gleichstrommotors mit Getriebe zum Antennenantrieb ist für die Positionierung in nur eine einzige feste Winkelstellung eine elektrische Bremssteuerung, kombiniert mit einer mechanischen Festbremsung, erforderlich. Der Einsatz einer Zweioder sogar Vierquadrantensteuerung ist bei der genannten Forderung ebenfalls zu aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine aufwandsparende und zugleich zuverlässige Nullpositioniereinrichtung für eine von einem Gleichstrommotor angetriebene Radarantenne zu schaffen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der die Antenne ohne Untersetzungsgetriebe antreibende Motor, der in an sich bekannter Weise aus einem Stator und einem über Kommutatorbürsten und Kollektorlamellen stromgespeisten Anker besteht, zwei Schleifringe aufweist, die mit zwei um eine Polteilung auseinanderliegenden Kollektorlamellen verbunden sind, daß eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, die bei Eingabe eines Positionierbefehls die über die Kommutatorbürsten geführte Ankerspeisung aufhebt und eine Erregerspannung an die beiden Schleifringe anliegt, und daß die Nullstellung einer Position entspricht, in welcher sich magnetisch entgegengesetzte Pole des Stator- und Ankerfeldes des Motors gegenüberstehen. Beim Anlauf und während des Betriebs arbeitet der Gleichstrommotor genauso wie jeder normale Gleichstrommotor. Soll die Antenne und damit auch der Anker jedoch positioniert werden, so genügt es, die Ankerspeisung über die Kommutatorbürsten aufzuheben und eine entsprechende Brems- bzw.

Positioniererregung an die Schleifringe zu legen. Auf diese Art wird, auf die Ankerwelle bezogen, ein feststehendes Ankerfeid ausgebildet, welches zunächst mit der noch auslaufenden Ankerdrehung gegenüber dem Statorfeld umläuft Je nach aufgebrachter Erregung kommt der Anker früher oder spätei in derjenigen Stellung zum Stillstand, in der sich entgegengesetzte Pole des Stator- und Ankerfeldes gegenüberstehen.

Aus der GB-PS 9 91 286 ist es bekannt, bei einem Gleichstrommotor, der in an sich bekannter Weise aus einem State r undeinem über Kommutatorbürsten und Kollektorlamellen stromgespeisten Anker besteht, zur Nullpositionierung der Last den Motorstrom über einen zusätzlichen Schleifring-Bürstenkontakt zu führen. Abweichend von der Erfindung erfolgt hierbei jedoch '5 die Stillsetzung in der Nullposition durch Stromunterbrechung an einer Unterbrechung des Schleifringes.

Bei der Einrichtung nach der Erfindung gibt es bei Verwendung eines Gleichstrommotors mit nur einem Statorpolpaar für die Positionierung ein«, eindeutige Stellung.

Bei Motoren mit mehr Polpaaren wächst die Zahl der möglichen Stellungen mit der Polpaarzahl. Eine Falschpositionierung um den jeweiligen Winkelbetrag von zwei Polteilungen wird durch einen Steuerkontakt, der beispielsweise durch einen entsprechenden Nockenring auf der Antennen- bzw. Motorwelle betätigt wird, vermieden. Zum Zwecke der Positionierung wird bei einem Motor mit mehr als einem Polpaar zunächst die Ankerspeisespannung gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung auf einen Wert zurückgeschaltet, der einem Positionierlauf entspricht. Der Steuerkontakt schaltet dann mit einem geeignet gewählten Winkelvorhalt die über die Kommutatorbürsten geführte Ankerspeisung ab und auf Schleifringspeisung um, wodurch bereits beim ersten Einlauf die Positionierung in der gewünschten Stellung exakt erreicht wird. Ein Festhalten in dieser Stellung ist gegeben, solange die Positioniererregung, d. h. die Spannung an den Schleifringen, aufrecht erhalten wird.

Ein Vorteil der Einrichtung nach der Erfindung besteht darin, daß bei einer gewaltsamen Verdrehung der Antenne aus der Nullstellung keine Beschädigung auftreten kann, wie dies sonst bei einer mechanischen Festhaltung der Fall ist. Sobald die gewaltsame Verdrehung aufgehoben wird, stellt sich bei der Einrichtung nach der Erfindung die Positionierstellung selbsttätig wieder ein.

Eine zweckmäßige Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß der Anker des Gleichstrommotors mit einer Hohlwelle versehen ist. Hohlwellenmotoren für Gleichstrom sind an sich bekannt. Die Hohlwelle ist zweckmäßig in einem auf einer festen Konsole angebrachten Gehäuse drehbar gelagert und stellt zugleich die Antriebsachse für die an ihrem oberen Ende aufzumontierende Antenne dar. Im Gehäuse ist in vorteilhafter Weise der Stator des Motors angebracht, durch welchen die Hohlwelle innen durchgeführt ist. Der Motor stellt somit gleichzeitig das Antennenbasis-Unterteil dar. Dies bedeutet, daß die mit dem Anker fest verbundene Hohlwelle, durch die beispielsweise eine mehrkanalige Hochfrequenz-Drehkupplung für die Antennenspeisung hindurchgesteckt und am oberen Flansch befestigt wird, die Funktion der sonstigen Antennenantriebswelle übernimmt. Durch diese Lösung wird ein einfacher Direktantrieb ohne Zwischengetriebe ermöglicht.

Die Motorlager übernehmen hierbei gleichzeitig die Funktion der Antennenantriebslagerung. Dadurch ergibt sich eine Einsparung der letzteren Lager, die sonst zumeist als Drahtkugellager ausgeführt und dementsprechend aufwendig sind.

Es entfällt für die Lagerung auch die Notwendigkeit eines öl- oder Fettvorrates, da die beiden zur Drehlagerung der Hohlwelle im Gehäuse zweckmäßig vorgesehenen Wälzlager in vorteilhafter Weise mit einem Dauerschmiermittel versehen sind. Demzufolge bestehen auch keine Lagerabdichtungsprobleme, die sonst besonders beim Abklappen der Antenne erhebliche Schwierigkeiten bereiten. Als weiterer Vorteil hieraus ergibt sich die Leichtgängigkeit des Antriebs auch im Tieftemperaturbereich. Aufgrund des Fehlens eines Getriebes und damit einer Zahnradübersetzung tritt auch kein Zahnflankenspiel auf. Dies ist für bestimmte Positionieraufgaben von Bedeutung.

Der Motor kann mit voll geblechtem Statorpaket und einer entsprechenden Erregerwicklung oder aber platzsparend mit einem Dauermagnet-Stator ausgeführt werden. Im letzteren Fall wird zudem die Erregerwicklung eingespart

In Anbetracht der niedrigen Drehzahl wird der Stator des Gleichstrommotors in zweckmäßiger Weise mit zwei oder mehr Polpaaren ausgeführt

Zur Konstanthaltung der Nenndrehzahl läßt sich ein Drehzahlregler nach bekanntem Prinzip vorsehen, der je nach Erregerart und Anforderungen über eine .Zusatzerregerwicklung oder über die Ankerspeisespannung eingreift Als Regelkriterium kann eine der Drehzahl oder der EMK proportionale Regelgröße abgeleitet werden. Der Regeleingriff in die Ankerspeisespannung beinhaltet in bekannter Weise die Möglichkeit der Strombegrenzung sowie auch die der Zweibzw. Vierquadrantensteuerung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in einer Figur dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.

Die Figur zeigt im Schnitt eine Antriebseinrichtung für eine Radar-Rundsuchantenne, die auf einem Antennenbasis-Oberteil 1 aufgesetzt wird. Das Antennenbasis-Unterteil, das auf einer festen Konsole 2 angebracht ist, wird durch einen Gleichstrommotor dargestellt Ein Getriebe zwischen dem Gleichstrommotor und dem Antennenbasis-Oberteil 1 ist somit nicht vorgesehen. Zur Aufnahme des Stators 3 dieses Motors dient ein Gehäuse 4. Der Stator 3 ist im Ausführungsbeispiel vollgeblecht und mit einer Erregerwicklung 6a versehen. Es ist in der Figur offengelassen, ob es sich um einen Motor mit einem einzigen Polpaar oder um einen Motor mit mehr als einem Polpaar handelt, so daß die Nullpositionierung nach der Erfindung für beide Motorfälle anhand der einzigen Figur beschrieben werden kann. Der aus einem Ankerblechpaket 5 und einer Ankerwicklung 6 bestehende Anker des Motors ist auf einer Hohlwelle 7 befestigt, durch die eine mehrkanalige Hochfrequenz-Drehkupplung 8 für die Antennenspeisung durchgesteckt ist und an einem oberen Flansch 9 befestigt wird. Im Inneren der Hohlwelle 7 verläuft ein in die Hochfrequenz-Drehkupplung einmündender Speisehohlleiter 10. Die mit dem Anker fest verbundene Hohlwelle 7 und deren beide Lagerungen 11 und 12 übernehmen demnach die Funktion der sonstigen Antennenantriebswelle und treiben das Antennenbasis-Oberteil 1 und mithin die Antenne selbst an. Die beiden zur Drehlagerung der Hohlwelle 7 dienenden Wälzlager 11 und 12 sind mit einem Dauerschmiermittel versehen Die Ankereinspei-

sung erfolgt über in der Figur nicht dargestellte Kommutatorbürsten und einen aus Lamellen bestehenden Kollektor 13. Neben diesem Kollektor 13 sind zwei Schleifringe 14 und 15 angeordnet, die mit zwei um eine Polteilung auseinanderliegenden Lamellen des Kollektors 13 elektrisch verbunden sind. Wird ein Antennenpositionierbefehl gegeben, dann wird die Ankerspeisung über die Bürsten und den Kollektor 13 aufgehoben und eine entsprechende Brems- bzw. Positioniererregungsspannung an die Schleifringe 14, 15 gelegt. Somit wird, bezoger, auf die Hohlwelle 7, ein feststehendes Ankerfeld ausgebildet, das zunächst aufgrund der noch auslaufenden Hohlwelle 7 gegenüber dem Feld des Stators 3 umläuft. In Abhängigkeit von der an die Schleifringe 14 angelegten Erregerspannung kommt der Anker 5, 6 mit seiner Hohlwelle 7 nach einigen Umdrehungen in diejenige Stellung, in der sich entgegengesetzte Pole der Felder des Stators 3,6a und des Ankers 5, 6 gegenüberstehen, und somit zum Stillstand. Sofern der Motor nur mit einem einzigen Polpaar ausgestattet ist, gibt es für die Positionierung eine eindeutige Stillstands- und damit Nullstellung.

Handelt es sich um einen Motor mit mehreren Polpaaren, dann wächst die Zahl der möglichen Nullstellungen mit der Polpaarzahl. Eine Falschpositionierung um den jeweiligen Winkelbetrag von zwei Polteilungen wird durch einen Steuerkontakt, der durch einen auf die Hohlwelle 7 aufgesetzten Nockenring 16 betätigt wird, verhindert. Liegt bei einem mit mehr als einem Polpaar ausgestatteten Motor ein Positionierbefehl vor, dann wird zunächst die Ankerspeisespannung, d. h. die dem Kollektor 13 zugeführte Spannung, auf einen Wert reduziert, der einem Positionierlauf entspricht. Der Steuerkontakt schaltet dann aufgrund

ίο der Betätigung durch den Nockenring 16 mit dem richtigen Vorhalt auf eine Speisung der Schleifringe 14, 15 um, wodurch an zwei bestimmte, um eine Polteilung auseinanderliegende Lamellen des Kollektors 13 Spannung angelegt wird, so daß bereits beim ersten Einlauf

'5 die Positionierung in der geforderten Antennenstellung exakt erreicht wird. Erst wenn die Speisespannung von den Schleifringen 14,15 wieder abgeschaltet wird, kann die Radarantenne wieder ihre Nullstellung verlassen.

Insbesondere als Antriebsaggregat für Rundsuch- und Aufklärungsradarantennen kleiner bis mittlerer Größe, für die mechanische Antriebsleistungen bis zu etwa 200 W benötigt werden, ist der beschriebene Gleichstromspezialmotor mit der Einrichtung zur Nullpositionierung nach der Erfindung bestens geeignet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Winkelpositionierung einer mit einem Gleichstrommotor als Antriebseinrichtung versehenen, rotierenden Radarantenne in eine feste Nullstellung, dadurch gekennzeichnet, daß der die Antenne ohne Untersetzungsgetriebe antreibende Motor, der in an sich bekannter Weise aus einem Stator (3) und einem über Kommutatorbürsten und Kollektorlamellen (13) stromgespeisten "> Anker (5, 6) besteht, zwei Schleifringe (14, 15) aufweist, die mit zwei um eine Polteilung auseinanderliegenden Kollektorlamellen verbunden sind, daß eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, die bei Eingabe eines Positionierbefehls die über die Kominutatorbürsten geführte Ankerspeisung aufhebt und eine Erregerspanr.ung an die beiden Schleifringe (14,15) anlegt, und daß die Nullstellung einer Position entspricht, in welcher sich magnetisch entgegengesetzte Pole des Stator- und Ankerfeldes des Motors gegenüberstehen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifringe (14, 15) neben dem Kollektor (13) angeordnet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Gleichstrommotors, dessen Stator (3) mehr als ein Polpaar aufweist, die Schalteinrichtung zusätzlich so ausgebildet ist, daß bei Eingabe des Positionierbefehls zunächst die Ankerspeisespannung reduziert und dann zum Zeitpunkt eines bestimmten Winkelvorhalts gegenüber der Nullstellung mittels eines Steuerkontakts die über d'e Kommutatorbürsten geführte Ankerspeisung aufgehoben und auf Schleifringspeisung umgeschaltet wird, so daß sich in derjenigen Position, in welcher die Antenne zum Stillstand kommt und welche die Nullstellung darstellen soll, stets der gleiche Statorpol gegenüber dem magnetisch entgegengesetzten Pol des Ankers befindet.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Betätigung des Steuerkontakts ein Nockenring (16) auf der Motor- bzw. Antennenwelle (7) vorgesehen ist.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker des Gleichstrommotors mit einer Hohlwelle (7) versehen ist, daß diese Hohlwelle (7) in einem auf einer festen Konsole (2) angebrachten Gehäuse (4) drehbar gelagert ist und zugleich die Antriebsachse für die an ihrem oberen Ende aufzumontierende Antenne darstellt und daß im Gehäuse (4) der Stator (3) des Motors angebracht ist, durch welchen die Hohlwelle (7) innen durchgeführt ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Antennenspeisung im Inneren der Hohlwelle (7) ein feststehender Hohlleiter (10) durchgeführt ist und daß am oberen Ende dieser Welle (7) zur hochtrequenzmäßigen Verbindung zwischen diesem feststehenden Hohlleiter (10) und der über die Hohlwelle (7) angetriebenen Antenne eine Hohlleiter-Drehkupplung (8) angebracht ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Drehlagerung der Hohlwelle (7) im Gehäuse (4) zwei Wälzlager (12, 13) ^b5 vorgesehen sind, die mit einem Dauerschmiermittel versehen sind.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für den Stator ein voll geblechtes Statorpaket (3) mit einer entsprechenden Erregerwicklung (6a) und einer Zusatzerregerwicklung vorgesehen ist

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator als Dauermagnet-Stator ausgebildet ist.