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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen
Mechanismus, der insbesondere für eine Sonarantenne verwendbar
ist und einen Träger, einen Arm und eine Schwenkstange
aufweist, wobei Arm und Schwenkstange in parallelen Ebenen
beweglich sind, mit einer Antriebsvorrichtung, um eine
Translationsbewegung in zwei einander entgegengesetzten Richtungen
zu liefern, um den Arm durch mechanische Kopplung aus der
ersten, abgesenkten Lage in die Lage mit gestrecktem Arm und
umgekehrt zu bringen, mit einer ersten, einer zweiten und
einer dritten Drehachse, die zu den parallelen Ebenen
senkrecht verlaufen und als Drehachsen für das erste Ende der
Schwenkstange bzw. das zweite Ende der Schwenkstange bzw. das
erste Ende des Arms sowie für den Arm in einem Punkt des Arms
dienen, der einen gegebenen Abstand vom ersten Ende besitzt.
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Derartige Mechanismen sind bekannt, und ein
Ausführungsbeispiel eines solchen bekannten Mechanismus wird anhand
der Figuren 1a und 1b beschrieben. Aus der Beschreibung dieser
Figuren wird hervorgehen, daß die bekannten Mechanismen den
Arm einfach zwischen zwei Endlagen schwenken, nämlich einem
abgesenkten Arm, und einem gestreckten Arm, ohne daß die Lage
mit gestrecktem Arm zuverlässig blockiert wird. Es zeigt sich
aber, daß in verschiedenen Anwendungen aus Gründen des
Schutzes des strengen Umweltbedingungen unterliegenden Materials
eine gute Blockierung des Arms in abgesenkter Stellung von
Bedeutung ist, d.h. eine Blockierung, die in der Lage ist,
Vibrationen und selbst einem seitlichen Hin- und Herziehen zu
widerstehen.
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Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, diese
Nachteile der bekannten Mechanismen zu vermeiden oder zumindest zu
reduzieren. Dies wird insbesondere erreicht, indem den drei
Achsen andere Freiheitsgrade als bei den bekannten Mechanismen
gegeben werden.
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Erfindungsgemäß enthält ein Mechanismus einen Träger,
einen Arm und eine Schwenkstange, wobei Arm und Schwenkstange
in parallelen Ebenen beweglich sind, mit einer
Antriebsvorrichtung, die am Träger befestigt ist, um eine
Translationsbewegung in zwei einander entgegengesetzten Richtungen zu
liefern, um den Arm durch mechanische Kopplung aus einer
ersten, im wesentlichen zu den entgegengesetzten Richtungen
parallelen Lage in eine zweite, im wesentlichen zu den beiden
entgegengesetzten Richtungen senkrechte Lage und umgekehrt zu
bringen, mit einer ersten, einer zweiten und einer dritten
Drehachse, die zu den parallelen Ebenen senkrecht verlaufen
und als Drehachsen für das erste Ende der Schwenkstange bzw.
das zweite Ende der Schwenkstange bzw. das erste Ende des Arms
sowie für den Arm in einem Punkt des Arms dienen, der einen
gegebenen Abstand vom ersten Ende besitzt, wobei der
Mechanismus dadurch gekennzeichnet ist, daß die erste Achse bezüglich
des Trägers fest ist, daß die Translationsbewegung der dritten
Achse senkrecht zu dieser Achse verliehen wird und daß der Arm
und die Schwenkstange in der ersten Lage einen stumpfen Winkel
bilden.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden
Beschreibung und der beiliegenden Figuren näher erläutert.
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Figur 1a und 1b zeigen schematisch einen bekannten
Mechanismus.
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Die Figuren 2a und 2b zeigen schematisch einen im
Vergleich zu dem der Figuren 1a und 1b verbesserten
Mechanismus.
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Die Figuren 3a und 3b zeigen schematisch einen
erfindungsgemäßen Mechanismus.
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Figur 4 zeigt schematisch eine Antriebsvorrichtung,
die in den Mechanismen gemäß den vorhergehenden Figuren
verwendbar ist.
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Die Figuren 5a und 5b zeigen schematisch im einzelnen
einen Mechanismus gemäß der Erfindung.
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In den verschiedenen Figuren tragen einander
entsprechende Elemente dieselben Bezugszeichen.
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Die Figuren 1a, 2a und 3a zeigen schematisch
Mechanismen vom Schwenkarmtyp mit gestrecktem Arm, während die Figuren
1b, 2b, 3b schematisch dieselben Mechanismen in der Lage mit
abgesenktem Arm zeigen. Es sei vereinbart, daß in diesen
Figuren die festen Drehachsen mit einem von einem Kreis umgebenen
schwarzen Punkt dargestellt werden, während die Achsen mit
einem einzigen Freiheitsgrad mit einem Stern und die anderen
Achsen mit einem einfachen schwarzen Punkt symbolisch
dargestellt werden. In all diesen schematischen Darstellungen wird
die Gerade in der Bildebene, entlang der sich die Achse mit
einem einzigen Freiheitsgrad bewegen, mit XX bezeichnet. Die
Richtung der Kraft, die diese Verschiebung bestimmt, um von
der Lage mit abgesenktem Arm in die Lage mit gestrecktem Arm
zu gelangen, wurde mit einem dicken Pfeil F angedeutet, der
auf den Punkt mit einem einzigen Freiheitsgrad zeigt. Weiter
ist von Bedeutung, daß alle Drehachsen in den Figuren 1a bis
3b senkrecht zur Zeichenebene verlaufen.
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Die Figuren 1a und 1b zeigen in zwei Endlagen einen
Mechanismus, der einen mit einem seiner Enden über eine
Drehachse B an einem Ende einer Schwenkstange 1 angelenkten
mechanischen Arm 2 besitzt. Der Arm und die Schwenkstange sind in
zur Zeichenebene parallelen Ebenen beweglich. Das andere Ende
der Schwenkstange kann um eine Drehachse A schwenken, die
einen Freiheitsgrad besitzt, da ihre Verschiebungen auf
Translationen entlang der Geraden XX beschränkt sind. Eine
Antriebsvorrichtung, die schematisch in Figur 4 dargestellt ist,
bestimmt diese Verschiebungen. Der Arm 2 kann um eine feste
Achse C drehen, die sich in der Nähe des Endes des an der
Schwenkstange angelenkten Arms, aber etwas weiter entfernt als
der Punkt B von diesem Ende befindet.
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Figur 1b zeigt den Mechanismus mit abgesenktem Arm,
d.h. daß der Arm 2 parallel zu XX liegt, was im dargestellten
Beispiel einer vertikalen Lage des Arms entspricht, bei der
die Achse B am oberen Ende des Arms liegt. In dieser Lage
stößt der Arm mit seinem freien Ende gegen eine Wand des
Trägers
3, die den festen Teil des Mechanismus bildet, zu dem die
Gerade XX und die Achse C gehören. Es ist zu bemerken, daß die
Schwenkstange und der Arm einen spitzen Winkel von etwa 45º
bilden und daß die Ebene der Wand, an der der Arm 2 anstößt,
parallel zu der Ebene liegt, die durch die Gerade XX und die
Achse A definiert ist. Verschiebt man die Achse A nach unten,
dann schwenkt der Arm 2 um seine feste Achse und gelangt in
die Stellung mit gestrecktem Arm, indem er einen Kreisbogen
von etwa 90º durchläuft, wie dies durch den Pfeil G angedeutet
ist.
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Figur 1a zeigt den Arm und die Schwenkstange in der
Lage mit gestrecktem Arm, d.h. daß der Arm senkrecht zur Achse
XX verläuft.
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Es ist hier zu bemerken, daß aus der veröffentlichten
deutschen Patentanmeldung 2 249 761 mit schwedischer Priorität
vom 19.10.1971 ein Mechanismus bekannt ist, der dem der
Figuren 1a und 1b entspricht, abgesehen von dem verfolgten Ziel
und der Form: der Arm 2 des vorliegenden Dokuments ist durch
eine einfache Schwenkstange ersetzt, die die Achsen B und C
verbindet und ausgehend von der Translationsbewegung entlang
XX besteht die Aufgabe nicht darin, einen Arm (2) zu
verschieben, sondern eine Drehbewegung um eine Achse (C) zu erhalten.
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Die Figuren 2a und 2b zeigen, wie der Mechanismus
gemäß den Figuren 1a und 1b verbessert werden kann, indem
einfach der Winkel, den die Schwenkstange und der Arm in der
Lage mit abgesenktem Arm einnehmen, verändert wird.
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Wie Figur 2b zeigt, unterscheidet sich der Mechanismus
von dem der Figuren 1a und 1b nur dadurch, daß die
Schwenkstange und der Arm keinen spitzen Winkel mehr einschließen,
sondern einen stumpfen Winkel, wenn der Arm abgesenkt ist.
Dieser Winkel, der geringfügig größer als 90º ist, führt dazu,
daß, wenn die Schwenkstange entlang der Achse XX aufgrund der
Kraft F nach unten verschoben wird, der Arm um die feste Achse
C dreht, und zwar zuerst mit seinem freien Ende, das gegen den
Träger 3 gedrückt wird, bis die Schwenkstange die waagrechte
Lage überschreitet. Danach wird der Arm angehoben, um die
gestreckte Lage gemäß Figur 2a einzunehmen. Die Pfeile K1 und
K2 in Figur 2b zeigen diese Bewegung in zwei
aufeinanderfolgenden Richtungen. Es sei bemerkt, daß bei abgesenktem Arm das
freie Ende des Arms gegen den Träger 3 drückt, derart daß,
wenn er, wie mit dem Pfeil K1 angedeutet, gegen den Träger 3
drückt, nur stärker gegen den Träger angelegt wird, während
sich der Arm leicht durchbiegt. In umgekehrter Richtung, wenn
der Arm von der gestreckten Stellung in die abgesenkte
Stellung gebracht wird, überschreitet er kurz vor der Endstellung
einen "harten Punkt", d.h. er überschreitet eine Zwischenlage,
in der der Druck auf den Träger 3 einen Maximalwert einnimmt.
Dieser harte Punkt und die Sperrposition, die die
Schwenkstange 1 bezüglich des Arms 2 einnimmt, wenn dieser abgesenkt
wird, führt zu einem Halt des Arms mit erhöhter Sicherheit in
der abgesenkten Stellung im Vergleich zu der Vorrichtung gemäß
den Figuren 1a und 1b.
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Die Figuren 3a und 3b zeigen einen Mechanismus mit
einer Schwenkstange 1 und einem an der Schwenkstange
angelenkten Arm 2, der dem der Figuren 2a und 2b bezüglich des
stumpfen Winkels zwischen der Schwenkstange und dem Arm in
abgesenkter Stellung des Arms ähnelt, aber sich davon insbesondere
durch die Rolle unterscheidet, die die Drehachsen A und C
spielen; die Achse A ist nämlich eine Festachse und die Achse
C ist die der Translationsbewegung entlang der Geraden XX
unterworfene Achse geworden. Um den Arm 2 anzuheben, führt die
durch den Pfeil F in Figur 3b angedeutete Translationsbewegung
zu einer Bewegung des freien Endes des Arms 2 auf einer Bahn,
die durch die mit Pfeil L versehene Kurve in Figur 3b
angedeutet ist. Solange die Schwenkstange 2 in der Nähe der
Senkrechten zur Geraden XX liegt, würde in Abwesenheit einer Wand des
Trägers 3 das freie Ende des Arms 2 über eine Höhe H eine Bahn
nach oben beschreiben, wenn dies nicht durch die Wand des
Trägers 3 verhindert würde, und in einer ersten Phase den Arm
leicht von der Geraden XX auf der Seite der durch diese Gerade
begrenzten und die feste Achse A enthaltenden Halbebene
entfernen, während in einer zweiten Phase nach Durchgang der
Schwenkstange 1 durch die waagrechte Stellung der Arm wieder
der Geraden XX angenähert würde. Aufgrund des Vorhandenseins
der Wand des Trägers 3, an der der Arm 2 in der abgesenkten
Stellung anliegt, kann das Ende des Arms 2 nur über eine
Strecke H nach oben gleiten und dabei den harten Punkt
durchlaufen, wenn die Schwenkstange 1 waagrecht verläuft. Während
dieser Translationsbewegung des freien Endes biegt sich der
Arm leicht durch. Dann beschreibt das freie Ende des Arms beim
Weiterdrehen der Schwenkstange tatsächlich dein Rest der Bahn L
und endet in der gestreckten Stellung, die in Figur 3a gezeigt
ist. So besitzt der Mechanismus gemäß den Figuren 3a und 3b
dieselben Vorteile wie der gemäß den Figuren 2a und 2b,
nämlich einen harten Punkt, kurz bevor der Arm ganz abgesenkt
wird und eine Versteifung der Schwenkstange bezüglich des
Arms, wenn dieser abgesenkt ist. Der Mechanismus gemäß den
Figuren 3a und 3b besitzt eine zusätzlichen Vorteil, wie aus
der Figur 3b hervorgeht: die senkrechte Translationsbewegung,
die das freie Ende des Arms 2 um die Strecke H vollführt,
erlaubt es nämlich, dieses Ende hinter eine Schutzkante 4
gelangen zu lassen, die mit dem Träger 3 verbunden ist und so
mit erhöhter Sicherheit den Halt des Arms in der abgesenkten
Stellung gewährleistet.
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Figur 4 zeigt eine Ausführungsform einer
Antriebsvorrichtung 5, die die Translationsbewegung entlang der Geraden
XX durchführt, von der anhand der Beschreibung der
vorhergehenden Figuren die Rede war. Die Vorrichtung 5 enthält einen
Motor M, dessen Achse V durch eine Endlosschraube gebildet
wird, die in einer in einer nicht dargestellten und parallel
zur Achse des Motors verlaufenden Schiene gleitenden Mutter
dreht. Diese Mutter ist an einen der Mechanismen gemäß den
vorhergehenden Figuren über die Drehachse mit einem
Freiheitsgrad dieses Mechanismus gekoppelt. In dem Fall der Mechanismen
gemäß den Figuren 1a und 1b sowie 2a und 2b erfolgt die
Kopplung
mit der Achse A möglichst nahe der Achse V des Motors;
ein Bauteil E1, das in unterbrochenen Linien in Figur 4
angedeutet ist und das einen Kopplungspunkt A' mit der Achse A
besitzt, dient als Mutter. Um zu vermeiden, daß die
Antriebsvorrichtung über den Träger vorsteht, besteht die Mutter im
Fall des Mechanismus gemäß den Figuren 3a und 3b aus einem
Bauteil E, das einen Kopplungspunkt C' mit der Achse C des
Arms in den Figuren 3a und 3b bildet. Dieser Kopplungspunkt C'
ist bezüglich der Achse V des Motors so versetzt, daß der
Motor insgesamt links von der Achse XX der Figuren 3a und 3b
angeordnet sein kann, d.h. ganz im Inneren des Trägers 3, der
teilweise in der Figur 3b dargestellt ist.
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Die Figuren 5a und 5b sind Detailschemas einer
Ausführungsform eines Mechanismus der Art, wie er in den Figuren
3a und 3b dargestellt ist, in Anwendung auf eine Sonarantenne.
Der Mechanismus ist in Figur 5a in der Stellung mit
gestrecktem Arm und in der Figur 5b in der Stellung mit abgesenktem
Arm dargestellt. In diesen Figuren ist die Wand des Trägers 3
in ihrem ganzen Bereich nahe dem Gelenkarm dargestellt und
insbesondere dort, wo sich die Schutzkante 4 und der
Befestigungspunkt A' der Achse A befinden, von dem anhand der
Beschreibung der Figuren 3a, 3b und 4 die Rede war. In diesen
Figuren tauchen alle bereits anhand der Figuren 3a und 3b
beschriebenen Bauteile auf, die dieselben Funktionen behalten.
Der Arm 2 wird aber hier nicht von einer einfachen Stange
gebildet, sondern stellt eine Tragstange 20 dar, die in der
Nähe ihres ersten Endes an Achsen B und C angelenkt ist und in
der Nähe ihres zweiten Endes eine der kurzen Seiten eines
verformbaren Parallelogramms bildet, dessen beide großen
Seiten von Stangen 21 und 25 gebildet werden, in denen Hydrophone
angebracht sind. Die andere kurze Seite des Parallelogramms
besteht aus einer Verbindungsstange 24. Will man die Richtung
der Stangen 21 und 25 unabhängig von der Lage der Tragstange
bezüglich des Trägers konstant halten, dann wird eine weitere
Stange 22 mit einem ihrer Enden an einer senkrecht zur
Zeichenebene
verlaufenden Achse angelenkt, die in einem im Träger
3 vorgesehenen Langloch 23 parallel zur Geraden XX eingesperrt
ist. Das andere Ende dieser weiteren Stange 22 ist an der
Stange 21 angelenkt. Das Langloch läßt senkrechte
Translationsbewegungen des Arms zu, wenn dieser abgesenkt wird, wie
dies anhand der Figuren 3a und 3b beschrieben wurde. Es ist zu
bemerken, daß bei abgesenktem Arm das untere Ende dieser
Stangen 21, 25 sich hinter der Kante 4 befindet.
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Figur 5a zeigt auch ein elektrisches Kabel 26' das die
Hydrophone der Stangen 21 und 25 mit den im Träger 3
enthaltenen Elektronikkreisen verbindet, wobei dieser Träger im
beschriebenen Beispiel der Körper einer Sonarantenne ist, um die
in regelmäßigen Abständen zwölf Mechanismen verteilt sind, die
den Mechanismen gemäß den Figuren 5a und 5b gleichen.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die
dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern erstreckt
sich auf alle Vorrichtungen mit einer Schwenkstange und einem
angelenkten Arm, wie in den Figuren 3a und 3b dargestellt,
auch wenn der Träger 3 keine Kante 4 besitzt oder wenn der Arm
2 einen Haken besitzt, der in Figur 3b links angeordnet wäre
und nach unten zeigen würde und in eine in der Wand des
Trägers 3 vorgesehene Vertiefung eingreifen würde, die in ihrem
unteren Bereich durch einen Rand geschützt ist, der keine
Verdickung auf der Wand des Trägers bildet.
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Ebenso kann der Arm 2 nur eine Stange, wie in den
Figuren 3a und 3b besitzen, wobei dann die Hydrophone in
dieser Stange untergebracht sind. Auch kann der Arm anstelle
zweier Stangen, wie in den Figuren 5a und 5b gezeigt, nur eine
einzige Stange besitzen, beispielsweise die Stange 21 der
Figuren 5a und 5b oder mehr als zwei Stangen, vorausgesetzt,
daß diese Stangen miteinander verformbare Parallelogramme
bilden.