DE2750401C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine drehbare Antennenanlage, insbesondere für Satellitenschiffs- und -bodenstationen, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Gewöhnlich sind bei solchen Satellitensende- und -empfangsstationen Sender, Empfänger und Antenne im drehbaren Korb an der Spitze der Säule untergebracht.

Daneben sind bei dieser Bauart auch die Antriebs- und Steuerungseinrichtungen in diesem Korb untergebracht. Um den Korb möglichst klein zu halten und ein großes Massenträgheitsmoment zu vermeiden, sind seine Einbauten dicht gedrängt untergebracht, wodurch die Zugänglichkeit zu den einzelnen Anlagenteilen sehr erschwert ist, was bei solchen Antennenanlagen auf Schiffen, insbesondere im Falle von Pannen bei schlechtem Wetter oder hohem Seegang, kritisch sein kann.

Eine Antennenanlage dieser Bauart ist beispielsweise in der US-PS 37 07 721 beschrieben. Bei diese Anlage befinden sich neben einer Parabolantenne auch die Antriebs- und Steuerungseinrichtungen im drehbaren Korb. Die Antriebsmotoren und Getriebe für die Azimut- und die Elevationsverstellungen sind dabei mit ihren Achsen in waagerechter Lage angeordnet, was eine erhebliche radiale Ausdehnung des Korbes bezüglich seiner senkrechten Drehachse und ein dementsprechend großes Massenträgheitsmoment zur Folge hat. Bei den üblicherweise geforderten schnellen Nachführbewegungen der Antenne bedingt dies ein hohes Anfahrdrehmoment, wozu starke und entsprechend schwere Elektromotoren gebraucht werden, was man aber aus den obengenannten Gründen zu vermeiden sucht.

Es liegt daher nahe, Teile der Einrichtung, soweit möglich, stationär im Mastraum oder, insbesondere bei Schiffen, unter deren Deck unterzubringen, um einen möglichst leichten Korb zu erhalten, für dessen Antrieb leichte Elektromotoren ausreichen.

Bei der obengenannten Bauart mit im Korb untergebrachten Bauteilen der Antenne und Antriebseinrichtungen besteht auch das Problem der Stromzufuhr zu diesen Teilen. Um völlige Freiheit für das Drehen um die Azimutachse zu erhalten, bietet sich eine Stromzufuhr über Schleifringe an. Eine solche Lösung ist aber für Hochseeschiffe wegen der Korrosionsgefahr durch die salzhaltige Atmosphäre ungeeignet. Dort ist man dazu übergegangen, für die elektrische Speisung lange Kabel vorzusehen, die die Stromquelle unter Deck mit den Verbrauchern im drehbaren Korb an der Mastspitze verbinden. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, daß der Schwenkbereich für den Azimutbereich, je nach Bauart, auf 370° bis 540° beschränkt ist.

Bei der schleifringlosen Ausführung mit langen Kabeln kann der begrenzte Azimutdrehwinkel zu Unterbrechungen in der Nachrichtenübermittlung führen, was bei manchen Anwendungen unbedingt vermieden werden muß.

Eine gegenständliche Einrichtung, bei der die Antriebsmotoren für die Azimut- und die Elevationsverstellung der Antenne im Inneren des Mastes vorgesehen sind, ist in der US-PS 37 28 733 beschrieben. Es handelt sich dabei um einen CB-Funkmast leichter Bauart, dessen Antennenträger in Form eines Getriebekastens auf der Spitze einer stark dimensionierten Hohlwelle sitzt, die zur Azimutverstellung und gleichzeitig als tragende Säule des Antennenträgers dient. Innerhalb der Hohlwelle ist eine Vollwelle gelagert, die über ein Kegelradpaar im erwähnten Getriebekasten die Elevation der Antenne verstellt. Für große Anlagen ist diese Bauart nicht geeignet, da eine gleichzeitig als tragende Säule dienende Hohlwelle sehr schwer wäre und daher eine entsprechend aufwendige Lagerung erfordern würde. Bei großen Anlagen ist deshalb eine Trennung der Funktionen der Antriebswellen und der Lagerung des drehbaren Antennenkorbes zweckmäßig. Die Bauart gemäß vorerwähnter Patentschrift ist auch nicht anwendbar bei Verwendung eines Hohlleiters und wenn Zugänglichkeit zum Korb vom Inneren des Mastes her gefordert wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antennenanlage der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art derart weiterzubilden, daß sie eine schleifringlose Verbindung zwischen dem Sende/Empfangsteil und der Antenne sowie eine Konstruktion für die Azimut- und Elevations­ winkelsteuerung aufweist, bei der die elek­ trischen Antriebs- und Steuereinrichtungen unter dem Schiffsdeck bzw. im Fuß oder unterhalb des Mastes untergebracht sind.

Diese Aufgabe wird bei der Antennenanlage gemäß Oberbegriff durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele näher erläutert. In dieser stellen dar:

Fig. 1 die äußere Gestalt einer erfindungsgemäßen Nachrichtenstation in Form eines schiffsgestützten Mastes,

Fig. 2 schematisch eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes im Schnitt,

Fig. 3 das Differentialgetriebe der Ausführung nach Fig. 2,

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform in schematischer Darstellung,

Fig. 5 das Differentialgetriebe der Ausführung nach Fig. 4, und die

Fig. 6 und 7 eine weitere Ausführungsform im Auf- und Grundriß.

Die in Fig. 1 dargestellte, schiffsgestützte Sende- und Empfangsstation in Form eines stromlinienförmig ausgebildeten Mastes unterscheidet sich äußerlich nicht von bekannten konventionellen Ausführungen. Im Gegensatz zu diesen enthält jedoch der auf der Mastspitze um eine senkrechte Achse drehbare Korb 1 nur die Antenne und die Getriebeelemente zu deren Verstellung nach Azimut und Elevation.

Fig. 2 zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen solchen Mast. Die Antenne, im vorliegenden Falle eine Parabolantenne, und ihre Lagerung sind mit 2 bezeichnet. Die Lagerung der Antenne ruht auf Stützen 3, die mit einem Drehgestell 4 fest verbunden sind. Dieses Drehgestell ist auf beweglichen Rollen 5 und durch raumfeste Rollen 6, die in kreisförmigen Schienen 7 geführt bzw. in einem zylindrischen Mantel 8 gelagert sind, drehbar gelagert bzw. gegen Kippen gesichert. Die Kreisschienen 7 und der Mantel 8 sind mit einer Plattform 9, die den oberen Abschluß des Mastrohres 10 bildet, fest verbunden.

Das Drehgestell 4 weist einen Innenzahnkranz 11 für die Azimut­ verstellung auf, der mit einem Stirnzahnrad 12 am oberen Ende einer Hohlwelle 13 im Eingriff steht. Im Drehgestell 4 ist oberhalb des Innenzahnkranzes 11 ein außen- und innenverzahnter Zahnkranz 14 für die Elevationsverstellung koaxial zum Zahnkranz 11 drehbar gelagert. Dieser Zahnkranz 14 kämmt innen mit einem auf dem oberen Ende einer Vollwelle 15 sitzenden Stirnzahnrad 16 und außen mit einem Stirnzahnrad 17, dessen Bewegung von einer Welle 18 auf das Kegelradpaar 19 und damit auf die Schwenkachse 20 der Antennenlagerung übertragen wird.

Die nicht dargestellte Sende- und Empfangsanlage ist unter dem Schiffsdeck untergebracht und daher für die Wartung und Überwachung leicht zugänglich. Für die schleifringlose Übertragung der ankommenden bzw. ausgesandten Signale dient ein koaxial zur Drehachse des Drehgestells 4 angeordneter Hohlleiter 21, ein dessen oberes Ende mit Spiel umschließender λ/4-Kurzschluß 22, der an der Unterseite des Drehgestells 4 befestigt ist, sowie eine in der Achse des letzteren angeordnete Hohlleitersonde 23, die mittels eines Koaxialkabels 24 mit der Antenne 2 verbunden ist.

Unter dem Schiffsdeck liegen ferner das Differentialgetriebe 25, das in Fig. 3 vergrößert dargestellt ist, die beiden Motoren 26 und 27 für die Azimut- bzw. Elevationssteuerung sowie die nicht dargestellten Positionsgeber.

Das Differentialgetriebe 25 (Fig. 3) weist einen feststehenden Planetenträger 28 und einen beweglichen Planetenträger 29 auf, deren Planetenräder 30 bzw. 31 über ein freilaufendes Doppelkegelzwischenrad 32 zusammenwirken. Die Planetenräder 31 stehen mit einem Kegelrad 33 am unteren Ende der Vollwelle 15 zur Steuerung des Elevationswinkels im Eingriff. Die Hohlwelle 13 weist an ihrem unteren Ende ein Stirnrad 34 auf, das mit einem Kegelrad 35 starr verbunden und vom Elektromotor 26 (siehe Fig. 2) über ein Stirnrad 36 in Antriebsverbindung steht.

Der bewegliche Planetenträger 29 ist an seinem Umfang als Stirnrad ausgebildet, das über ein Stirnrad 37 mit dem Elektromotor 27 (siehe Fig. 2) in Antriebsverbindung steht.

Wenn nur der Azimutwinkel verstellt werden soll, wird die Hohlwelle 13 vom Elektromotor 26 im gewünschten Drehsinne angetrieben, wobei der Elektromotor 27 stillgesetzt und festgebremst ist. Über die Kegelräder 35, 30, 32 und 31 wird die Vollwelle 15 dabei gleichsinnig und mit gleicher Drehzahl angetrieben wie die Hohlwelle 13. Da die oberen Stirnräder 12 und 16 (siehe Fig. 2) der Hohlwelle 13 bzw. der Vollwelle 15 ebenso wie die Innenverzahnungen der Zahnkränze 11 und 14 unter sich gleiche Teilkreisdurchmesser und Zähnezahlen aufweisen, so bleiben die Zahnkränze 11 und 14 relativ zueinander in Ruhe. Da die Welle 18 der Elevations­ steuerung im mit dem Zahnkranz 11 eine starre Einheit bildenden Drehgestell 4 gelagert ist, bleibt auch das Stirnrad 17 auf der Welle 18 in Ruhe und die Elevationssteuerung somit unbeeinflußt. Es wird also nur der Azimutwinkel verstellt.

Wenn nur der Elevationswinkel verstellt werden soll, so erfolgt der Antrieb der Vollwelle 15 durch den Elektromotor 27 über das Stirnrad 37 und die Planetenräder 31, die mit ihrem Planetenträger 29 frei umlaufen können. Der Elektromotor 26 für die Azimutsteuerung ist dabei festgebremst und die Hohlwelle 13 sowie die Räder 36, 34, 35, 30 und 32 befinden sich in Ruhe. Über das Stirnrad 16, den gegenüber dem Drehgestell 4 drehbar gelagerten, doppeltverzahnten Zahnkranz 14, das Stirnrad 17 und das Kegelradpaar 19 wird die Drehung der Vollwelle 15 auf die Schwenkachse 20 der Antenne übertragen und damit die Elevation verstellt.

Falls Azimut und Elevation gleichzeitig verstellt werden sollen, so erfolgt die Azimutverstellung wie oben geschildert durch den Motor 26 und die Hohlwelle 13, während die Elevation durch Überlagerung einer vom Elektromotor 27 ausgehenden Drehbewegung der Vollwelle 15 bewirkt wird. Der Motor 27 kann dabei gleichsinnig mit oder gegensinnig zur Hohlwelle 13 angetrieben werden, wodurch der Zahnkranz 14 gegenüber dem drehgestellfesten Zahnkranz 11 voreilt oder zurückbleibt und damit das Stirnrad 17 und die Antenne 2 in der einen oder anderen Richtung gedreht werden.

Die Unterbringung der Motoren, des Differentialgetriebes, der Positionsgeber usw. unter Deck ist vom Standpunkt der Zugänglichkeit und Wartung sowie aus Gewichtsgründen - leichterer Korb und Mast selbst - vorteilhaft.

Falls die Verdrehwinkel der langen Wellen unzulässig groß sind, können dieses durch die erwähnten Positionsgeber kompensiert werden.

Die Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes mit zwei räumlich voneinander getrennten Vollwellen 38 a und 38 b zum Antrieb der Zahnkränze für die Azimut- und die Elevationsverstellung. Die übrigen Elemente im Korb sind im wesentlichen die gleichen wie bei der vorher beschriebenen Ausführung, nur hinsichtlich der unter Deck installierten Antriebsanlage 39, die Fig. 5 in größerem Maßstab zeigt, unterscheidet sich diese Variante von der in Fig. 2 dargestellten.

Die Antriebsanlage mit dem Differentialgetriebe 39 weist wieder zwei Motoren 40 bzw. 41 (Fig. 4) für die Azimut- und Elevationssteuerung auf. Zur reinen Azimutverstellung treibt der Motor 40 über das Stirnradpaar 42, 43 (Fig. 5) die Welle 38 a und über das Kegelradpaar 44, 45 den feststehenden Planetenträger 46, den beiden Kegelrädern 47 und 48, den Planetenrädern 49 und 50 sowie das Kegelradpaar 51, 52 die Welle 38 b gleichsinnig und mit gleicher Drehzahl an, wodurch wie bei dem früher beschriebenen Beispiel keine Relativdrehung zwischen den Zahnkränzen 53 bzw. 54 zur Azimut- und zur Elevationsverstellung auftritt und die augenblickliche Elevation folglich erhalten bleibt. Der Elevationsmotor 41 ist hierbei festgebremst und der Planetenträger 46 blockiert.

Zur reinen Elevationsverstellung wird der Azimutmotor 40 festgebremst, so daß nur die Welle 38 b vom Motor 41 angetrieben wird.

Zur gleichzeitigen Verstellung von Azimut und Elevation wird, wie früher beschrieben, der vom Motor 40 synchron mit der Welle 38 a angetriebenen Welle 38 b vom Motor 41 eine Drehung überlagert.

Eine weitere, bezüglich des Drehgestells im drehbaren Korb vereinfachte Ausführung ist in den Fig. 6 und 7 im Grund- und Aufriß dargestellt. Hierbei besteht das Drehgestell aus einer runden, den Zahnkranz 53 für die Azimutverstellung bildenden Scheibe, oberhalb deren der Zahnkranz 54 und die Welle 55 für die Elevationsverstellung gelagert sind, sowie den Stützen 56 für die Aufnahme der Antennenlagerung. Die Hohlwelle 57 für die Azimutverstellung und die Vollwelle 58 für die Elevationsverstellung sind hier am äußeren Umfang der beiden Zahnkränze angeordnet. Als Antrieb für die beiden Wellen wird hier die Variante nach Fig. 3 verwendet.

Die Ausführung nach den Fig. 6 und 7 hat den Vorteil, daß sich das Drehgestell mittels eines Lagers von verhältnismäßig kleinem Durchmesser außerhalb des λ/4-Kurzschlusses billiger lagern läßt als die Ausführung nach Fig. 2 mit ihrem Lauf- und Stützrollen.

Der Erfindungsgegenstand wurde hier anhand von Ausführungsbeispielen für Schiffsstationen beschrieben, doch ist er mit den entsprechenden Modifikationen auch für Bodenstationen, Radartürme oder dergleichen verwendbar.

• Bezeichnungsliste  1= Abdeckkuppel 2= Parabolantenne mit Lagerung 3= Stützen 4= Drehgestell 5= Feststehende Rollen 6= Bewegliche Rollen 7= Kreisschienen 8= Mantel 9= Plattform10= Mastrohr11= Innenzahnkranz für die Azimutverstellung12= Stirnzahnrad13= Hohlwelle14= Zahnkranz für die Elevationsverstellung15= Vollwelle16= Stirnzahnrad17= Stirnzahnrad18= Welle19= Kegelradpaar20= Schwenkachse der Antennenlagerung21= Hohlleiter22= λ/4-Kurzschluß23= Hohlleitersonde24= Koaxialkabel25= Differentialgetriebe26= Azimutmotor27= Elevationsmotor28= Feststehender Planetenträger29= Beweglicher Planetenträger30= Planetenräder von 28 31= Planetenräder von 29 32= Doppelkegelzwischenrad33= Kegelrad der Vollwelle 15 34= Unteres Stirnrad der Hohlwelle 13 35= Kegelrad36= Stirnrad zum Antrieb der Hohlwelle 13 37= Stirnrad zum Antrieb der Vollwelle 15 38 a= Vollwelle zur Azimutverstellung38 b= Vollwelle zur Elevationsverstellung39= Differentialgetriebe40= Azimutmotor41= Elevationsmotor42= Stirnrad43= Stirnrad44= Kegelrad45= Kegelrad46= Planetenträger47= Kegelrad48= Kegelrad49= Planetenrad50= Planetenrad51= Kegelrad52= Kegelrad53= Zahnkranz für die Azimutverstellung54= Zahnkranz für die Elevationsverstellung55= Welle56= Stützen57= Hohlwelle für die Azimutverstellung58= Vollwelle für die Elevationsverstellung

Claims (4)

1. Drehbare Antennenanlage, insbesondere für Satellitenschiffs- und -bodenstationen, mit einer Säule, an deren oberem Ende in einem drehbaren Korb die Antenne sowie Zahnradgetriebe zum Antrieb eines im drehbaren Korb um eine senkrechte Achse drehbaren Drehgestells (4) mit einem einfach verzahnten Zahnkranz (11; 53) für die Azimutverstellung und zum Antrieb der Elevations­ verstellung untergebracht sind, ferner mit je einem Elektromotor (26; 40 bzw. 27; 41) für den Antrieb einer Welle (13; 38 a; 57) zur Azimutverstellung und einer Welle (15; 38 b, 58) zur Elevationsverstellung und einem Zahnradgetriebe zwischen besagten Elektromotoren und den beiden Wellen (13; 38 a, 57 bzw. 15; 38 b, 58), dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnradgetriebe im Korb zur Azimutverstellung aus einem mit der Welle (13; 38 a; 57) verbundenen Stirnzahnrad (12) und dem mit dem Drehgestell (4) fest verbundenen, einfach verzahnten Zahnkranz (11; 35) besteht, daß das Zahnradgetriebe im Korb zur Elevationsverstellung einen innen und außen verzahnten, im Gestell (4) drehbar gelagerten Zahnkranz (14; 54) und ein treibendes Stirnzahnrad (16) aufweist, das mit der Welle (15; 38 b, 58) für die Elevationsverstellung fest verbunden ist und mit einer der beiden Verzahnungen des Zahnkranzes (14; 54) im Eingriff steht, ferner ein getriebenes Stirnrad (17) aufweist, das mit der anderen Verzahnung des Zahnkranzes (14; 54) im Eingriff steht und über eine Welle (18; 55) mit einem Kegelradpaar (19) auf einer Schwenkachse (20) der Antennenlagerung zusammenwirkt, daß das Zahnradgetriebe zwischen den beiden Elektromotoren (26, 27 bzw. 40, 41) und den beiden zugehörigen Wellen (13, 15; 38 a, 38 b, 57, 58) ein Differentialgetriebe (25; 39) ist, das einen Antrieb der beiden Zahnkränze (11; 35 bzw. 14, 54) im Gestell (4) mit gleichem oder entgegengesetztem Drehsinn und gleicher oder beliebig unterschiedlicher Drehzahl erlaubt, um die Azimut- und die Elevationsverstellung jeweils getrennt für sich oder gleichzeitig vornehmen zu können, daß die besagten Elektromotoren mit ihrem zugehörigen Differentialgetriebe unterhalb der Ebene des Mastfußes ortsfest bezüglich ihrer Umgebung eingebaut sind, und daß ein zur Azimutdrehachse konzentrischer, feststehender Hohlleiter (21), ein am Drehgestell (4) befestigter, das obere Ende des Hohlleiters (21) mit Spiel umgebender λ/4- Kurzschluß (22) und eine Hohlleitersonde (23) zur Übertragung der Nachrichtensignale zwischen der innerhalb oder außerhalb des Mastrohres (10) untergebrachten Sende/Empfangsanlage zur Antenne bzw. umgekehrt vorhanden sind.

2. Antennenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnkranz (11) zur Azimutverstellung innenverzahnt ist, daß die beiden vom Differentialgetriebe (25) angetriebenen Wellen zur Azimut- bzw. zur Elevationsverstellung konzentrisch zueinander als Hohlwelle (13) und Vollwelle (15) ausgeführt sind und die Antriebsstirnzahnräder (12, 16) am oberen Ende dieser beiden Wellen mit der Innenverzahnung ihrer Zahnkränze (11, 14) im Eingriff stehen, daß das Differentialgetriebe (25) zwei Antriebe (26, 27) sowie einen feststehenden und einen beweglichen, vom Elevationsmotor (27) antreibbaren Planetenträger (28 bzw. 29) aufweist, deren Planetenräder (30 bzw. 31) durch ein Doppelkegelrad miteinander in Antriebsverbindung stehen, und daß die beiden Antriebe (26, 27) blockierbar sind.

3. Antennenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnkranz (53) zur Azimutverstellung außenverzahnt ist, daß die beiden Wellen zur Azimut- bzw. zur Elevationsverstellung konzentrisch zueinander als Hohlwelle (57) und Vollwelle (58) ausgeführt sind und die Antriebsstirnräder am oberen Ende der beiden Wellen (57, 58) mit der Außenverzahnung der zwei Zahnkränze (53, 54) im Eingriff stehen, daß das Differentialgetriebe (25) zwei Antriebe (26, 27) sowie einen feststehenden und einen beweglichen, vom Elevationsmotor (27) antreibbaren Planetenträger (28 bzw. 29) aufweist, deren Planetenräder (30 bzw. 31) durch ein Doppelkegelrad miteinander in Antriebsverbindung stehen, und daß die beiden Antriebe (26, 27) blockierbar sind.

4. Antennenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnkranz (11) zur Azimutverstellung innenverzahnt ist, daß die beiden von einem Differentialgetriebe (39) angetriebenen Wellen (38 a, 38 b) zur Azimut- bzw. Elevationsverstellung parallel zueinander innerhalb der beiden Zahnkränze (11, 14) liegen und ihre Antriebsstirnräder diametral gegenüberliegend mit der Innenverzahnung ihrer Zahnkränze (11, 14) im Eingriff stehen, daß das Differentialgetriebe (39) zwei Antriebe (40, 41) sowie einen beweglichen, vom Elevationsmotor (41) antreibbaren Planetenträger (46) aufweist, dessen Planetenräder sowohl mit der Welle (38 a) für den Azimutantrieb als auch mit der Welle (38 b) für den Elevationsantrieb in Verbindung stehen, und daß die beiden Antriebe (40, 41) blockierbar sind.