DE1531286A1

DE1531286A1 - Kraftbetaetigte Greifvorrichtung

Info

Publication number: DE1531286A1
Application number: DE19671531286
Authority: DE
Inventors: Lloyd Wayne B; Schlissler Earl R
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1966-11-23
Filing date: 1967-10-06
Publication date: 1969-12-11
Also published as: US3400541A; GB1128739A

Description

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6. \NAoW·¹¹ München, den 23. Juli 1969

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Westinghouse Electric Corporation in East Pittsburgh, Pa. /

V.St.A·

Kraftbetätigte Greifvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine kraftbetätigte Greifvorrichtung, die an einer für die Bedienungsperson unzugänglichen Stelle, z.B. außen an einem Tauchboot, angebracht ist.

An der Außenwand eines Schiffsrumpfes befindliche, mit einem Kraftantrieb versehene Vorrichtungen zum Erfassen und Be» tätigen von Gegenständen müssen durch eine Bedienungsperson gesteuert werden, die die Vorrichtung und den zu erfassenden Gegenstand lediglich beobachten kann. Eine solche Greifvorrichtung bildet in der Hegel die mechanische Nachbildung eines mensch« liehen Arms und weist Greifer, Lenker und Gelenke auf, die etwa dem Handgelenk, dem Ellenbogen und den Schultergelenk entspre chen. Den Gelenken der Greifvorrichtung sind Antriebsvorrichtungen zugeordnet, die in der Hegel aus drehbar gelagerten, teydrau-

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Unterlagen (Art. 7 § l Abs. 2 Nr. l Satz 3 des Änderunfjagee. v. A, 9.

lisch beaufschlagten Getriebeteilen bestehen. Die la Tauchboot befindliche Bedienungsperson beobachtet den Greifer durch ein Fenster und steuert die Antriebsvorrichtungen.

Die derzeit meistverwendete Steuerung für die einzelnen Antriebsvorrichtungen der Greiferglieder weist einen in drei Lagen einstellbaren Steuerschieber mit zwei hydraulischen Leitungen auf, die zu der zu steuernden Antriebsvorrichtung führen. Die Leitungen sind wahlweise mit einer hydraulischen Druckmittelquelle so verbindbar, daß die angetriebenen Glieder des Greiferarms nach entgegengesetzten Richtungen bewegt werden können, in der dritten Stellung des Steuerschiebers sind die beiden hydraulischen Leitungen abgeschaltet, damit das angetriebene Glied bei Bedarf in einer besonderen Stellung verharren kann. Um einen derartigen Greifer zu steuern, entscheidet die Bedienungsperson, welche Gelenkstelle zu bewegen ist, und bedient dann den entsprechenden Steuerschieber, und zwar gewöhnlich so, daß jeweils nur eine Gelenkstelle einen Antrieb erhält« Mit derartigen Ein-Aus-Ventilsteuerungen kann man in der Hegel nur eine bestimmte Bewegungsgeschwindigkeit des angetriebenen· Gliedes steuern. Man muß daher einen Kompromiß schließen zwischen einer schnellen Betätigung, bei der große Winkelwege rasch zurückgelegt werden, und einer langsamen Betätigung zur Feinverstellung im unmittelbaren Bereich des zu ergreifenden Gegenstandes. Dies führt aber in der Regel dazu, daß man weder mit Schnellbetätigung, noch mit Feinverstellung arbeiten kann. Der Verzicht auf Schnellbetätigung vergrößert indessen die Arbeitszeit, und der

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Verzicht auf langsame Feinverstellung erhöht die Gefahr, daß der zu ergreifende Gegenstand oder der Greifer selbst beschädigt wird·

Diese Schwierigkeiten werden bei einem Tauchboot zusätzlich dadurch vermehrt, daß das Tauchboot je nach der Wassertiefe mit seinem Greifer unter stark verschiedenen Wasserdrücken arbeiten muß. Dies wirkt sich insbesondere dann störend aus, wenn die Hydraulik nicht mit dem das Tauchboot umgebenden Meerwasser betrieben wird, weil dieses Wasser im Arbeitsbereich durch Aufwirbeln von Sand, Ablagerungen usw. einer plötzlichen Verschmutzung ausgesetzt sein kann, aber auch ohnedies starke Korrosionen in den hydraulischen Antrieben und Betätigungsvorrichtungen hervorruft. Man zieht es daher vor, die Hydraulik mit einem gesonderten, geschlossenen Flüssigkeitskreislauf zu betreiben« Dies hat aber den Nachteil, daß die den Druck der Arbeitsflüssigkeit liefernde Pumpe bei großer Tauchtiefe wesentlich höhere Betriebsmitteldrücke aufbringen muß als bei kleiner Tauchtiefe und somit in ihrer Leistung, ihren Abmessungen und ihrem Antriebsbedarf den Druckterhältnissen bei größtmöglicher Tauchtiefe angepaßt sein muß, also für Arbeiten in kleinerer Tauchtiefe überdimensioniert ist. Überdies arbeitet der Greifer dann auch bei unterschiedlichen Wassertiefen mit unterschiedlichen Bewegungsgeschwindigkeiten, was die Steuerung der Vorrichtung durch die im Tauchboot befindliche Bedienungsperson erschwert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Hydraulik für den Antrieb eines Außengreifers bei einem Tauchboot so aus-.

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zubilden, daß sie eich dem äußeren Wasserdruck in unterschiedlichen Wassertiefen selbsttätig anpaßt, womit die vorerwähnten Schwierigkeiten vermieden werden und erreicht wird, daß die Hydraulik in unterschiedlichen Wassertiefen stets mit etwa dem gleichen pumpendruck und gleicher Pumpenleistung betrieben werden kann und der Greifer in unterschiedlichen Wassertiefen stets mit gleicher und optimaler Geschwindigkeit arbeitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Druckmittelrückflußleitungen der hydraulischen Antriebsvorrichtungen zur Bewegung der einzelnen Tragarmglieder des Greifers ein dem Außendruck ausgesetztes, abgefedertes Stellglied ent« halten, das die Betriebsflüssigkeit der hydraulischen Antriebsvorrichtung mindestens auf einem dem Außendruck entsprechenden Druck hält.

In bevorzugter Ausführung der Erfindung sind die hydraulischen Antriebevorrichtungen zweckmäßig durch eine gemeinsame Bückflußleitung mit einem Rücklaufsammelbehälter verbunden, der nit dem die Betriebsflüssigkeit unter Druck setzenden Stellglied versehen ist.

Damit sich Undichtigkeiten der den hydraulischen Betriebsdruck liefernden pumpe nicht nachteilig auf die Beaufschlagungsleitungen der Greiferarme auswirken können, ist die pumpe zweckmäßig in einem mit Flüssigkeit gefüllten Gehäuse untergebracht, das ein vom Außendruck beaufschlagtes, die Flüssigkeitsfüllung des Gehäuses unter Druck setzendes Stellglied aufweist.

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Die vom Außendruck beaufschlagten Stellglieder bestehen zweckmäßig je aus einem in einem zylinder verschiebbaren Kompensationskolben, der auf seiner vom Außendruck belasteten Seite zusätzlich von einer Feder belastet ist, die einen gegen den Außendruck etwas erhöhten Druck der Betriebs- bzw. Gehäuseflüssigkeit erzeugt»

Die Zeichnung zeigt ein Beispiel für die Ausführung der Greifvorrichtung nach der Erfindung, und zwar zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer an einem Tauch- V boot befestigten Greifvorrichtung, teilweise im Schnitt durch das Tauchboot,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Steuerstromkreises der hydraulischen Antriebsvorrichtung für eines der Gelenke der in Fig. 1 dargestellten Greifvorrichtung,

Fig· 3 eine schematische Darstellung des hydraulischen An« triebssystems für alle drei Gelenke der Greifvorrichtung nach der Erfindung mit einer Druckmittelquelle und den von ihr gespeisten elektrohydrauli- J sehen Servoventilen für die Antriebsübertragung auf die Glieder des Greiferarms in gegensinnigen Richtungen und mit veränderlicher Geschwindigkeit,und

Fig. ^ in schematischer Darstellung einen Schnitt durch eines der elektrohydraulischen Servoventile und die von ihm gesteuerte Antriebsvorrichtung.

Die in Fig. 1 dargestellte Greifvorrichtung ist auf der Außenseite des Bumpfes 11 eines Tauchbootes unmittelbar vor einem

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Fenster 12 befestigt. Sie trägt einen Greifer 13 am vorderen Ende eines mehrgliedrigen Arms l*f, der drei Gelenke 15,16 und und Antriebsvorrichtungen 18,19 und 20 aufweist, die die zügeordneten Glieder des Greiferarms gegeneinander verschwenken. Eines oder mehrere dieser Gelenke, z.B. die beiden äußeren Gelenke, die dem Schultergelenk und dem Handgelenk eines menschlichen Arms entsprechen, können außerdem um eine quer zum Gelenkstift verlaufende Achse drehbar sein, um die Beweglichkeit des Greiferarms zu verbessern. Im Bootsrumpf befindet sich eine Liegefläche 22 zur Aufnahme einer Bedienungsperson 23 in solcher Lage, daß sich ihr Kopf am Fenster 12 und im Bereich einer Schalttafel 2k für den Antrieb der Greifvorrichtung Defindet.

Die Steuerung der hydraulischen Antriebsvorrichtungen 18,19 und 20 für die beweglichen Glieder der Greifvorrichtung erfolgt über mit veränderlicher Geschwindigkeit arbeitende, elektrohydraulische Servoventile 26,27 und 28, die neben den Antriebsvorrichtungen angeordnet sind, und zwar jeweils auf dem gleichen Glied des Greiferarms, auf dem das Gehäuse der Antriebsvorrichtung sitzt. Die Servoventile werden elektrisch vom Innern des Tauchbootes aus mit Hilfe von Begelgliedern 30 über elektrische Leitungen gesteuert, die durch den Bootsrumpf 11 hindurchgeführt sind (s. Fig. 2).

Das in Fig. 3 dargestellte hydraulische Beaufschlagungssystem für die Greifvorrichtung enthält eine Druckmittelquelle 35, die an der Außenfläche des Bootsrumpfes 11 befestigt und

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mit einem Gehäuse 36 versehen ist, das den umgebenden Meerwasser oder dem Außenraum ausgesetzt ist und eine durch einen Elektromotor 38 angetriebene Pumpe 37 enthält« Das Gehäuse 36 ist mit einer elektrisch nichtleitenden Flüssigkeit von geringer Viskosität und hoher Dielektrizitätskonstante gefüllt, die zur Umspülung des Motors und außerdem als Arbeitsmittel für die Pumpe zum Speisen der Antriebsvorrichtungen geeignet ist. Die Pumpe weist einen Einlaß auf, der mit einem vom Rücklauf gespeisten Sammelbehälter 40 der Druckflüssigkeit in Verbindung steht» Der Sammelbehälter 40 und das Motorgehäuse 36 enthalten bewegliche Widerlager 42, die vorzugsweise als Kolbenkompensatoren ausgebildet sind, deren Kolben auf einer Seite von einer schwachen Feder 43 belastet und dem Druck des umgebenden Mediums, z.B. Meerwasser, ausgesetzt sind« Die Kolbenkompensatoren 42 stellen einen dem Außendruck entsprechenden Druck im Gehäuse 36 und im Sammelbehälter 40 her. Die Federn 43 sind als Druckfedern auegebildet und bewirken, daß der Druck im Gehäuse und im Sammelbehälter etwas über dem Druck des umgebenden Mediums liegt, damit das umgebende Medium nicht in die Gehäuse eindringen kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung lenötigt für die Beaufschlagung der Antriebsvorrichtungen nur eine gemeinsame Drucknittelzuführungßleitung 45, die an den Auslaß der Pumpe angeschlossen ist, und eine gemeinsame Rückflußleitung 46, die in den Sammelbehälter ausmündet. Die Servoventile 26,27 und 28 liegen parallel zwischen den Zuführungs- und Rückflußleitungen.

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Hierdurch wird das Volumen dcis in den Leitungen befindlichen Druckmittels verringert und ein besseres Ansprechen des Systems auf die Steuergebung durch die Bedienungsperson erreicht.

Vorzugsweise ist jede der hydraulischen Antriebsvorrichtungen doppelwirkend und weist, wie in Fig. 4 dargestellt, zwei gegenläufige Kolben 50 mit Zahnstangen 51 auf, die mit einem auf einer Welle 52 sitzenden Ritzel kämmen. Das Gehäuse 53 d-er Antriebsvorrichtung kann auf einem Glied des Greiferarms angeordnet und die Welle 52 mit dem anschließenden Glied verbunden sein, wodurch der Antrieb an den Gelenken 15jl6 oder 17 zustande kommt. Sobald die beiden Kolben 50 einem Überdruck in den Außenkammern 5^> gegenüber der gemeinsamen Innenkammer 56 ausgesetzt sind, bewegen sie sich mit den Zahnstangen 51 einwärts und treiben dabei die Welle 52 im Uhrzeigerdrehsinn an« Wird der Druck in den Außenkamraern ^^cj kleiner als in der Innenkammer 56, so bewegen sich die Kolben 50 mit den Zahnstangen 51 nach außen, wobei sie die Drehrichtung der Welle 52 umkehren.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, enthält die ServoventilVerrichtung eine Steuerntufe 62, die mittels eines elektrischen Signals gesteuert wird, jedoch einen hydraulischen Ausgang aufweist. Diese Steuerstufe h?. enthält eine schwenkbar angeordnete Düse 70, die mit der DruchmittelEuführungsleitung 45 verbunden ist. während des Betriebes richtet die Düse 70 den Druckmittelstrom auf Einlasse von Kanälen 72, die hierdurch einen Beaufschlagungsdruck erhalten, i-ie Düne 70 ist mit einem Anker 75 verbunden, auf den Wicklungen 74 aufgebracht sind, die in erregtem Zustand die Düee derart verschwenken, daß das Druckmittel entsprechend

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der Steuergebung durch die Bedienungsperson auf einen der Einlasse der Kanäle 'Il auftrifft. Ein doppeltwirkender Kolbenschieber t>i» ist mit der Steuerstufe 52 verbunden und dient dazu, eine der Antriebsleitungen 58 oder z9 mit der Zuführungsleitung 4j? und gleichzeitig die anderen Leitungen mit der Rückflußleitung 46 zu verbinden entsprechend der von den Einlaßkanälen 72 aufgenommenen Druckdifferenz, die ihrerseits von der Stärke des der Wicklung 74 zugeführten Stroms abhängt.

Eine Blattfeder 67 verbindet den Kolben des Schiebers 65 ^ mit der Düse 70 und bildet hierdurch eine Rückkopplung zur Steuerstufe, die der Bewegung des Kolbenschiebers 65 entgegenwirkt und auf diese Weise ein Gleichgewicht zwischen dem durch die Steuerstufe hervorgerufenen Druckunterschied und der Kolbenstellung des Kolbenschiebers herstellt. Sobald der der Wicklung 74 der Steuerstufe 62 zugeführte strom auf einen Bezugswert, in der Regel auf Null, absinkt, kehrt die Düse in ihre Mittellage zurück und bewirkt, daß auch der Kolbenschieber wieder seine Mittellage einnimmt, in der beide Antriebsleitungen 58 und 59 J von der Zuführungs- und von der Rückflußleitung 45 bzw. 46 gefcrennt sind.

Vorzugsweise weist der Kolbenschieber 65 auf einer Kolbenseite eine relativ schwache Feder 80 auf, die ihn gegen einen Anschlag 3I auf seiner anderen Seite drückt, damit eine der Antriebsleitungen mit einer der Zuführungsleitungen 45 verbunden wird, während die andere AntriebsleLtung mit der Rück-

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flußleitung 46 in Verbindung kommt. Entsprechend wird auch die Düse 70 mittels der Blattfeder 67 nach rechts gedrückt, damit bei erneuter Betätigung der Vorrichtung der Kolbenschieber 65 unmittelbar in seine Hittellage zurückgestellt wird. Da der Kolbenschieber 65 die Verbindung zwischen der Zuführungsleitung 45 und der einen Seite der gegenläufigen Antrieuskolben 50 und ferner die Verbindung zwischen der Rückflußleitung 46 und der anderen Seite der gegenläufigen Antriebskolben 50 herstellt, sobald er sich in seiner Endstellung befindet, wird auf alle Kammern und Leitungen der Antriebsvorrichtungen 18,19 und 20 und auf die elektrohydraulisehen Servoventile 26,27 und 28 automatisch ein Druck ausgeübt, der etwas oberhalb des Druckes der Umgebung liegt, der sich während des Tauchens oder Auftauchens beachtlich ändern kann,

Auch die elektrischen und magnetischen Teile der Steuerstufe 62 sind vom Druckmittel umspült, da das Innere der Abdeckkappe 63 tier Sceuerstufe mit dem Innern des Sammelbehälters 40 durch eine hydraulische Leitung 85 verbunden ist, die auch die Anschlußdrähte bo und 87 für die Wicklung ?4 der steuerstufe enthält» Diese Drähte führen durch eine abgedichtete Öffnung in den Bootsrumpf 11 zur Schalttafel 24, wie in Fig. 3 gezeigt ist.

Die Stromzufuhr zur Wicklung 7^ll· jedes oer/oventils kann mittels einee ELn-Aus-Schalters 88 (Fig. 2) ^steuert werden, der diö Polarität des der Wic&ung 74 zugeführten Stroms wählt, um einen Vorwärts- bzw, einen Rückwärtsantrieb zu oewirken, und

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ferner mittels eines BegelwiaerBtandes 90, der die stärke des Steuerstroms und hierdurch die Geschwindigkeit der auszuführen, den Bewegung bestimmt.

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Claims

Patentansprüche

1« Außenbord-Greifvorrichtung für Unterseeboote mit einem mehrteiligen Tragarm, an den Gliedern des Tragarms angebrachten, hydraulischen Antriebsvorrichtungen zur Bewegung der einzelnen Tragarmglieder relativ zueinander, und einem den Antriebsvorrichtungen zugeordneten, mit ihnen durch Zuführungs- und Büekflußleitungen verbundenen Druckmittelerzeuger, wobei jede Antriebsvorrichtung einen hydraulischen Motor und eine Steuervorrichtung zum Regeln seiner Beaufschlagung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittel-Rückflußleitungen der Antriebsvorrichtungen (26,27,28) ein dem Außendruck ausgesetztes, abgefedertes Stellglied (42) enthalten, das die Betriebsflüssigkeit mindestens auf einem dem Außendruck entsprechenden Druck hält«
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtungen (26,^7|2Ö) durch eine gemeinsame Hückflußleitung (46) mit einem Rücklaufsammelbehälter (40) verbunden sind, der mit dem die Betriebsflüssigkeit unter Druck setzenden stellglied 142) versehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmittelerzeuger als pumpe (37) in einem mit Flüssigkeit gefüllten Gehäuse (36) untergebracht ist, das ein vom Außendruck beaufschlagtes, die Flüesigkeitefüllung des

(42) Gehäuses unter Druck setzendes ._tellglied/aufweist,

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4. Vorrichtung nach Anspruch I₁ 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Stellglieder (42) je durch einen in einem Zylinder verschiebbaren Kompensationskolben (42) gebildet sind, der auf seiner vom Außendruck belasteten Seite zusätzlich von einer Feder (43) belastet ist, die einen gegen den Außendruck etwas erhöhten Druck der Betriebs- bzw. Gehäuseflüssigkeit erzeugt.

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