Untersetzungsgetriebe zur genauen Steuerung der Bewegungen von Schwenk-Kipp-Einheiten (PTU)

Schwenk-Kipp-Einheiten (PTU: Pan-Tilt Units) sind zweiachsige Manipulatoren, bei denen die Bewegung in der Elevations- und Azimut Achse per Fernbedienung erfolgt. Ihre häufigste Verwendung ist die Positionierung elektro-optischer Systeme (EOS), die zur Erfassung, Erkennung, Identifikation und Verfolgung von Objekten bestimmt sind. Solche Systeme sind in der Regel mit einer Tageslichtkamera mit großem Zoombereich, Infrarot-Nachtsichtkamera und einem Laser-Entfernungsmesser zur genauen Bestimmung der Entfernung von Objekten ausgestattet. Sie werden u. a. zur Überwachung beim Grenzschutz, zur Überwachung der Küsten, des Schiffsverkehrs, und zur Luftraumüberwachung verwendet. Neben den elektro-optischen Systemen werden PTUs auch in anderen Bereichen zur Positionierung von Kommunikationssystemen wie zum Beispiel in Radaranlagen, die zum Lotsen der unbemannten Luftfahrzeuge verwendet werden, verschiedenen Sensoren hier zum Beispiel Laserdetektoren zum Nachweis, zur Identifizierung, Quantifizierung und Abwehr von Mitteln zur chemischen Kontaminierung oder toxischen Industriechemikalien, in Anti-Drohnen-Systemen oder auch in Scheinwerfern verwendet.

Zu den Grundbestandteilen, aus denen sich PTUs zusammensetzen, gehören: der Trägerkörper (das Gehäuse), in dem sich die Antriebseinheiten und eine Konsole befinden, auf der die Geräte (Kameras, Sensoren, Antennen usw.) befestigt werden. Die Konsole dreht sich um die horizontale Achse, die so genannte Elevationsachse. Das Gehäuse dreht sich um die Vertikalachse, die Azimut Achse. PTUs können entweder als stationäre oder als mobile Einheiten verwendet werden.

Je nach Anwendungsart können PTUs in Antriebseinheiten verschiedener mechanischen Systeme verwendet werden. In stationären Einheiten zur Überwachung von Objekten auf kurze Entfernungen oder in ferngesteuerten Scheinwerfern genügen herkömmliche Getriebemechanismen, wie Schneckengetriebe, Planetengetriebe, Riemenscheiben oder ein entsprechender Zahnrädersatz.

Ganz anders verhält es sich bei PTUs zur Überwachung von Objekten auf weite Entfernungen oder in mobilen Systemen die an Fahrzeugen, Schiffen usw. montiert werden. In diesen Fällen sind genaue spielarme Getriebe mit hoher Steifigkeit und Vibrationsfestigkeit an PTU‘ s notwendig, um die gewünschten Ergebnisse erzielen zu können. 

In mobilen Geräten, die mit einem Gyro-Stabilisator ausgestattet sind, werden wesentlich höhere Anforderungen an das Steuersystem und an die eingesetzten Getriebe gestellt. Die Getriebe sorgen für eine mechanische Stabilisierung des elektro-optischen Systems (OES). Dies erfolgt durch eine Gegenbewegung zu der vom Gyroskop ermittelter Bewegung.  Die Getriebe müssen auf jede Unebenheit des Geländes reagieren und die Kameras in der gewünschten Position halten. Es kommt hier zu einer hohen Frequenz von Änderungen der Bewegungsrichtung um einen geringen Winkelabstand. Es ist also unbedingt notwendig, hochpräzise spielarme Getriebe mit geringer Eingangsträgheit zu verwenden. Nur so kann eine verlässliche Stabilisierung gewährleistet werden.

Auch die Anforderungen an die Überlastfähigkeit (shock resistance) und Schwingungsfestigkeit sind höher. Mit anderen Worten: Das System darf nicht schwingen und es muss zuverlässig und störungsfrei auch unter anspruchsvollen Bedingungen arbeiten, wenn es wiederholten Stoßbelastungen ausgesetzt ist. Daher müssen Getriebe, die in solchen PTUs verwendet werden, Eigenschaften wie Robustheit, hohe Steifigkeit und Überlastbarkeit (overload capacity) besitzen. 

Wichtig sind auch weitere Eigenschaften, zu denen geringe Abmessungen und Masse der Untersetzungsgetriebe, ein kompaktes Design aufgrund des begrenzten Installationsraums sowie eine hohe Drehmomentdichte, d. h. das Verhältnis des Drehmoments zu den Einbaumaßen [Nm/m3] gehören. Diese Eigenschaften ermöglichen kleine Einbaumaße und ein kompaktes Design der PTUs bei gleichzeitiger hoher Nutzlast. 

Die hochpräzisen Untersetzungsgetriebe TwinSpin® und die Aktuatoren DriveSpin® besitzen alle oben aufgeführten Eigenschaften und erfüllen alle Ansprüche, die an die Bewegungssteuerung der PTU-Elevations- und -Azimut Achse gestellt werden. Darüber hinaus besitzen diese Untersetzungsgetriebe im Vergleich zu Wettbewerbsprodukten eine hohe Funktionalität auch bei niedrigeren Temperaturen und haben einen äußerst stoßfreien Lauf auch in der Einstellung der Mikroschritt-Bewegung, d. h. bei niedrigerer Drehgeschwindigkeit von 0,0001°/s. Dies ermöglicht ein stabiles Bild bei langsamer Bewegung des verfolgten Objekts in weiter Entfernung. 

Untersetzungsgetriebe TwinSpin® sind auch in „Hohlwellenversionen“ erhältlich. Es handelt sich um eine Ausführung mit durchgehender Bohrung der Eingangswelle, bei der durch diese Bohrung im Getriebe, das in der Azimut Achse verwendet wird, Kabel zum Antrieb der Elevationsachse und zur Durchführung von elektro-optischen Systemen geführt werden können. 

Die genauen Untersetzungsgetriebe von SPINEA® stellen dank ihrer Eigenschaften die erste Wahl für Konstrukteure beim Entwerfen von PTU-Antriebseinheiten dar. Sie werden von vielen weltweit tätigen Herstellern von PTUs verwendet und in vielen Ländern der Welt eingesetzt.