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Die
Erfindung betrifft eine Waffe mit einem Waffenrohr, das außerhalb
seines Schwerpunktes auf einer bewegbaren Unterlage drehbar gelagert
ist, die von einer Antriebsvorrichtung, die auf der bewegbaren Unterlage
angebracht ist, antreibbar ist, einer an der bewegbaren Unterlage
angreifenden Unwuchtausgleichsvorrichtung, einen Waffenkreisel,
einem Soll-Wertgeber, einer Regeleinrichtung und einem Stellelement,
wobei ein von dem Waffenkreisel lieferbarer Ist-Lagewert des Waffenrohres
an den Sollwertgeber weiterleitbar ist, ein daraus generierter Soll-Kraftwert
an die Regeleinrichtung vom Sollwertgeber weitergebbar ist und ein
daraus generierter Stellwert das ein Stellelement zum Bewegen des Waffenrohres
weitergebbar ist.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Ausrichten und Stabilisieren
einer außerhalb
ihres Schwerpunkts auf einer bewegbaren Unterlage drehbar gelagerten
Waffe.
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Waffen,
die auf einer Unterlage drehbar gelagert sind und mit geregelten
Antrieben auf das Ziel gerichtet werden können, werden zur Optimierung der
Antriebsenergie und Reduzierung von Drehmomentstörungen, die bei bewegter Unterlage
auf die Waffen wirken, vorzugsweise in ihrem Schwerpunkt gelagert.
Damit wird nur für
die Beschleunigung und zum Ausgleich der Lagerreibung Antriebsenergie
benötigt,
wenn die Waffe auf ein Ziel gerichtet werden soll, oder wenn die
Unterlage sich bewegt und die Waffe auf dem Ziel gehalten werden
soll. Diese Waffen umfassen unter anderem ein Waffenrohr mit Hilfe dessen
Geschosse verschossen werden.
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Es
gibt Anwendungen, bei denen die Waffe nicht im Schwerpunkt gelagert
wird. Dabei wird auch für
das Halten der Waffe auf dem Ziel ein Drehmoment benötigt, wofür je nach
Art der Antriebstechnik ebenfalls Energie erforderlich ist, weil
bei der Erzeugung dieses Drehmoments Verlustleistungen entstehen.
Außerdem
muss der Antrieb bei Beschleunigungsvorgängen, die gegen das Drehmoment
der Unwucht gerichtet sind, vom Antrieb gleichzeitig das Unwuchtmoment
und das Beschleunigungsmoment aufgebracht werden. Damit muss bei
bestehender Unwucht die Antriebsvorrichtung so dimensioniert werden,
dass er gleichzeitig die Summe dieser beiden Drehmomente aufbringen
kann. Das bedeutet außerdem
größere Trägheitsmassen
der bewegten Antriebsteile, die ebenfalls beschleunigt werden müssen, was
wiederum mehr Antriebsmoment erforderlich macht.
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Insbesondere
bei elektrischen Antrieben ist zur Aufrechterhaltung eines Drehmomentes
ein elektrischer Strom erforderlich, der im Motor, den Kabeln und
in der Leistungselektronik zu einer Verlustleistung und damit auch
zu einer Wärmeentwicklung führt.
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Wenn
die Spannungsversorgung von einer Fahrzeugbatterie erfolgt, was
bei mobilen Waffenträgern
häufig
der Fall ist, und wenn die Waffe auch bei abgeschaltetem Fahrzeugmotor
bewegt werden soll, wird die Batterie entladen. Das bedeutet, dass
dieser Betrieb nur zeitlich begrenzt möglich ist.
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Es
sind mechanische oder pneumatische Federn bekannt, Teile sogenannter
Unwuchtausgleichsvorrichtungen, welche die Waffe in ihrem Richtbereich
mehr oder weniger gut in der Balance halten können. Die Federn stützen sich
dabei einerseits auf der Unterlage und andererseits auf der Waffe
so ab, dass ein Drehmoment entsteht, welches vorzugsweise gerade
so groß ist,
wie das Drehmoment, welches durch die Unwucht der Waffe entsteht. Solche
mechanische oder pneumatische Federn werden in sogenannten Unwuchtausgleichsvorrichtungen
verwendet. Auch hydraulische Federn sind verwendbar, wobei dabei
diese dann z.B. aus einem Hydraulikzylinder mit pneumatischem Druckspeicher gebildet
sind.
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Bei
unterschiedlichen Winkeln der Unterlage gegenüber der Waffe ändert sich
der unterlagenseitige Anlenkpunkt der Feder, was ein unterschiedliches Drehmoment
auf die Waffe hervorruft. Insbesondere bei sich ständig bewegten
Unterlagen mit einer darauf stabilisierten Waffe, wirkt ein ständig sich änderndes
Drehmoment auf die Waffe, welches Regelabweichungen hervorruft,
die von einem Kreisel eines Stabilisierungsantriebes erst dann erkannt
werden, wenn der Stabilisierungswinkel der Waffe bereits aus der
gewünschten
Lage ausgelenkt wird.
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Pneumatische
Federn können
zwar mit einer sehr flachen Kennlinie konstruiert werden, d.h. die Kraft ändert sich
mit dem Weg der Feder nur wenig, was diesen Einfluss verringert.
Andererseits haben pneumatische Federn, die auch ein kleineres Volumen
haben als die mechanische Feder, eine hohe Reibung, die bei bewegten
Unterlagen und stabilisierter Waffe ebenfalls zu Störmomenten
und einer Verschlechterung des Stabilisierungsergebnisses führt, weil
mit jeder Richtungsänderung
der Bewegung eine Drehmomentänderung
im Ausgleicher, also der ohne Unwuchtausgleichsvorrichtung, entsteht.
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Sowohl
die mechanische Feder als auch die pneumatische Feder müssen mit
einem Mechanismus zwischen Waffe und Unterlage so angekoppelt werden,
dass das auf die Waffe wirkende Drehmoment, dem mit dem Richtwinkel
der Waffe sich ändernden
Unwuchtmoment, zumindest annähernd entspricht.
Dazu sind mehr oder weniger aufwendige Hebel- oder Getriebemechanismen
erforderlich. Das ist vor allem bei sogenannten Federdrehstäben der Fall.
Es wird in der Regel ein Kompromiss angestrebt, bei dem auf die
vollständige
Gleichheit von Unwuchtmoment und Ausgleichsmoment verzichtet wird.
Bei bewegter Unterlage ist die Momentengleichheit sowieso gestört.
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Weiterhin
sind auch Antriebslösungen
bekannt, bei denen zwei miteinander in Wirkverbindung stehende Antriebsvorrichtungen
eingesetzt werden, wobei ein für
die maximale Drehzahl ausgelegter Motor nur dann angesteuert wird,
wenn Drehzahlen erforderlich sind, die der andere für langsame
Drehzahlen konstruierte Motor nicht mehr aufbringen kann. Da der
langsam drehende Motor bei gleichem abgegebenem Drehmoment weniger
Strom benötigt,
wird damit die erforderliche Dauerleistung vermindert. Nachteil
dieser Lösung
ist es, dass die erforderliche Spitzenleistung, die vom Antrieb
abverlangt wird, nicht geringer wird, sondern lediglich die Dauerleistung.
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Aus
der
DE 36 33 375 A1 ist
eine Unwuchtkompensationsvorrichtung für eine Waffe, die außerhalb
ihres Schwerpunkts gelagert ist, bekannt. Zum Ausgleichen des resultierenden
Unwuchtmoments wird eine Federkombination vorgesehen. Es wird der Winkel
eines Waffenträgers
zu einer horizontalen Achse gemessen. Dieser Winkel wird mit η bezeichnet.
Ein Vertikalsensor stellt einen Soll-Wert zur Verfügung. Der
Längenversatz
der Federkombination wird als Ist-Wert einem Regelkreis zugeführt. Dieser Regelkreis
sorgt für
eine Bewegung der Federkombination dergestalt, dass die Waffe wieder
horizontal ausgerichtet wird. Als Messparameter wird somit der Winkelversatz
einer Unterlage zu einem künstlichen Horizont
und die Dehnung der Federkombination gewählt.
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Aus
der französischen
Druckschrift
FR 2491611 ist
eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausrichten einer Waffe bekannt.
Diese Waffe ist jedoch nicht außerhalb
ihres Schwerpunkts gelagert. Eine Kanone
1 ist auf einer
Rohrwiege
2 gelagert, auf der die Zieleinrichtung
3 montiert
ist. Innerhalb der Zieleinrichtung
3 ist der Verschlusskörper
4 auf
acht verschiedenen gleichmäßig verteilten
Feder-Dämpfer-Kombinationen gelagert.
Zwei optoelektronische Messeinrichtungen ermitteln die absolute
Lage der Verschlussvorrichtung
4. Diesbezüglich wird
auch ein kreiselstabilisierter Spiegel in der optoelektronischen Vorrichtung
verwendet. Die optoelektronische Messvorrichtung ermittelt dann
unter Zuhilfenahme von elektronischen Schaltungen auch die in den
Feder-Dämpfer-Elementen
herrschenden Spannungen.
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Die
US-Druckschrift
US 2436379 offenbart eine
Vorrichtung, um den Totgang einer Richtvorrichtung für eine Waffe
zu eliminieren. Diese Druckschrift offenbart auch eine Vorrichtung
zum Verhindern von Schwankungen des Aufsatzes, auf der die Waffe montiert
ist. Dazu wird über
einen Waffenkreisel eine Steuerspannung erzeugt, die auf eine mit
Ventilen versehene Waage wirkt. Je nach Winkellage wird entweder
das eine oder das andere Ventil in dichtenden Eingriffen mit jeweils
einem Drucköl
leitenden Anschluss gebracht. Diese Anschlüsse sind in Fluidkontakt mit Öl, welches
in einem Zylinder beinhaltet ist. In diesem Zylinder ist auch ein
Kolben enthalten, welcher mit der Waffe verbunden ist. Je nach dem, wie
nun die Winkellage des Untergrundes ist, wird entweder das eine
Ventil oder das andere Ventil geöffnet
bzw. geschlossen, so dass Öl
in den einen Teil des Zylinders aus dem anderen Teil des Zylinders
geleitet wird. Ein ähnliches
Prinzip wird auch in der Druckschrift
US
2394021 offenbart.
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Ähnliche
Vorrichtungen sind aus der englischen Zusammenfassung des japanischen
Patents
JP 2000283874 ,
der britischen Druckschrift
GB 2015126
A und der französischen
Druckschrift
FR 2851799 bekannt.
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Aufgabe
dieser Erfindung ist es, ein Antriebskonzept zu entwickeln, welches
die beschriebenen Nachteile aller derzeit bekannten Unwuchtausgleicher
vermeidet.
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Eine
gattungsgemäße Lösung der
Aufgabe wird dadurch gefunden, wenn ein Kraftmesselement umfasst
ist, mittels dessen die von dem Waffenrohr auf die Unwuchtausgleichsvorrichtung
wirkende Kraft messbar ist, und die erhaltene Kraft-Meßgröße in der Regeleinrichtung
zu einer dem Stellelement als Soll-Stellgröße zuführbaren Wert wandelbar ist.
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Eine
gattungsgemäße Lösung der
Aufgabe wird durch die Ansprüche
1 und 9 erreicht.
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In
dem eine mechanische, pneumatische oder eine andere elastische Feder
eingesetzt wird, welche gegen die Unwucht wirkt und bei der kontinuierlich
das Drehmoment, welches die Unwuchtausgleichsvorrichtung auf die
Waffe ausübt
gemessen wird, kann der Messwert, der als elektrische Größe zur Verfügung steht,
mit dem Wert verglichen werden, welcher physikalisch aufgrund der
Schwerkraft ideal zum Ausgleich der Unwucht erforderlich wäre. Dieser
als ideal ermittelte Wert kann sowohl theoretisch wie messtechnisch
ermittelt werden. Ein schnelles präzises Aussteuern der Waffe
ist die Folge.
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Die
Differenz zwischen dem aus ideal ermittelten und dem tatsächlich zwischen
der Waffe und der Unwuchtausgleichsvorrichtung, die eine elastische
Feder aufweisen kann, gemessenen Wert wird als Sollgröße einem
Antriebselement vorgegeben, welches in der Weise mit der Waffe verbunden
ist, das einen Drehmoment aufbringen kann, welches die Differenz
zwischen dem gewünschten
und dem tatsächlich
von der Feder zur Verfügung
gestellten Drehmoment ausgleicht. Dieses Antriebselement ist vorzugsweise
die Antriebsvorrichtung für
die Waffe selbst, wobei das wie oben beschriebene Differenz-Drehmoment
dem für
das Richten und Stabilisieren erforderliche Drehmoment überlagert
wird. Es kann jedoch auch Anwendungsbeispiele geben, bei dem die
Drehmomenterzeugung mit einem separaten Antriebselement als Teil
einer Antriebsvorrichtung vorteilhaft ist.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen werden in den Unteransprüchen beansprucht.
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Besonders
vorteilhaft ist es in einem Ausführungsbeispiel,
wenn das Stellelement in die Antriebsvorrichtung und/oder die Unwuchtausgleichsvorrichtung
integriert ist. Dadurch lassen sich zusätzliche Antriebseinheiten neben
der Antriebsvorrichtung und der Unwuchtausgleichsvorrichtung vermeiden,
wodurch Kosten gespart werden.
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Wenn
die Unwuchtausgleichsvorrichtung ein motorgetriebenes Zahnkettenritzel
umfasst, so lässt sich
auf einfache Art und Weise das Stellelement in die Unwuchtausgleichsvorrichtung
bei nur geringem Kosteneinsatz integrieren. Ein Zahnkettenritzel
ist auch besonders verschleißfest,
was sich positiv auf die Lebensdauer auswirkt.
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Um
eine direkte Bewegung innerhalb der Unwuchtausgleichsvorrichtung
zu erreichen, ist es von Vorteil, wenn in einem Ausgestaltungsbeispiel
die Soll-Stellgröße eine
Bewegung des Zahnkettenritzels bewirkt.
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Damit
man auch etablierte, im Handel einfach zu erstehende Standardelemente
verwenden kann, ist es von Vorteil, wenn die Unwuchtausgleichsvorrichtung
ein elastisches Ausgleichselement umfasst, vorzugsweise eine mechanische
Feder und/oder eine hydraulische Feder und/oder eine pneumatische
Feder. Auch sind Feder-Dämpfer-Kombinationen
denkbar.
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Besonders
kostengünstig
ist es in einem Ausführungsbeispiel,
wenn die mechanische Feder als Stahlfeder ausgeformt ist.
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Wenn
die Unwuchtausgleichsvorrichtung zwei vorzugsweise parallel zueinander
geschaltete Federn umfasst, wobei von dem Kraftmesselement die Kraft
beider Federn ermittelbar ist, so lässt sich ein besonders ausfallsicheres
Ausführungsbeispiel vorteilhafterweise
realisieren.
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In
einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel hat es sich
als positiv herausgestellt, wenn die Antriebsvorrichtung die Unwuchtausgleichsvorrichtung
unterstützt.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Ausrichten und Stabilisieren
einer außerhalb
ihres Schwerpunkts auf einer bewegbaren Unterlage drehbar gelagerten
Waffe mit einem Waffenrohr. Dabei richtet eine Antriebsvorrichtung,
die auf der be wegbaren Unterlage angebracht ist, das Waffenrohr
aus und eine Unwuchtausgleichsvorrichtung gleicht das Unwuchtmoment
des Waffenrohres aus, wobei ein Waffenkreisel die Ist-Lage des Waffenrohres
an einen Soll-Wertgeber leitet, der dann einen Soll-Kraft-Wert zur
Verstellung des Waffenrohres ermittelt und an eine Regeleinrichtung
weiterleitet, wobei ein Kraftmesselement einen Ist-Kraft-Wert an
die Regeleinrichtung weiterleitet, die aus dem Soll- und Ist-Kraft-Werten
eine Soll-Stellgröße ermittelt
und an ein Stellelement weiterleitet, das eine Bewegung ausführt, um
das Waffenrohr auszurichten und zu stabilisieren.
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Vorteilhaft
ist es auch in einer Variante, wenn das Stellelement die Antriebsvorrichtung
und/oder die Unwuchtausgleichsvorrichtung bewegt.
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Wenn
die Antriebsvorrichtung bei der Unterstützung der Unwuchtausgleichsvorrichtung
durch das Stellelement bewegt wird, so ist eine Unterstützungswirkung
die Folge, was die Ausfallsicherheit erhöht.
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Vorteilhaft
ist es auch, wenn das Stellelement ein separates Antriebselement,
vorzugsweise ein Zahnkettenritzen umfasst, das eine Zahnkette der Unwuchtausgleichsvorrichtung
antreibt.
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Wenn
das Stellelement zur Unterstützung der
Unwuchtausgleichsvorrichtung einen Drehmomentregelkreis umfasst,
bei dem das abgegebene Drehmoment gemessen wird und in einem Regelkreis
geregelt wird, so kann in dieser vorteilhaften Ausgestaltungsform
ein vorteilhafter geschlossener Regelkreis erreicht werden.
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Vorteilhaft
ist auch, wenn der Soll-Kraft-Wert für die Ausgleichskraft von einer
absoluten inertialen Geschwindigkeit der Waffe, also insbesondere
des Waffenrohres, abgeleitet wird.
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Es
ist auch von Vorteil, wenn der Soll-Kraft-Wert aus der absoluten
inertialen Geschwindigkeit der Waffe, also insbesondere des Waffenrohres,
und der relativen Lage der Waffe, also insbesondere des Waffenrohres,
in Bezug auf die bewegte Unterlage abgeleitet wird.
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Ebenso
ist es von Vorteil, wenn der Soll-Kraft-Wert aus der absoluten inertialen
Geschwindigkeit der Waffe und von der inertialen Position der Waffe,
also insbesondere des Waffenrohres, abgeleitet wird.
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Im
Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele
anhand einer Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Waffe nach einem ersten
Ausführungsbeispiel;
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2 eine
schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Waffe;
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3 ein
Diagramm mit dem Drehmoment auf der einen Achse und dem Richtwinkel
der Waffe auf der anderen Achse;
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4 die
direkte Messung des tatsächlich an
der Waffe von einer Feder ausgeübten
Drehmoments mit einem Kraftmesselement in Form einer Kraftmessdose
und
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5 eine
schematische Darstellung der Steuer- und/oder Regelanordnung.
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Die 1 zeigt
eine Waffe mit einem Waffenrohr 1, welche in einem Drehlager 4 auf
einer bewegten Unterlage 2 gelagert ist. Die Antriebsvorrichtung 3 mit
einem Antriebsmotor steht über
die Antriebsräder 5 und 5' eines Getriebes
mit dem Waffenrohr 1 in mechanischer Verbindung. Das nicht
im Schwerpunkt gelagerte Waffenrohr 1 ist mit einer Feder 6 verbunden,
welche auf das Waffenrohr 1 einen Drehmoment ausübt, welches
gegen das Drehmoment gerichtet ist, welche die Schwerkraft auf das
Waffenrohr ausübt.
Die Feder ist einerseits mit der Unterlage 2 verbunden
und andererseits mit dem Waffenrohr 1.
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Die
Wirkung der Federkraft auf das Waffenrohr wird mit einem Kraftmesselement 7 gemessen, welches
einer Regeleinrichtung 10, etwa einem elektronischen Regler,
zur Verfügung
gestellt wird.
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Ein
Ist-Kraftwert 8 aus dieser Messung wird in dieser Regeleinrichtung 10 mit
einem vorhandenen Sollkraftwert 11 verglichen, welcher
in einem elektronischen Sollwertgeber 12 gebildet wird.
Der Sollwert für
diese Messung in Abhängigkeit
des jeweiligen Richtwinkels der Waffenlage kann vorzugsweise ermittelt
werden, indem man den Ist-Kraftwert 8 ermittelt, welche
das Waffenrohr in jeder Lage in Ihrer Ruhelage hält. Zur Ermittlung dieser Kraft
wird vorzugsweise die Verbindung der Antriebsvorrichtung mit dem
Getriebe aufgehoben, um Störmomente
die durch Reibung der Antriebsvorrichtung hervorgerufen werden,
zu eliminieren sind. Da gemäß Definition
der Aufgabenstellung die Unterlage sich in der Drehachse der Waffe
bewegen kann, wird sich die Kraft der Feder nicht nur mit der Bewegung
des Waffenrohres ändern,
sondern auch wenn sich die Unterlage bewegt. Um eine von der Unterlage
unabhängige
und nur vom so genannten inertialen Richtwinkel der Waffe abhängigen Soll-Kraftwert zu erhalten, wird
die Lage der Waffe von einem Waffenkreisel 13 abgeleitet.
Ein Ist-Lagewert 14 wird dem Sollwertgeber 12 zur
Verfügung
gestellt, der den Soll-Kraftwert somit unabhängig von der Lage der Unterlage 2 ermittelt.
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Da
Kreiselsignale in der Regel eine Drift aufweisen und nur Bewegungsänderungen
und nicht absolute Bewegungen messen, kann auch die Winkelposition
zwischen Waffe und Unterlage gemessen werden um die Drift abgleichen
zu können
und beim Einschalten einen absoluten Bezug zwischen Waffenrohr 1 und
Unterlage 2 herzustellen. Der Driftabgleich und die Erzeugung
der Anfangsbedingung für den
Soll-Kraftwert 11 sind
in der 1 nicht dargestellt, da das zum Stand der Technik
zu zählen
ist.
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In
der Regeleinrichtung 10, etwa als elektronischer Regler
ausgebildet, kann somit die Differenz 15 der gewünschten
Kraft des Ausgleichers mit der tatsächlich gemessenen Kraft ermittelt
werden. Diese Differenz wird nunmehr dem Antriebselement als Sollgröße zur Verfügung gestellt.
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An
einer Summierstelle 16 wird diese Sollgröße für das Drehmoment
den anderen Sollgrößen, also
zum Beispiel Soll-Lagewert, Soll-Kraftwert etc. für das Drehmoment,
welche aus der Antriebs- und Stabilisierungsregelung abgeleitet
sind, überlagert.
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Vorzugsweise
wird ein Motorstrom damit so geregelt, dass das durch diesen Strom
an der Waffe hervorgerufene Drehmoment und das von der Unwuchtausgleichsvorrichtung
an der Waffe erzeugte Drehmoment in der Summe ein Gleichgewicht
mit dem tatsächlichen
Unwuchtsmoment des Waffenlagers herstellt.
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Vorteilhafterweise
kann das Antriebselement auch mit einem inneren Drehmomentregelkreis
ausgestattet sein, der hier nicht dargestellt ist. Ist dieser vorhanden,
kann die Sollgröße aus der
Differenz 15 diesem Drehmomentregelkreis als Stellgröße vorgegeben
werden. Der Vorteil ist, dass das gewünschte Ausgleichsmoment dann
noch schneller an der Waffe zur Verfügung steht, als wenn man nur
den für
das Drehmoment erforderlichen Strom in den Motor einprägt. Wie
groß dieser
Vorteil ist, hängt
jedoch lediglich von der dynamischen Eigenschaft des Antriebes ab.
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Stellvertretend
für die äußeren Regelkreise, welche
für das
Richten der Waffe, und damit des Waffenrohres 1, und die
Regelung der Stabilisierung verantwortlich sind, ist ein Verstärker 9 dargestellt,
der je nach Aufbau der Reglerstruktur unterschiedliche Messsignale
verarbeitet, und über
eine Leitung 17 weiterleitet. Es ist allerdings z.B. nicht
von Bedeutung, ob die Regelung der Position der Waffe von einem
auf der Waffe, insbesondere dem Waffenrohr 1, befestigten
Kreisel oder einem anderen Messgeber abgeleitet ist oder ob die
Waffe, als auch das Waffenrohr 1, einem bereits stabilisierten,
führenden
Gerät, z.B.
einer stabilisierten Optik, nachgeführt wird. Auch ist es nicht
von Bedeutung, wie viele und mit wie vielen und mit welchen Messgrößen die
Regelung des Richtwinkels erfolgt und wie dieser Regelkreis aufgebaut
und eingestellt ist.
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In 2 ist
eine weitere Möglichkeit
dargestellt, wie das Antriebssystem gemäß der Erfindung realisiert
werden kann. Das Kraftmesselement 7 ist dabei zwischen
der Waffe und dem elastischen Ausgleicher befestigt. Der elastische
Ausgleicher ist am anderen Ende z.B. über eine Zahnkette 18 mit
der Unterlage 2 verbunden. Zwischen der Zahnkette und der
unterlagenseitigen Befestigung der Zahnkette befindet sich ein mit
der Zahnkette im Eingriff stehendes Zahnkettenritzel 19 welches
mit einer getrennten Antriebseinheit (nicht dargestellt) verbunden
ist.
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Das
im vorhergehenden Beispiel beschriebene Differenzsignal 15 zwischen
der tatsächlichen und
der gewünschten
Ausgleichskraft wird nunmehr als Sollwertsignal für den Strom
oder Drehmomenten Regelkreis der Antriebseinheit, die ein Ritzel,
etwa ein Zahnkettenritzel 19 antreibt, angeboten. Damit wird
bei geeigneter Dimensionierung der Antriebseinheit und bei geeigneter
Signalverarbeitung erreicht, dass hier wiederum die Summe des Drehmomentes auf
das Waffenrohr 1, welche gemeinsam von der Feder und von
der Antriebseinheit hervorgerufen wird, mit dem Unwuchtmoment in
einem gewünschten Verhältnis steht.
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3 zeigt
ein Diagram mit einer Achse 20 für ein Drehmoment und einer
Achse 21 für
den Richtwinkel des Waffenrohres. Ein Verlauf 22 zeigt die
Veränderung
des Unwuchtmomentes des Waffenrohres mit dem inertialen Richtwinkel.
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Linien 23 und 24 zeigen
die mögliche
Drehmoment Wirkung auf Waffenrohr einer möglichen hysteresebehafteten
Feder, die entgegen der Unwucht gerichtet sein soll, wobei 23 das
Drehmoment beim zusammendrücken
der Feder ist und 24 das Moment beim Auseinanderziehen
der Feder darstellen soll. Wenn es sich bei der Feder z.B. um eine Gasfeder
handelt, werden sich beide Verlaufskurven 23 und 24 auch
mit der Temperatur des Gases verändern.
Außerdem
wird der Verlauf sich auch mit dem Winkel der Unterlage verändern, weil
sich dann die Feder verkürzt
oder verlängert.
Zudem tritt viskose Reibung beim Ein- oder Ausfahren der Feder auf.
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Das
tatsächlich
an der Waffe von der Feder ausgeübte
Drehmoment kann direkt gemessen werden wenn, z.B. eine Messeinrichtung
verwendet wird, welche in 4 dargestellt
ist.
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Das
Kraftmesselement 7, etwa in Form einer Kraftmessdose, ist
dabei in einem festen Winkel mit einem festen Abstand zum Drehpunkt 4 an
der Waffe, insbesondere dem Waffenrohr 1, befestigt. Ein
Angriffspunkt 25 der Feder befindet sich auf einer Wippe 26,
welche sich einerseits auf der Messdose abstützt und andererseits an der
Waffe drehend gelagert ist. Damit ist sichergestellt, dass das von
der Feder auf das Waffenrohr ausgeübte Drehmoment immer in einem
festen Verhältnis
mit der an der Messdose gemessenen Kraft steht, unabhängig von
der Richtung mit der die Feder an der Wippe 26 angreift.
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Damit
kann zu jedem Zeitpunkt und bei jedem Winkel des Waffenrohres 1 die
Differenz des tatsächlichen
Unwuchtmomentes der Waffe und das an der Waffe angreifende Federmoment
ermittelt werden. Diese Differenz wird dann dem oben beschriebenen
Antriebselement als Sollwert angeboten.
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In 5 ist
eine Möglichkeit
dargestellt, wie ein Sollwert (siehe auch Differenz 15 in 1 und 2)
für die
Steuerung eines Drehmomentes vorteilhafterweise gebildet werden
kann. Ein absolutes Winkelsignal 34 wird zwischen Wafferohr
und Unterlage z.B. von einem Encoder gemessen. Alternativ kann auch
ein inertialer Positionswert verwendet werden. Von diesem Signal
werden alle Anteile oberhalb einer vorgegebenen Frequenz elektronisch
im Block 35 heraus gefiltert. Im Grenzfalle wird nur ein Gleichanteil 27,
auch DC-Anteil genannt, dieses Signals weitergeleitet.
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Vom
Ist-Lagewert 14 andererseits wird in einem Block 28 ein
zur Lage integrierter AC Anteil 32 gebildet, (d.h. die
niederfrequenten Anteile z.B. die Drift wird heraus gefiltert).
Eine Summe 36 von DC Signal 27 aus dem Encoder
und dem AC Signal 32 vom Kreisel bildet ein Winkelsignal 29 welches
einen Block 30 in aus einer von diesem Signal abhängenden
(Winkel abhängigen)
Kennlinie 31 das gewünschte
Drehmomentsignal 36 für
den Ausgleicher bildet. Dieser Wert wiederum wird nun mit dem von dem
Kraftmesselement 7 in Form der Messdose gemessenen Drehmoment
in einem elektrischen Regler 10, etwa einer Schaltung,
verglichen und als Sollwert oder Differenz 15 dem oben
beschriebenen Antriebselement angeboten.
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Der
Vorteil dieses Antriebskonzeptes, bei dem eine elastische Feder
zusammen mit der beschriebenen Kraftmessung und Steuerung eines
Antriebsdrehmomentes über
einen Strom- oder Kraftregelkreis immer eine gewünschte Ausgleichskraft auf eine
Waffe ausübt,
kann wie folgt zusammengefasst werden:
Wird als elastische
Feder ein pneumatischer Zylinder gewählt, muss davon ausgegangen
werden, dass die Feder über
eine ausgeprägte
Krafthysterese verfügt, d.h. beim
Zusammenpressen der Feder gibt diese eine andere Kraft ab als beim
Entspannen. Diese Eigenschaft macht die pneumatische Feder als Ausgleicher
für dynamische
Systeme, bei dem z.B. das Waffenrohr in ihrer Lage auch bei bewegter
Unterlage inertial stabilisiert werden soll, ohne die hier beschriebene
Erfindung, ungeeignet. Die Störmomente,
die durch die Kraftänderungen
bei Änderung
der Bewegungsrichtung hervorgerufen werden, sind zu groß. Mit der
beschriebenen Regelung der Differenzkraft kann dieser Nachteil ausgeglichen
werden.
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Zusätzlich gilt,
dass bei allen elastischen Federn bei einer Bewegung der Unterlage
ohne die hier beschriebene Regelung eine Änderung der Ausgleichkraft
hervorgerufen wird, wenn sich die Unterlage in Richtung der Waffenlage
bewegt. Mit der beschriebenen Regelung wird das ausgeglichen, wenn als
Maß für die Waffenlage
die absolute inertiale Lage der Waffe, d.h. das Waffenrohr 1,
und nicht die relativ zur Unterlage herangezogen wird. Diese absolute
Lage des Waffenrohres kann von dem bei Stabilisierung des Waffenrohres
sowieso vorhandenen Waffenkreisel abgeleitet werden.
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Ein
weiterer Nachteil aller elastischen Federn ohne die beschriebene
Regelung ist es, dass sie je nach Konstruktion eine aufwändige kinematische Anlenkung
zwischen Waffenrohr und Unterlage benötigen, wenn sie das mit dem
Winkel sich ändernde Unwuchtmoment
in allen Lagen des Richtwinkels gut ausgleichen sollen. Bei den
meisten in der Praxis ausgeführten
Ausgleichern ändert
sich das Drehmoment, welches die Unwuchtausgleichsvorrichtung an dem
Waffenrohr 1 kompensiert, nach einem anderen Gesetz als
das Unwuchtmoment des Waffenrohres wenn der Richtwinkel sich verändert. Eine
mit dem Richtwinkel sich verändernde
Stellkraft, welche sich nicht identisch gegensinnig mit dem Unwuchtmoment
verändert,
bildet jedoch zusammen mit der trägen Masse der Waffe ein schwingungsfähiges System,
welches die Regelung der inertialen Lage der Waffe stören kann,
wenn eine Anregung in der Resonanzfrequenz erfolgt, was bei bewegter
Unterlage der Fall sein kann.
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Mit
der gemäss
dieser Erfindung ausgeführten
Kraftmessung und Steuerung kann verhindert werden, dass die Träge Masse
auf der Feder schwingt, wenn die Ausgleichskraft des Ausgleichers so
geregelt wird, dass bei einer Lageänderung der Waffe ein Gleichgewicht
mit der Unwucht entsteht. Damit ist auch dieser Nachteil von Federausgleichern
ausgeschlossen.
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Bei
bekannten sogenannten elektrischen Ausgleichern, bei dem zwei Motoren
so geregelt werden, dass bei niederen Drehzahlen ein dafür geeigneter
Motor nur eine geringere elektrische Leistung benötigt, muss
dennoch ein anderer die volle Spitzenleistung abgeben können. Diese
Spitzenleistung errechnet sich aus dem Unwuchtmoment und der maximal
erforderlichen Richt- oder Kompensationsgeschwindigkeit bei Bewegung
der Unterlage. Bei einem elastischen Ausgleicher mit der beschriebenen Regelung
wird auch das Spitzenmoment je nach Auslegung des Ausgleichers deutlich
heruntergesetzt. Eine Kombination zwischen dem elektrischen Ausgleicher
und dem hier beschriebenen gesteuerten Federausgleicher ist jedoch
vorteilhafterweise möglich,
vor allem wenn das elektrische Antriebssystem über einen elektrischen Notbetrieb
verfügen
soll.