DE102011106200A1

DE102011106200A1 - Schlagbolzensicherung

Info

Publication number: DE102011106200A1
Application number: DE102011106200A
Authority: DE
Inventors: Roman Widmer; Dominic Brunner; Michael Gerber
Original assignee: Rheinmetall Air Defence AG
Current assignee: Rheinmetall Air Defence AG
Priority date: 2011-06-07
Filing date: 2011-06-07
Publication date: 2012-12-13
Anticipated expiration: 2031-06-08
Also published as: TW201319512A; JP6092852B2; DE102011106200B4; WO2012168182A3; RU2571482C2; WO2012168182A2; CN103688129A; SA112330602B1; BR112013031554A2; ZA201309689B; US8978283B2; RU2013157382A; JP2014519010A; KR101652154B1; TWI494534B; KR20140043405A; EP2718655A2; US20140144057A1; UA109059C2; CN103688129B

Abstract

Vorgeschlagen wird eine fernbedienbare Schlagbolzensicherung (1). Hierbei wird zu einer mechanischen Schlagbolzensicherung (2) eine weitere elektrisch fernbedienbare Sicherungseinrichtung (3) hinzugefügt, wobei der Grundsatz gilt, dass eine Schussabg12) sowohl lokal mechanisch wie auch elektrisch über die Fernbedienung entsichert ist. Als elektrische Schlagbolzensicherung (3) wird ein elektrischer Aktuator (18) in die mechanische Schlagbolzensicherung (2) eingebunden.

Description

Die Erfindung beschäftigt sich mit einer fernbedienbaren Schlagbolzensicherung. Hierbei wird zu einer mechanischen Schlagbolzensicherung eine weitere elektrisch fernbedienbare Sicherungseinrichtung hinzugefügt, wobei der Grundsatz gilt, dass eine Schussabgabe erst dann möglich ist, wenn der Schlagbolzen sowohl lokal mechanisch wie auch elektrisch über die Fernbedienung entsichert ist.
Für die Anzündung der Munition in Rohrwaffen werden vielfach mechanisch betätigte Schlagbolzen verwendet. Diese Schlagbolzen werden gegen eine Spannfeder gespannt, zur Schussabgabe freigegeben, wobei der Schlagbolzen in den Ladungsraum der Rohrwaffe eindringt. Mit der Übertragung der kinetischen Energie des Schlagbolzens auf die dort befindliche Munition wird deren Zündladung angezündet. Anschliessend wird der Schlagbolzen durch eine Rückstellfeder wieder in eine sichere Position gebracht.
Sofern die Rohrwaffe geladen ist, befindet sich in der Patronenkammer vor dem Schlagbolzen eins abschussbereite Patrons. Damit befindet sich die Waffe in einen kritischen Zustand und die Waffe muss gegen ein unbeabsichtigtes oder zufälliges Abfeuern gesichert werden.
Dazu sind mechanische Schlagbolzensicherungen grundsätzlich bekannt. So weisen Waffen mit mechanischer Zündung üblicherweise ein Sicherungselement auf, welches den letzten Aktuator (also den Schlagbolzen) mechanisch sichert. Diese Schlagbolzensicherung wird normalerweise durch einen Bediener manuell lokal am Geschütz bedient. Ein Drück-Dreh-Griff steuert dabei üblicherweise einen Bowdenzug, der eine Kolbenstange bewegt, an deren Ende die Schlagbolzensicherung befestigt ist, wodurch die Schlagbolzensicherung entweder sichert oder entsichert.
Für unbemannte Geschütze ist diese Art der Sicherung üblicherweise nicht möglich, da ein Bediener entweder gar nicht zur Verfügung steht oder aber ein relativ grosser zeitlicher und/oder logistischer Aufwand betrieben werden muss, die manuelle Entsicherung vornehmen zu können.
Eine rein fernbediente Schlagbolzensicherung ist für fernbedienbare Geschütze ist nicht gewollt und hat den Nachteil, dass sie von einer von der Waffe entfernt liegenden Waffensteuereinheit entsichert werden könnte, wenn Personal an der Waffe/am Geschütz hantiert, wodurch eine Gefährdung für dieses Personal entstehen würde. Dabei sind eine Reihe von Funktionen am Geschütz aufgrund der geltenden Sicherheitsdoktrin nur zulässig, sofern des Geschütz In einem gesicherten Zustand sich befindet; dazu gehören etwa das Laden, das Entladen oder die Einrichtkontrolle.
Aus der DE 10 2006 037 306 B4 ist eine Vorrichtung zum Auslösen einer Schlagbolzens bekannt. Die Sicherung wird durch einen Querriegel im Verschluss realisiert, der den Schlagbolzen in einer gespannten Position hält, In diesen Querriegel greift ein Sicherungsstift, der von diesem weggedrückt wird, wenn der Verschluss mit dem Waffenrohr funktional verbunden wird.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Schlagbolzensicherung aufzuzeigen, die für ein insbesondere unbemanntes Geschütz eingesetzt werden kann.
Der grundlegende Lösungsansatz besteht darin, zu einer mechanischen Schlagbolzensicherung eine weitere elektrisch fernbedienbare Sicherungseinrichtung hinzuzufügen, wobei der Grundsatz gilt, dass eine Schussabgabe erst dann möglich ist, wenn der Schlagbolzen sowohl lokal mechanisch wie auch elektrisch über die Fernbedienung entsichert ist. Die Waffe wird nur dann in einen Zustand „entsichert” – also bereit zur Schussabgabe mit freigegebenem Schlagbolzen – überführt, wenn die Waffe sowohl ferngesteuert entsichert als auch mechanisch am Geschütz entsichert worden ist. Zur Entsicherung der Waffe ist die Reihenfolge der beiden (Teil-)Entsicherungen bellebig.
Dazu wird beispielsweise der bekannte Bowdenzug der mechanischen Entsicherung in einer Führungsstange verlängert, welche eine U-förmige Ausbuchtung trägt. Die Führungsstange greift in eine Öffnung am unteren Ende des Kolbens zur Schlagbolzensicherung formschlüssig ein. Eine elektrisch betriebene Motor/Getriebeeinheit lässt über zwei Stirnräder die Führungsstange einen vorbestimmten Winkel um ihre Achse rotieren. Dabei wird der Bowdenzug von der manuellen Sicherung vor Ort bedient wohingegen der Motor zur ferngesteuerten Entsicherung gehört.
Die Funktionsweise dieser doppelten Sicherung ist nun wie folgt: Ist die Waffe manuell gesichert, so befindet sich der Teil der Führungsstange innerhalb der Öffnung am unteren Ende des Kolbens, welche nicht U-förmig ausgebogen ist. Sofern im manuell gesicherten Zustand über die ferngesteuerte Einheit eine Entsicherung vorgenommen werden soll, rotiert die Führungsstange in der Öffnung, ohne jedoch den Kolben nach oben in die den Schlagbolzen freigebende Position zu heben. Die Waffe bleibt gesichert. Erst durch die manuelle Entsicherung wird die Führungsstange durch den Bowdenzug mit ihrer U-förmigen Ausbuchtung in die Öffnung des Kolbens gezogen, wodurch der Kolben angehoben und die Waffe entsichert wird.
Ist die Waffe ferngesteuert gesichert, so ist der Wickel der Führungsstange derart, dass der Kolben nicht angehoben werden kann – unabhängig davon, ob die Waffe manuell gesichert oder aber entsichert ist.
Die Führungsstange stellt eine formschlüssige mechanische Verbindung zwischen dem Bowdenzug und der Schlagbolzensicherung her. Durch diese Zwangsführung zwischen Bowdenzug und Kolben wird die Möglichkeit ausgeschlossen, dass der Kolben verklemmt ist, obwohl die Kanone mechanisch gesichert wurde bzw. der Bowdenzug angezogen wurde. Wiederum ist eine Schussabgabe erst dann möglich, wenn der Schlagbolzen sowohl lokal mechanisch, wie auch elektrisch über die Fernbedienung, die den Aktuator ansteuert, entsichert ist.
Eine Führungsstange gibt die Position des Kolbens eindeutig vor. Damit der Kolben in die entsicherte Position gebracht werden kann, müssen zwei Bedingungen erfüllt sein:

1. Die Führungsstange muss angezogen sein, sodass der exzentrische Teil unterhalb des Kolbens liegt (lokale Entsicherung).
2. Der exzentrische Teil der Führungsstange muss nach oben zeigen (ferngesteuerte Entsicherung).

Das lokale Entsichern geschieht über den Bowdenzug. Ferngesteuert entsichert wird indem der Motor die Exzenterwelle über ein Planetengetriebe und über zwei Stirnräder um einen geeigneten Winkel dreht.
Die dargestellte Ausführungsform ist auch besonders sicher ausgelegt. Fällt die Klemmspannung am Motor ab, sei es durch ein gewolltes Steuersignal oder wegen eines Stromausfalls, so wird die Führungsstange/Exzenterwelle automatisch durch zwei vorgespannte Torsionsfedern in die ursprüngliche Position gebracht (fail-safe). Falls eine Torsionsfeder bricht, so reicht die Verspannung der anderen aus, um die Kanone zu sichern. Jedoch muss das Versagen der Torsionsfeder feststellbar sein, damit diese ersetzt werden kann. Reisst der Bowdenzug, so wird die Führungsstange durch die Druckfeder nach vorne geschoben und die Kanone wird gesichert.
In Weiterführung der Idee bietet die fernbedienbare Schlagbolzensicherung auch Eingänge für andere, am Geschütz bereits vorhandene Sicherheitssignale (z. B. Not-Halt, Not-Aus, Fire-Enable, Man-Aloft, etc). Dadurch wird erreicht, dass die Sicherheit auch erstellt wird, falls das Betätigen des lokalen Stellelementes zur Unterbindung des ferngesteuerten Entsicherns vergessen geht. Gleichzeitig wird jede sicherheitsrelevante Funktion redundant ausgelegt, etwa um Fehler durch Kriechströme zu erkennen.
Die Endpositionen der Schlagbolzensicherung werden vorzugsweise mit Sensoren erfasst (gesichert, entsichert). Werden nun die Eingangssignale der fernbedienbaren Schlagbolzensicherung ebenfalls erfasst, kann mit einer einfachen Logik (Software oder analog) des korrekte Funktionieren der Schlagbolzensicherung überwacht werden, womit wieder eine Gefährdung ausgeschlossen werden kann.
Alternativ kann die U-förmig gebogene Führungsstange durch eine Exzenterwelle ersetzt werden, gegen die der Kolben per Federkraft gedrückt wird. Eine Exzenterwelle gibt die Position des Kolbens vor. Damit der Kolben in die entsicherte Position gebracht werden kann, müssen zwei Bedingungen erfüllt sein:

1. Der Bowdenzug muss angezogen sein, damit der Exzenter unterhalb des Kolbens liegt (lokale Entsicherung).
2. Der exzentrische Teil der Exzenterwelle muss nach oben zeigen (ferngesteuerte Entsicherung).

Des manuelle, lokale Entsichern erfolgt über den Bowdenzug. Ferngesteuert entsichert wird, Indem der Motor die Exzenterwelle über ein Planetengetriebe und über zwei Stirnräder um einen geeigneten Winkel dreht. Fällt die Klemmspannung am Motor ab, sei es durch ein gewolltes Steuersignal oder wegen eines Stromausfalls, so wird die Exzenterwelle automatisch durch zwei vorgespannte Torsionsfedern in die ursprüngliche Position gebracht (fail-safe).
Folgende Sicherheiten sorgen dafür, dass die Kanone gesichert wird im Falls eines Versagens eines Bauteils. Falls eine Torsionsfeder bricht, so reicht die Vorspannung der anderen aus, um die Kanone zu sichern. Jedoch muss das Versagen der Torsionsfeder rechtzeitig feststellbar sein, damit diese ersetzt werden kann. Reisst der Bowdenzug, so wird die Exzenterwelle durch die Druckfeder nach vorne geschoben und die Kanone wird gesichert.
Die Exzenterwelle besteht aus drei Abschnitten:
In einem ersten Abschnitt liegt der Exzenter. Der Radius nimmt linear mit dem Winkel zu (Archimedische Spirale); dabei entspricht die Differenz der Radien dem Hub des Kolbens, Aus Platzgründen kann die Welle so gelagert werden, dass sie auf einer Achse aufliegt. Hierfür ist am einen Ende der Welle eine Bohrung angebracht.
In einem zweiten Abschnitt der Welle ist der Radius konstant. Es kann nur entweder der erste oder zweite Abschnitt unterhalb des Kolbens liegen, Des axiale Spiel ist durch die Lagerung begrenzt. Damit jedoch die Welle stationär nur zwei Positionen einnehmen kann, muss der Bowdenzug wie bis anhin eingerastet werden, sonst wird die Exzenterwelle von der Druckfeder in die Ausgangslage gebracht.
Im dritten Abschnitt wird die Welle gelagert, das Moment vom Motor wird hier übertragen und die Federkräfte greifen hier an.
Damit die Bolzensicherung mechanisch entsichert werden kann, auch wenn die Kanone per Fernbedienung schon entsichert wurde, ist zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt ein Flansch angebracht. Wiederum aus Platzgründen und da die Exzenterwelle nahe an die Wiege herankommt, darf die Steigung des Flansches nicht zu klein sein, ansonsten wird die Exzenterwelle zu lang. Jedoch kann eine zu grosse Steigung des Flansches dazu führen, dass die Kanone nur mit einem erheblichen Kraftaufwand manuell entsichert werden kann. Der axiale Schaltweg der Exzenterwelle muss dafür geeignet gewählt werden.
Die Schlagbolzensicherung eines Geschützes ist ferngesteuert entsicherbar: Dadurch kann das einsatzbereite Geschütz (also manuell entsichert) bis kurz vor dem Einsatz gesichert werden, wodurch die Sicherheit generell erhöht wird. Zudem wird die Sicherheit für lokale Arbeiten am Geschütz gewährleistet (manuelle Sicherung vor Ort). Die korrekte Funktion der Sicherung ist bei Bedarf automatisch und manuell testbar. Die Waffe erreicht eine zusätzliche Sicherheitsstufe, was den gleichzeitig gestellten Anforderungen an Sicherheit und Bedienbarkeit der Truppe somit genügt.
Anhand eines Ausführungsbeispiels mit Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigt.
1 eine Darstellung eines Einbaus eines Schalgbolzens und einer Sicherung,
2 eine kombinierte Schlagbolzensicherung,
3 eine Darstellung der Verschaltung der elektrischen Schlagbolzensicherung,
4 eine weitere Ausführungsform der kombinierten Schlagbolzensicherung.
1 zeigt eine Einbaulage eines Schlagbolzens 12 und einer Schalgbolzensicherung 11, wie sie nach dem Stand der Technik bekannt ist. Der Schlagbolzen 12 ist hierbei in Verlängerungen der Rohrachse 14 so positionier, dass dieser vor einem Zündhüttchen 8 einer Patrone 9 innerhalb eines Bodenstücks 10 platziert ist. Der Schlagbolzen 12 ist in Rohrachsenrichtung beweglich gelagert und wird durch die Schlagbolzensicherun 11 gesichert. Dabei greift die Schlagbolzensicherung mit einer Öffnung in den hinteren Teil des Schlagbolzens 12 ein. Über eine Kolbenstange 13 ist die Schlagbolzensicherung 11 in der Höhe verstellbar. Wird die Schlagbolzensicherung 11 durch die Kolbenstange 13 verstellt, gibt sie den Schlagbolzen 12 frei. Die Kolbenstange 13 ist ihrerseits Bestandteil eines Klobens 14 und wird durch den Kolben 14 gegen eine nicht näher dargestellte Feder bewegt.
2 zeigt eine erste Variante einer erfinderischen, also kombinierten Schlagbolzensicherung 1, die in etwa an einer in 1 mit A gekennzeichneten Stelle eingebunden werden kann. Der Kolben 14 einer mechanischen Schlagbolzensicherung 2 besitzt an seinem unteren Ende 14a eine Öffnung 14b, durch die eine U-förmig gebogene Führungsstange 16 geführt wird. Die Stange 16 ist entlang ihrer axialen Richtung beweglich gelagert und kann über einen Bowdenzug 16a, der zur manuellen Sicherungsvorrichtung 2 gehört, gegen eine Druckfeder 17 axial verschoben werden. Eine elektrisch betriebene Motor/Getriebeeinheit 18 als Teil einer elektrischen (fernbedienbaren) Schlagbolzensicherung 3 treibt über zwei Stirnräder 19, 20 die Führungsstange 16 der mechanischen Schlagbolzensicherung 2 an und versetzt diese gegen die Vorspannung einer Torsionsfeder 21 in Rotation. Befindet sich die Führungsstange 16 in einer axialen Position, bei der die U-förmige Ausbiegung Innerhalb der Öffnung des Kolbens 14 liegt, kann bei durch die ferngesteuerte Motor/Getriebeeinheit 18 erzeugte Rotation der Führungsstange 16 der Kolben 14 angehoben und der Schlagbolzen 12 entsichert werden.
Die elektrische Verschaltung erfolgt im einfachsten Fall (2) über das Signal der Fernsteuerung (Release Safety Catch) sowie einem Signal der manuellen Entsicherung über ein lokales Stellelement (Inhibit Safety Catch Release). Beide Signals werden über einen UND-Komparator (6) geführt, welche ein Steuersignal an den Aktuator der fernbedienbaren Schlagbolzensicherung übermittelt, wodurch schliesslich die Waffe entsichert wird. Zur Erhöhung der Ausfallsicherheit sind in einer weiteren Ausführungsform Leitungen und der UND-Komparator doppelt ausgeführt; beide Ausgangssignale der Komperatoren werden wiederum verglichen, bevor der Aktuator ausgelöst wird. In einer weiteren Ausführungsform werden zusätzliche Signale vor dem Auslösen des Aktuators abgefragt, so z. B. ein manueller Sicherheitsschalter (MAS, man aloft switch) oder ein Nothalt (Emergency Stop).
3 gibt eine Variante dar kombinierten Schalgbolzensicherung 15 wieder. Der Kolben 14 wird durch eine Feder (nicht dargestellt) auf eine Exzenterwelle 26 gedrückt. Die Exzenterwelle 26 ist entlang ihrer axialen Richtung beweglich gelagert und kann über einen Bowdenzug 26a, der zur manuellen Sicherungsvorrichtung gehört, gegen die Druckfeder 17 axial verschoben werden. Eine elektrisch betriebene Motor/Getriebeeinheit 18 treibt über zwei Stirnräder 19, 20 die Exzenterwelle 26 an und versetzt diese gegen die Vorspannung der Torsionsfeder 21 in Rotation. Befindet sich die Exzenterwelle 26 in einer axialen Position, bei der Ihr Radius sich in Bezug auf den Kolben 14 konstant ist (manuell gesichert), so kann bei durch die ferngesteuerte Motor/Getriebeeinhelt 18 erzeugte Rotation der Exzenterwelle 26 der Kolben 14 nicht angehoben werden und der Schlagbolzen nicht entsichert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006037306 B4 [0007]

Claims

Schlagbolzensicherung (1, 15) für einen Schlagbolzen eines insbesondere unbemannten Geschützes, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Aktuator (18) als elektrische Schlagbolzensicherung (3) in eine mechanische Schlagbolzensicherung (2) eingebunden ist.
Schlagbolzensicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Schlagbolzensicherung (2) aus einem Kolben (14) besteht, der an seinem unteren Ende (14a) eine Öffnung (14b) aufweist, durch die eine U-förmig gebogene Führungsstange (16) geführt ist, wobei die Führungsstange (16) entlang ihrer axialen Richtung beweglich gelagert ist.
Schlagbolzensicherung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstange (16) ist und über einen Bowdenzug (16a) gegen eine Druckfeder (17) axial verschoben werden kann.
Schlagbolzensicherung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch betriebene Motor (18) über zwei Stirnräder (19, 20) die Führungsstange (16) der mechanischen Schlagbolzensicherung (1) antreibt.
Schlagbolzensicherung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstange (16) gegen die Vorspannung einer Torsionsfeder (21) in Rotation gebracht wird, wenn die Führungsstange (18) in der U-förmige Ausbiegung innerhalb der Öffnung (14a) des Kolbens (14) liegt, sodass bei Rotation der der Führungsstange (18) der Kolben (14) angehoben und der Schlagbolzen (12) entsichert werden kann.
Schlagbolzensicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Schlagbolzensicherung (2) aus einem Kolben (14) und eine Exzenterwelle (28) besteht, wobei der Kolben (14) auf diese gedrückt wird und die Exzenterwelle (28) entlang ihrer axialen Richtung beweglich gelagert ist.
Schlagbolzensicherung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzenterwelle (26) aus einem ersten Abschnitt besteht, in dem der Radius linear mit dem Winkel zunimmt und einem zweiten Abschnitt, in dem der Radius konstant ist.
Schlagbolzensicherung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzenterwelle (26) über einen Bowdenzug (26a) gegen eine Druckfeder (17) axial verschoben werden kann.
Schlagbolzensicherung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (18) über zwei Stirnräder (19, 20) die Exzenterwelle (26) der mechanischen Schlagbolzensicherung (2) antreibt und in Rotation bringt.
Schlagbolzensicherung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer durch den Motor (18) erzeugte Rotation der Exzenterwelle (26) der Kolben (14) nicht angehoben werden und der Schlagbolzen nicht entsichert werden kann, wenn der Radius der Exzenterwelle (28) in Bezug auf den Kolben 14 konstant ist und damit manuell gesichert ist.