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Vorrichtung zum Handsteuern mit allseitig schwenkbarem Steuerknüppel
zum Einstellen eines Geschützes auf einbewegtes Ziel Die Erfindung bezieht sich
auf eine Vorrichtung zum Handsteuern mit allseitig schwenkbarem Steuerknüppel zum
Einstellen eines Geschützes auf ein bewegtes Ziel über ein Rechengetriebe und einen
Drehzahlversteller. Von den bekannten Ausführungen unterscheidet sich die Erfindung
vor allen Dingen durch einen in dem Getriebeteil zwischen dem Steuerknüppel der
Handsteuerung und dem Rechengetriebe liegenden Drehzahlversteller mit zwei sich
beim Verschwenken des Steuerknüppels Punkt- oder linienförmig aufeinander abwälzenden
und dabei sowohl ihre Winkellage als auch ihr gegenseitiges Längenverhältnis derart
ändernden Teilen, daß in ihrer Zentrallage die größte und in ihrer ausgeschwenkten
Lage die geringste Empfindlichkeit hinsichtlich der Drehwinkelverstellung vorhanden
ist. Vorteilhaft besteht der Drehzahlversteller im Sinne der Erfindung aus einem
glockenförmigen, im Querschnitt kreisförmigen Körper mit konvexer Innenwand und
einem darin sitzenden, um seine Längsachse verschwenkbaren Körper mit konvexer Außenwand,
die sich beim Neigen beider Körper zueinander auf der Innenwand des glockenförmigen
Körpers abwälzt.
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Die Erfindung ist ferner gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum
Zerlegen des Vektors der scheinbaren Geschwindigkeit V"., des Zieles auf der zu
der Ziellinie orthogonalen Ebene in die Höhenrichtkomponente Vz, und die Seitenrichtkomponente
V" und weist einen Multiplikator auf, der die Seitenrichtkomponente Vo der scheinbaren
Geschwindigkeit des Zieles mit dem Sekans des Höhenrichtwinkels s multipliziert.
Ferner sind eine Servovorrichtung zum Seitenrichten gemäß dem vom Multiplikator
gebildeten Wert V, sec e, eine Servovorrichtung zum Höhenrichten des Geschützes
und der Visiervorrichtung gemäß der Höhenrichtkomponenten Vv, eine nach dem Reibradprinzip
arbeitende Integrationsvorrichtung vorgesehen, die derart arbeitet, daß ihr Teller
nach einer Durchmesserrichtung gemäß der Funktion sin a verschiebbar und in Drehung
entsprechend dem Seitenwinkel a versetzbar ist, wobei der Drehwert des Reibrades
auf eine an sich bekannte, den Steuerknüppel umgebende Scheibe oder auf ein die
Zerlegervorrichtung für die Zerlegung des Vektors der schein-"baren Geschwindigkeit
des Zieles enthaltendes Gehäuse übertragbar ist.
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Vorteilhaft ist im Sinne der Erfindung die Scheibe als flache Ringscheibe
ausgebildet und dient für den Richtschützen als Handstütze beim Verschwenken des
Steuerknüppels, der durch die Mittelöffnung der Ringscheibe nach allen Seiten verschwenkbar
hindurchragt. Die Ringscheibe weist ferner eine radial verschiebbare Zunge oder
Gabel auf zum Kuppeln des Steuerknüppels mit der Scheibe durch radiales Verschieben
der Zunge oder Gabel.
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Bei einer Ausbildungsform der Erfindung dient die Integrationsvorrichtung
zum Drehen des Gehäuses; in dem die Zerlegervorrichtung für das Zerlegen des Vektors
der scheinbaren Geschwindigkeit des Zieles in die Seitenricht- und die Höhenrichtkomponente
sitzt, wobei die Winkelbewegung des Drehzahlverstellers mittels einer Stange, die
in das Gehäuse hineinragt, auf die beiden Teilb des Zerlegers übertragen wird und
die Gehäuseanordnung derart ist, daß der Steuerknüppel in einer einzigen Ebene verschwenkbar
ist.
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Vorteilhaft sind erfindungsgemäß elektrische Zerleger zum Erzeugen
der Höhenrichtkomponente V" und der Seitenrichtkomponente V" vorgesehen und der
Multiplikator zum Ermitteln von Vo sec a, sowie die Servovorrichtungen für das Seiten-
und das Höhenrichten der Waffe und der Visiervorrichtung sind elektromechanische
Vorrichtungen.
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Durch die Erfindung wird das Einstellen der Steuerung so erleichtert,
das es vollständig automatisch erfolgt, ohne daß die Handhabung des Steuerknüppels
sich ändert, die in orthogonalen Koordinaten vor sich geht, welche die einfachste,
anschaulichste und einzige Steuerform ist, die sich jeder Bewegungssituation anpaßt
ohne irgendein Eingreifen oder eine Maßnahme von seiten des Richtschützen.
Die
Vorrichtung nach der Erfindung arbeitet nach einem mathematischen Verhältnis, das
ebenfalls für die konstante Flugebene gültig ist, aber durch Integration der Änderung
der horizontalen Verschiebung mit dem Sinus des Höhenrichtwinkels multipliziert
die bloße Änderung des scheinbaren Kurses ergibt und daher die Drehung des Steuerknüppels
bedingt. Diese Drehung wird der als Aufstützebene für die Hände des Richtschützen
dienenden Ringscheibe dauernd erteilt, ohne daß der scheinbare Kurs geschätzt zu
werden braucht, und ohne daß beim Übergang von der Anfangsphase zur Einstellphase
oder während des Zielens ein nachträgliches Inphasebringen erforderlich ist.
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Bei der Ausführungsform, bei der statt der Ringscheibe der Zerleger
rotiert, bleibt die Richtung des Steuerknüppels, d. h. seine Neigungsebene, konstant,
solange sich die Flugebene nicht ändert.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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Es zeigen F i g. 1 und 2 die Winkelverhältnisse beim Einstellen, F
i g. 3 schematisch in schaubildlicher Wiedergabe eine Ausführungsform der Erfindung,
die auf rein mechanischer Basis arbeitet, F i g. 4 die Vorrichtung zur Drehzahlverstellung
im Schnitt und F i g. 5 schematisch eine weitere Ausführungsform der Erfindung auf
elektromechanischer Basis. Gemäß F i g. 3 ist 1 der vom Richtschützen zu
handhabende Steuerknüppel, der an einem Kardangelenk 2 sitzt, dessen einer
Teil die Welle 3 in Drehung versetzt, während das Ende des Steuerknüppels
1 die Welle 4 axial verschiebt. Durch die Bewegungen der Teile 3 und
4 wird eine auf einem kardanischen Gelenk 6
sitzende Stange 5 entsprechend
der Bewegung des Steuerknüppels 1 verschoben. Die Stange 5 trägt an ihrem oberen
Ende (s. auch F i g. 4) einen Hohlkörper oder eine Glocke 7, in deren Innerem der
Kopf 8
einer weiteren Stange 9 untergebracht ist, die ebenfalls an einem kardanischen
Gelenk 10 befestigt ist.
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Die ganze Anordnung ist, daß gleiche Winkelverschiebungen der Stange
5, die die Glocke trägt, z. B. nacheinander in einer Ebene, Verschiebungen verschiedener
Art der Stange 9 entsprechend, die stets in der gleichen Ebene erfolgen. Die beiden
Teile dieses Drehzahlverstellers sind derart zueinander angeordnet, daß jegliche
gleitende Reibung bei der relativen Bewegung vermieden wird. Zu dem gleichen Zweck
ist auch der Kopf drehbar an der Stange 9 angeordnet. Dieser kinetische Drehzahlversteller
arbeitet stets in der gleichen Weise für sämtliche Neigungen der Stange
5. Die Anlage des Körpers 8
an der Glocke 7 ist durch eine Feder mit
Scheibe unabhängig von der Richtung des Systems gewährleistet.
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Durch die Stange 9 werden über ihre kardanische Aufhängung
10 die Wellen 11 und 12 in Drehung versetzt, und zwar die Wellen
über einen Teil des Kardangelenks 10 und die Welle 12 über das Joch
13,
das bei 14 eine Nut besitzt, und über die Sektoren 15
und
16. Die Anordnung ist derart, daß die Drehbewegungen der Welle 11 der Höhenrichtkomponente
Vt, proportional sind, während die Drehbewegungen der Welle 12 der Seitenrichtkomponente
V" proportional sind.
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Die Winkelverschiebungen des fest mit der Welle 11
verbundenen
Hebels 17, die einer axialen Geschwindigkeit entsprechen, werden direkt über die
Stangen 18,
18a und den Hebel 18 auf eine Servovorrichtung
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übertragen, die über eine Integrationsvorrichtung die Höhenrichtkomponente
V,. in den Höhenrichtwinkel e umformt.
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Der durch die Welle 12 betätigte Hebel 20 verschiebt
die Stange 21, die die eine Seite eines Gestängeparallelogramms bildet, dessen
andere Seite aus einer zweiten Stange 22 besteht. Die Stange 21 dieses
die Gelenke 23, 24, 25, 26 aufweisenden Parallelogramms weist an einer Verlängerung
einen Stift 27 auf, der in einer Nut 28 beweglich ist, welche in einem der Arme
29 eines bei 30 angelenkten Winkelhebels 29 sitzt, dessen anderer Arm 31 über die
Stange 32 den Hebel 32 einer zweiten Servovorrichtung 33 betätigt.
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Die Stange 22 liegt mittels einer kleinen Rolle 34
auf
einem fest mit der Welle 36 verbundenen Nokken 35, der über das Getriebe 37, 38
entsprechend der Größe des Höhenrichtwinkels e bewegt wird. Da die Radien des Nockens
eine Funktion des Sekans des Höhenrichtwinkels - sind, wird durch die Rotation des
Nockens 35 die Lage des Parallelogramms verändert und auch der Bolzen 27 in der
Nut 28 verschoben. Da das Transmissionsverhältnis zwischen den Winkelverschiebungen
20 und 29 nach der Sekantenfunktion variiert, ergibt sich auf diese
Weise das Produkt Vo sec a, das, wie schon erwähnt, den Wert der Horitontalbewegungsgeschwindigkeit
darstellt. Daher ergibt der Servomotor 33 am Ausgang den Winkelwert der Horizontalbewegung
a für die Bewegungen der Waffe und der Richtvorrichtung.
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Die Werte e und a laufen zum Schluß in einer Integrationsvorrichtung
zusammen, in der der Teller 39 über die Getriebe 40 und 41 nach dem
Wert a zum Rotieren gebracht und diametral durch einen Hebel 42
verschoben
wird, der über die Kupplung 43 entsprechend dem Wert 8 betätigt wird (diese
Verschiebung ist daher eine Funktion von sin E).AmRädchen44 dieser Integriervorrichtung
erhält man den Wert O für das Verhältnis: fd0= fdasinE, der gilt, wenn die Flugebene
konstant bleibt.
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Dieser Wert von 0 setzt über einen Trieb 45, 46
und ein Getriebe
47 eine Ringscheibe in Drehung, die in dem Verhältnis 1 : 1 zu der Fluglinie
erfolgt.
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Bei dieser besonderen Anordnung ist nach der Erfindung vorgesehen,
daß der Richtschütze während des Richtens beide Hände mit der Handinnenfläche auf
der Ringscheibe 48 abstützt, indem er mit den beiden Daumen das Ende oder
den Griff des Steuerknüppels 1 verschiebt, der eigens zu diesem Zweck geformt
ist. Auf diese Weise erstreckt sich diese so kontinuierlich bewirkte Steuerung automatisch
auf den Steuerknüppel 1, während sein Neigen infolge des Drehzahlverstellers
bei fast konstanter Geschwindigkeit erfolgt, und zwar ohne Rücksicht auf die Zielverfolgungsbedingungen,
und auch dann, wenn Geschwindigkeit und Beschleunigung hohe Werte annehmen.
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Zur weiteren Erleichterung des Richtens befindet sich auf der Ringscheibe
48 eine Zunge 49, die eine Nut aufweist. Die Zunge ist auf der Ringscheibe
radial verschiebbar geführt und in der Umfangrichtung der Ringscheibe mittels einer
Führung 49 verschiebbar, die längs des Randes der Ringscheibe gleitet. Die Anordnung
ist derart, daß, wenn einmal die Vorrichtung zur Erleichterung in Gang gesetzt und
die Neigungsebene
des Steuerknüppels eingestellt ist, der Richtschütze
diese Zunge, nachdem er sie so in die Einstellebene gebracht hat, daß der Steuerknüppel
1 in die Nut eingreift, einschaltet. In diesem Fall hat der Richtschütze nichts
zu tun, als den Steuerknüppel zu neigen, wobei die Richtung der Neigung automatisch
durch die Rotationsbewegung der Ringscheibe bestimmt wird.
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Das in F i g. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel stimmt im wesentlichen
mit dem nach F i g. 3 sowohl in der Funktion als auch im Prinzip überein. In diesem
zweiten Ausführungsbeispiel erfolgt die Einstellung des Steuerknüppels durch die
kontinuierliche Rotation der Ringscheibe 48 durch die Hände des Richtschützen
nicht mehr, sondern ist durch die Rotation der ganzen Zerlegergruppe für die Zerlegung
der scheinbaren Geschwindigkeit Vnm. in V, und V, (ebenfalls mit O) ersetzt. Ein
weiterer Unterschied besteht außerdem darin, daß die Erzeugung der Komponenten V,
und VZ, nicht mehr mechanisch, sondern elektrisch erfolgt und die Teile, die für
die Bewegungen der Waffe und der Richtvorrichtung notwendig sind, nämlich der Servomotor,
mit dem diese Komponenten eingeführt werden, beziehungsweise die Servomotoren, die
als Integratoren für die Horizontalbewegung x und die Höhenbewegung s dienen, elektrisch
sind.
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Nach F i g. 5 ist nämlich der Steuerknüppel 50 derart angeordnet,
daß seine Verschiebung in einer Ebene erfolgt, die in dem vorliegenden Fall der
Ebene der Zeichnung entspricht.
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Die Verschiebung des Steuerknüppels 50 wird mittels der Stange
51 auf die Glocke 52 übertragen, die zusammen mit dem Körper 53 einen
Drehzahlversteller darstellt, der dem Versteller 7, 8 ähnlich ist und auch die gleichen
Funktionen hat.
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Über diesen Trieb wird die Bewegung der Stange 54
übertragen,
die auf einem kardanischen Gelenk 55 sitzt, das jedoch am unteren Teil eines um
die Achse A-A in Lagern 56, 56 im drehbaren Gehäuse 56 befestigt ist.
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In diesem Gehäuse befinden sich zwei elektrische Zerleger
57 (V") und 58 (Vo), die von der Stange 54
betätigt werden,
welche mit dem Körper 53 über die Arme 60, 61 fest verbunden ist, und die Sektoren
62 und 63. Das Gehäuse 56 wird mittels des Getriebes 56a durch das Rädchen 64a eines
Integrators in Umdrehung versetzt, dessen Teller 64 diametral von dem Hebel
65 verschoben wird, der über die Getriebeglieder 66, 67, 68 durch die Bewegung mit
e (sin s) betätigt wird, die von dem Ausgang 69a der Servovorrichtung
69 abgenommen wird. Dieser Teller 64
wird dann über das Getriebe am
Ende der Welle 70, das dauernd im Eingriff steht, in Drehung versetzt, wobei die
Welle um den Wert a, der von dem Ausgang des Servomotors 71 abgenommen wurde, rotiert.
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Nach der schon angegebenen Formel fd0=fdasins wird das Gehäuse 56
dann kontinuierlich um 0 rotieren, entsprechend der Drehung der Ringscheibe
48.
Der Wert Vv, der in der Form von im Zerleger 57 erzeugten Strömen gegeben
wurde, wird in dem Servomotor 69 für die Bildung der Höhenbewegung a verwendet.
Die Ströme, die in der tachometrischen Vorrichtung 72 ihren Ursprung haben, die
die Bewegung von a kontrolliert, geben die Winkelgeschwindigkeit e, die zu einem
Vergleich der Reaktion in die Summiervorrichtung 73 gebracht wird. Die Ströme, die
analog im Zerleger 58 zu Vv, V, auftreten, werden in den Multiplikator 74 übergeführt,
in den auch s eingeführt wird und wo das Produkt V" sin e in ähnlicher Weise gebildet
wird wie bei dem vorstehenden Beispiel. Dieser Wert dient dazu, den Servomotor 71
zu steuern.
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Auch in diesem Fall wird die Geschwindigkeit von a, die mit einer
tachometrischen Vorrichtung 75 von der rotierenden Welle 71a von a am Ausgang des
Servomotors 71 abgenommen wird, in die Summiervorrichtung gebracht.
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In beiden Beispielen werden die Bewegungen e und a auf die Waffe und
auf das Richtsystem übertragen, das auch mit dem Getriebe der Waffe selbst verbunden
sein kann; nach F i g. 3 dienen z. B. Ts und Ta zur Übertragung der Bewegung auf
die Waffe, Die Analogie zwischen den beiden Ausführungsformen ist offensichtlich.
In dem zweiten Beispiel wird die Rotation der Ringscheibe 48 in der Ebene für die
Einstellung des Steuerknüppels, der sich in zueinander normalen Ebenen mit O bewegt,
durch die Rotation des Systems der Zerleger mit O ersetzt, während die Bewegungen
des Steuerknüppels auf eine einzige Ebene begrenzt bleiben. Die Vorteile und die
Präzision, abgesehen natürlich von den Unterschieden, die durch die mehr oder weniger
genau arbeitenden verwendeten Mittel gegeben sind, bleiben die gleichen.
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Beim Beispiel nach F i g. 3 können die Motoren, die die Servovorrichtungen
antreiben, von beliebiger Art sein; z. B. können sie unter anderem aus einem Verbrennungsmotor
bestehen, wodurch die Vorrichtung und das Aggregat des Geschützes in hohem Grad
antriebsunabhängig werden.