DE1473898C3 - Einrichtung zum Stabilisieren der Ausblickrichtung eines auf einem Fahrzeug angeordneten Periskops - Google Patents
Einrichtung zum Stabilisieren der Ausblickrichtung eines auf einem Fahrzeug angeordneten PeriskopsInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Stabilisieren der Ausblickrichtung eines auf
einem Fahrzeug angeordneten Periskops durch Verschwenken des Prismas oder Spiegels um die halbe
Größe des Drehungswinkels des Periskops mittels eines Stabilisierungskreisels.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Einrichtung so auszugestalten, daß der Stabilisierungskreisel
bzw. die von ihm beeinflußte und auf das Prisma oder den Spiegel einwirkende Servosteuerung
von Drehmomenten entlastet wird, die infolge der Trägheit des von dem Prisma oder Spiegel ^0
und den starr damit verbundenen Teilen gebildeten Körpers bei stoßartigen und hochfrequenten Pendelbewegungen
des Fahrzeugs auftreten.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine drehbare Lagerung mindestens einer Ausgleichs-Schwungmasse
am Periskop um eine zur Schwenkachse des Prismas oder Spiegels parallele Achse und
durch eine Getriebeverbindung dieser Schwungmasse mit dem Prisma gelöst.
Bei richtiger Bemessung des Trägheitsmomentes der Ausgleichs-Schwungmasse und des Übersetzungsverhältnisses
der Getriebeverbindung läßt sich erreichen, daß das Beharrungsbestreben der Schwungmasse
die Ausblickrichtung des Prismas in der gewünschten Weise stabilisiert, also das Prisma oder
den Spiegel jeweils um den richtigen Winkel zu neigen sucht. Der Kreisel braucht dann nur noch zu verhindern,
daß das Prisma oder der Spiegel infolge von Reibungseinflüssen aus der richtigen Winkellage auswandert.
Eine Einrichtung zum Stabilisieren der Ausblickrichtung eines Periskops mit diesen Erfindungsmerkmalen ist in der nicht vorveröffentlichten, aber
prioritätsälteren deutschen Patentschrift 1 253 113 beschrieben. Da aber diese Einrichtung mit den
Merkmalen der vorliegenden Erfindung weder beansprucht noch von dem dem älteren Patent zugrunde
liegenden allgemeinen Erfindungsgedanken umfaßt ist. steht die prioritätsälterc Patentschrift
dem Schutz der vorliegenden Erfindung nicht im Weiie.
Bekannt ist eine Einrichtung (USA.-Patentschrift 2 514 290) zum Stabilisieren eines außerhalb seines
Schwerpunktes auf einem Wasserfahrzeug drehbar gelagerten Pendels mittels einer Ausgleichs-Schwungmasse.
Dabei bewegt sich der Drehpunkt dieses Körpers auf einer kreisbogenförmigen Bahn um das
Meta/.entrum des Fahrzeugs. Die Dämpfung der Pendelbewegung wird dadurch bewirkt, daß Pendelabmessungen
und die Trägheitsmomente des Pendels und der Schwungmasse so abgestimmt werden, daß
sich die Translations- und Rotationsbeschleunigungen in ihrer Wirkung gegenseitig aufheben. Im Gegensatz
hierzu wird beim Gegenstand der Erfindung nicht der drehbar gelagerte Körper, nämlich das
Prisma oder der Spiegel, sondern vielmehr die Ausblickrichtung stabilisiert. Auch sind beim Gegenstand
der Erfindung alle drehbaren Massen im Schwerpunkt gelagert, so daß Translationsbeschleunigungen
keine Rolle spielen.
Ferner ist es bekannt (deutsche Patentschrift 971 903), die Ausblickrichtung eines ortsfest gelagerten
Spiegels bei Verstellungen des Geräts gegenüber dem Lot durch ein Pendel zu stabilisieren. Massenkräfte
treten dabei nicht auf.
Die Erfindung sei nunmehr an Hand mehrerer Ausführungsbeispiele erläutert, die in der Zeichnung
dargestellt sind. In dieser zeigen die
F i g. 1 und 2 je die optischen Elemente eines Periskops, den Kreisel und eine Ausgleichs-Schwungmasse,
wobei das die Schwungmasse mit dem Prisma oder Spiegel verbindende Getriebe gemäß F i g. 1
ein Bandgetriebe und gemäß F i g. 2 ein Zahnradgetriebe ist,
F i g. 3 eine schematische Darstellung einer abgeänderten Stabilisierungseinrichtung für das in den
F i g. 1 und 2 gezeigte Prisma eines Periskops unter Verwendung von mehreren Schwungmassen und
F i g. 4 eine schematische Darstellung einer Stabilisierungseinrichtung
für den Blickstrahl des Periskops im Azimut.
Das Periskop besteht in bekannter Weise aus einem nicht näher dargestellten lotrechten Tubus,
der in einem Fahrzeug, z. B. einem Panzerfahrzeug, um seine lotrechte Achse H) drehbar gelagert ist und
das Objektiv 11 enthält. An seinem unteren Ende trägt dieser Tubus das waagerecht angeordnete Okular
12 und ein Prisma 13. das den Strahlengang um 90° knickt. An seinem oberen Ende trägt der Tubus
Schwenklager mit waagerechter Achse 14. in denen ein Prisma 15 oder ein Spiegel gelagert ist. Dieser
lenkt den Strahlengang in die Ausblickrichtung 16 um.
Der Tubus ist in das Fahrzeug so eingebaut, daß seine Achse 10 mit der Hochachse des Fahrzeugs
zusammenfällt. Wenn dieses nun um eine zur Achse 14 parallele Achse um den Winkel « kippt, dann muß
das Prisma 15 um den Winkel -^- im entgegengesetzten
Sinne um die Achse 14 gekippt werden, damit der Strahl 16 auf das Ziel gerichtet bleibt. Zu diesem
Zweck ist um eine zur Achse 14 parallele Achse 17 am Tubus eine Scheibe 18 drehbar gelagert, die durch
ein Band 19 eines schlupflosen Bandgetriebes mit einer am Prisma 15 befestigten Scheibe 20 verbunden ist
und nur einen halb so großen Durchmesser wie die Scheibe 20 hat. Die Scheibe 18 ist zur Waagerechten
durch ein schematisch bei 21 angedeutetes Kreiselgerät stabilisiert. Da eine derartige Stabilisierung
bekannt ist. erübrigt sich eine nähere Beschreibung. Kippt das Fahrzeug um eine zur Achse 14 parallele
Achse um den Winkel r<, beispielsweise im Gegenuhrzeigersinn mit Bezug auf Fig. 1, dann dreht
sich das Kettenrad 18 mit Bezug auf das Fahrzeug um die Achse 17 um den Winkel n und dreht die
Scheibe 20 um den Winkel -> .
Insoweit ist die Anordnung bekannt. Erfolgt die Kippbewegung sehr plötzlich, dann arbeitet die
Stabilisierungseinrichtung wegen des Beharrungsbestrebens der tragen Masse des Prismas 15 nur fehlerhaft.
Eine solche Stabilisierungseinrichtung wirkt bei Stoßen und hochfrequenten Schwingungen des
Fahrzeugs um eine zur Achse 14 parallele Achse sehr schlecht.
Um diesem Mengel abzuhelfen, ist nun am Tubus des Periskops um eine zur Achse 14 parallele Achse 22
eine Schwungscheibe 23 drehbar gelagert, die mit dem Prisma 15 durch ein schlupfloses Bandgetriebe
gekuppelt ist. Dieses besteht aus einer an der Schwungscheibe 23 befestigten Bandscheibe 24, aus einem
Band 25 und aus einer Scheibe 26, die an der Bandscheibe 20 gleichen Durchmessers starr befestigt ist.
Das Übersetzungsverhältnis des Bandgetriebes 24, 25, 26 beträgt
ι +
θ 1
i ist ein positiver Wert. Das bedeutet, daß sich die Schwungscheibe 23 in der gleichen Richtung dreht
wie das Prisma 15.
Die in F i g. 2 gezeigte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von derjenigen der F i g. 1
nur dadurch, daß das übersetzungsverhältnis einen negativen Wert hat. Es beläuft sich auf
1=1-/1+
Θ 1
02
02
(la)
Es bedeutet dies, daß i einen negativen Wert hat und daß sich daher die Schwungscheibe 23 im entgegengesetzten
Sinne wie das Prisma 15 dreht. Das ist dadurch erreicht, daß die Bandscheiben 24 und
26 durch miteinander kämmende Zahnräder 27 und 28 ersetzt sind.
In der Formel bedeutet θ 1 das Trägheitsmoment der vom Prisma 15, der Scheibe 20 und der Prismenaufhängung
gebildeten Masse und θ 2 das Trägheitsmoment der Schwungscheibe 23 und der Bandscheibe
24 oder des Zahnrades 27.
Die Wirkungsweise ist folgende: Nimmt man wiederum an, daß das Fahrzeug um eine zur Achse 14
parallele waagerechte Achse im Gegenuhrzeigersinn um den Winkel « kippt, dann widersetzt sich die
Schwungscheibe 23 dieser Kippbewegung wegen ihres Beharrungsbestrebens. Es tritt also eine relative
Drehung zwischen der Schwungscheibe 23 und dem Fahrzeug um die Achse 22 ein. Diese relative Drehung
weicht aber von dem Kippwinkel des Fahrzeugs ab.
Der Drehwinkel stellt sich durch i und durch
ΘΙ
©2
ein, daß er infolge des Übersetzungsverhältnisses des Bandgetriebes das Prisma 15 um den Winkel y im
Uhrzeigersinn mit Bezug auf das Fahrzeug verdreht. Das Kreiselgerät 17 hat nur noch die Aufgabe, ein
allmähliches Auswandern der Schwungscheibe aus ihrer richtigen Winkellage infolge von Reibungseinflüssen zu verhindern.
Bei der Ausführungsform der F i g. 2 beruht die Wirkung darauf, daß bei einer Kippbewegung des
Fahrzeugs im Gegenuhrzeigersinn das Prisma 15 infolge seines Beharrungsbestrebens die Schwungscheibe
23 ebenfalls im Gegenuhrzeigersinn in Drehung versetzt. Stehen die Trägheitsmomente und die
Zahnradübersetzung in der durch die Gleichung (I a) beschriebenen Beziehung, dann dreht sich dabei das
Prisma 15 nur um den Winkel -y im Gegenuhrzeigersinn
um die Achse 14.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele können in der Weise geändert werden, daß zwei der drei Achsen,
z. B. die Achsen 17 und 22, zusammenfallen.
Während bei den an Hand der F i g. 1 und 2 beschriebenen Ausführungsbeispielen der Elevationswinkel
der Ausblickrichtung 16 stabilisiert wird, besteht auch die Möglichkeit, den Blickstrahl im
Azimut zu stabilisieren. Hierfür ist ein weiteres Ausführungsbeispiel in F i g. 4 dargestellt. Die Linsen
und Einzelheiten der Elevationsstabilisierung sind dabei der Einfachheit halber nicht eingezeichnet.
Zum Zwecke der Stabilisierung um die Hochachse A ist das Ausblicksprisma, das in der an Hand der
F i g. 1 und 2 erläuterten Weise mit einem Kreiselgerät und einer Ausgleichsmasse verbunden ist, auf
einem drehbaren Ausblickkopf B angeordnet. Dieser Ausblickkopf ist im Gehäuse um die Hochachse A
drehbar gelagert. Um dieselbe Achse drehbar ist im Gehäuse unterhalb des Ausblickkopfes B ein Wendeprisma
C drehbar gelagert. Es kann sich dabei z. B.
um ein Prisma Schmidtscher Bauart handeln. Würde dieses Wendeprisma C fehlen, dann würde die gehäusefeste
Anordnung des Okulars dazu führen, daß bei einer Drehung des Gehäuses um die Hochachse
A ein Sturz des Bildes erscheint, das man im Okular erblickt. Dieser Bildsturz wird durch das
Wendeprisma C verhindert. Zu diesem Zweck muß sich das Wendeprisma um den Winkel 4- im Gegenuhrzeigersinn
relativ zum Gehäuse drehen, wenn sich das Gehäuse z. B. im Uhrzeigersinn um den Winkel α dreht und das Ausblickprisma um den
Winkel « im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, damit das Objekt im Blickfeld verbleibt.
Diese Winkelbeziehungen werden durch ein Zahnradgetriebe hergestellt. Dieses besteht aus einem
am Getriebe zur Stabilisierung um die Hochachse vorgesehenen Zahnkranz D, aus einem damit kämmenden
Zahnrad E mit einer zur Hochachse parallelen Welle, aus einem auf dieser Welle sitzenden,
darunter befindlichen Ritzel F und aus einem mit diesem Ritzel kämmenden Zahnkranz G am Wendeprisma
C.
Die Funktion entspricht dynamisch der in F i g. 2 dargestellten Getriebeanordnung. Es entsprechen der
Teil B der raumfesten Welle 17, der Teil E/F der Ausgleichswelle 22/27 und das Wendeprisma C mit
dem Zahnrad G dem Ausblickprisma 15. Die Gesamtübersetzung von D nach G beträgt
wG
Dabei ist der Momentenausgleich hergestellt, wenn die Gleichung erfüllt wird:
Wenn die übersetzung zwischen den Zahnrädern F und G den in F i g. 5 dargestellten Größenverhältnissen
entspricht, ist (-),.: sehr viel kleiner als O0 zu
bemessen.
Mit der schnelldrehenden Ausgleichswelle kann der Läufer eines vom Kreiselgerät angesteuerten
Stellmotors H verbunden werden. Dadurch gewinnt man gleichzeitig den Vorteil, daß der Stellmotor der
Stabilisierung über ein dynamisch unschädliches, d. h. die Stabilisierungswirkung nicht durch seine
Trägheit beeinträchtigendes übersetzungsgetriebe mit den stabilisierten Teilen verbunden ist und nur entsprechend
reduzierte Momente für die Stabilisierung aufbringen muß.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erfolgt die Stabilisierung durch eine einzige
Ausgleichs-Schwungmasse. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, zum Zwecke der Stabilisierung eine
beliebige Anzahl von Schwungmassen mit bestimmten Übersetzungen miteinander und mit dem zu stabilisierenden
Körper zu koppeln. Ein Beispiel hierfür ist schematisch in F i g. 3 dargestellt. In dieser bedeutet
O0 eine durch den Kreisel raumfest gehaltene
Welle bzw. ihr Trägheitsmoment. Θρ das Prisma des
Periskops und Θχ, Θ2 und sofort bis Qn die drehbaren
Schwungmassen bzw. ihre Trägheitsmomente. Bezeichnet man ihre Winkelgeschwindigkeiten mit W0,
wp, W1, W2 und wn, dann ergeben sich für die Übersetzungsverhältnisse
zwischen den einzelnen Körpern die Formeln
w,
w,
W0
' Ί ~ T7^>
l2 — TT~>
ln —
w„
W,
w„_,
Die Formel für die Bedingung, die zwischen den einzelnen positiv oder negativ wählbaren Übersetzungen
und den Trägheitsmomenten erfüllt sein muß, lautet für diesen Fall:
Damit die Ausblickrichtung stabilisiert bleibt, muß sich ip auf 1:2 belaufen.
Für den an Hand der F i g. 1 und 2 beschriebenen Sonderfall, bei dem nur eine einzige Ausgleichs-Schwungmasse
verwendet ist, vereinfacht sich diese Formel zu
-Op+ O1 ■ (I1 2 - H1) = 0.
-Op+ O1 ■ (I1 2 - H1) = 0.
Löst man diese Formel nach dem übersetzungsverhältnis
I1 auf, dann erhält man hierfür die bei der Erläuterung der F i g. 1 wiedergegebene Formel (1).
Es ist wünschenswert, den Motor über ein Getriebe mit dem zu stabilisierenden Körper zu verbinden,
welcher an sich das Bestreben hat, seine Lage im Raum beizubehalten. Man erreicht dadurch, daß
kleinere Momente vom Motor zum Ausgleich der Lagerreibungseinflüsse aufgebracht werden müssen,
verliert mangels besonderer Maßnahmen jedoch den Vorzug der Eigenstabilisierung. Dieser kann jedoch
durch das erfindungsgemäße Anbringen von Ausgleichsmassen zurückgewonnen werden.
Während gemäß F i g. 3 die Getriebestufen hintereinander geschaltet sind, besteht jedoch auch die
Möglichkeit, daß sich das Getriebe verzweigt. Die raumfeste Welle kann an beliebiger Stelle im Getriebe
liegen. Der Kreisel kann auch durch ein Pendel oder durch eine Libelle ersetzt sein.
- Da das Beharrungsbestreben der raumfesten Welle, auf der die steuernde Stabilisierungsreferenz (z. B.
Kreisel) sitzt, selbst keinen Einfluß auf den Trägheitsausgleich hat, kann sie im Gegensatz zu den beschrie-
benen Beispielen auch über eine elektrische Welle — eventuell mit einer elektrischen übersetzung, die verschieden
von 1 ist — mit dem Getriebe verbunden werden. Die elektrische Welle ist eine elektrische
Winkelübertragung, die wie allgemein üblich, Synchros oder Resolver als Winkelmeßelemente verwendet.
Diese Meßelemente gestatten bei geeigneter Auslegung auch die hier erforderliche Winkelübertragung
verschieden von 1.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Einrichtung zum Stabilisieren der Ausblickrichtung eines auf einem Fahrzeug angeordneten Periskops durch Verschwenken des Prismas oder Spiegels um die halbe Größe des Drehungswinkels des Periskops mittels eines Stabilisierungskreisels, gekennzeichnet durch drehbare Lagerung mindestens einer Ausgleichs-Schwungmasse (23) am Periskop um eine zur Schwenkachse (14) des Prismas (15) oder Spiegels parallele Achse (22) und durch eine Getriebeverbindung (23-28) dieser Masse mit dem Prisma.15
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEA0050183 | 1965-09-06 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1473898A1 DE1473898A1 (de) | 1969-08-07 |
DE1473898B2 DE1473898B2 (de) | 1972-07-06 |
DE1473898C3 true DE1473898C3 (de) | 1975-09-04 |
Family
ID=6937276
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19651473898 Expired DE1473898C3 (de) | 1965-09-06 | 1965-09-06 | Einrichtung zum Stabilisieren der Ausblickrichtung eines auf einem Fahrzeug angeordneten Periskops |
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1473898C3 (de) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4062126A (en) * | 1976-11-08 | 1977-12-13 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Deadband error reduction in target sight stabilization |
US4322128A (en) * | 1978-11-23 | 1982-03-30 | British Aerospace | Control device for optical apparatus |
DE3906701A1 (de) * | 1989-03-03 | 1990-09-06 | Krupp Atlas Elektronik Gmbh | Ausblickbaugruppe fuer fahrzeuge |
-
1965
- 1965-09-06 DE DE19651473898 patent/DE1473898C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE1473898A1 (de) | 1969-08-07 |
DE1473898B2 (de) | 1972-07-06 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
SH | Request for examination between 03.10.1968 and 22.04.1971 | ||
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 |