DE1473898C3 - Einrichtung zum Stabilisieren der Ausblickrichtung eines auf einem Fahrzeug angeordneten Periskops - Google Patents

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

(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

w_G

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. Θ_ρ das Prisma des Periskops und Θ_χ, Θ₂ und sofort bis Q_n die drehbaren Schwungmassen bzw. ihre Trägheitsmomente. Bezeichnet man ihre Winkelgeschwindigkeiten mit W₀, w_p, W₁, W₂ und w_n, 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 i_p 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
-O_p+ 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)

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.

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