DE1578411C3 - Elektronisches Kadenzsteuergerät für Maschinenfeuerwaffen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Kadenzsteuergerät für gesteuertes Einzelfeuer von Maschinenfeuerwaffen, deren Abfeuerung durch Ansteuern eines Elektromagneten mittels elektrischer Impulse erfolgt, die durch einen Pulsgenerator erzeugt werden und deren einstellbare Frequenz !gleich der gewünschten Kadenz ist, wobei die Auslösung der Schüsse durch das Drücken eines Drucktasters bewirkt wird. Bei Maschinenkanonen ist es üblich, neben dem Dauerfeuer, bei dem die Schußfolge bzw. die Kadenz durch die Vor- und Rücklaüfzeit des Verschlusses bestimmt ist, die Beschußart »Einzelfeuer« vorzusehen, wobei also jeweils immer nur ein Schuß ausgelöst wird. Daneben ist es jedoch erwünscht, die Waffe im Dauerfeuer, jedoch mit niedrigerer Kadenz, zu betreiben, als sie durch die oben angegebene Grenze festgelegt ist.

Mit anderen Worten soll also Einzelfeuer mit vorgegebenen zeitlichen Abständen zwischen den Einzelschüssen abgegeben werden können. Der Verschluß muß dabei nach jedem Einzelschuß für eine festgelegte oder besser sogar einstellbare Zeit in der Fangstellung verharren, bis der nächste Schuß ausgelöst wird. Diese Betriebsart wird als »gesteuertes Einzelfeuer« bezeichnet Man hat bereits versucht, die erforderliche Schußfolgesteuerung mit elektromechanischen Mitteln zu realisieren. Aus der DT-AS 1 083 156 z. B. ist ein rein elektromechanisches Kadenzsteuergerät bekannt, bei dem ein den Abzug betätigender Elektromagnet über ein Arbeitsrelais eingeschaltet wird und. nach Einzelschußabgabe der Stromkreis in diesem Arbeitsrelais durch ein zweites Rdlais wieder unterbrochen wird, wobei das Arbeitsrelais bei langsamer Schußfolge durch einen Kontaktgeber in der gewünschten Zeitfolge eingeschaltet werden soll. Durch die elektromechanische Ausführung treten hierbei Schwierigkeiten, wie Kontaktverschleiß, Stoßempfindlichkeit und Empfindlichkeit gegen Verschmutzung auf. Ferner ist die Schußkadenz durch die mittels Relais erzielbare Schaltfrequenz begrenzt, die im wesentlichen durch das Eigenschwingungsverhalten der Bauelemente der Relais und durch die Induktion der Relaisspulen bestimmt wird. Um nun die Betriebsart »gesteuertes Einzelfeuer« einsetzen zu können, muß der Abzug so schnell in seine Fangstellung zurückgebracht werden, daß er den Verschluß nach einem Vor- und Rücklauf festhalten kann. In der praktischen Erprobung ist jedoch festgestellt worden, daß ein Kadenzsteuergerät, das nur mit elektromechanischen Relais arbeitet, diese Forderungen nicht oder nur unsicher erfüllen kann und daß sehr häufig Doppelschüsse auftreten, d. h., daß der Verschluß nicht nach einem Schuß gefangen wird, sondern erst nach zwei abgegebenen Schüssen. Hierbei passiert es jedoch häufig, daß der Fanghebel nicht vollständig in seihe Fangstellung zurückgelangt, wodurch naturgemäß ein erhöhter Verschleiß der verschiedenen Verschlußteile eintritt ... '..'.....

Ein weiterer wesentlicher Nachteil des bekannten Kadenzsteuergeräts liegt jedoch darin, daß die Kadenz nur über die einstellbare Verzögerungszeit eines Relais oder über die Drehzahl eines einen Nocken antreibenden Elektromotors regelbar ist. Dies bedeutet, daß der einstellbare Regelbereich sehr klein ist, bei dem im Höchstfall ein Verhältnis von 1: 3 erreichbar ist Hierbei ist die Kadenz jedoch nur ungenau einzustellen und auch nicht reproduzierbar, da_: die Kadenz sehr stark von äußeren Umständen, insbesondere von· der Span-■ nung der Versorgungselemente abhängt

Zwar ist aus der US-PS 2831 402 schon ein elektronisches Kadenzsteuergerät bekannt, jedoch haften auch dieser Ausführung wesentliche Nachteile, an. Wie

ian aus dieser Druckschrift erkennen kann, besteht as Kadenzsteuergerät aus einem Kadenzwahlschalter, inem Pulsgenerator, einem nachgeschalteten Abfeueungstaster und der hiermit verbundenen Maschineniuerwaffe. Bei dieser Ausführungsform ist der Abfeueungstaster zwischen dem Pulsgenerator und der Maohinenfeuerwaffe angeordnet. Hieraus ergibt sich, daß er Abfeuerungstaster nur dazu dient, eine elektrische /erbindung zwischen dem Pulsgenerator und der Machinenfeuerwaffe herzustellen. Der Pulsgenerator ereugt also während der Feuerbereitschaft ständig Imiulse, die aber nur dann an die Maschinenfeuerwaffe veitergeleitet werden, wenn die Abfeuerungstaste ge-Jrückt ist.

Abgesehen von der Tatsache, daß die Abfeuerungsaste deshalb den gesamten Einschalt- und Abschalt-■trom des Abfeuerungsmagneten weiterzuleiten hat, nit allen daraus erwachsenden Nachteilen für die hoch- >elasteten Kontakte (die Stromstärken können bis zu 00 Ampere betragen), ergibt sich bei dieser Anordiung, daß der erste Schuß nicht durch Druck auf die \bfeuerungstaste ausgelöst wird, sondern erst durch Jen ersten nach Drücken der Abfeuerungstaste an die Waffe gelangenden Impuls. Dies bedeutet aber, daß un- ;er Umständen eine sehr lange Zeit vergeht zwischen iem Drücken der Abfeuerungstaste und: dem Abfeuern ;ines Schusses, wenn z. Bi die Abfeuerungstaste gedrückt wird, kurz nachdem der Pulsgenerator einen Impuls erzeugt hat und daher das Erscheinen eines neuen Impulses abgewartet werden muß, bis ein Schuß abgefeuert wird.

Es ist klar, daß eine solche Verzögerung die Wirksamkeit der Waffe ganz erheblich herabsetzen kann und unter Umständen eine große Gefahr für das Bedie^ nungspersonal bedeutet. Als weiterer Nachteil der bekannten Ausführungsform ist zu erwähnen, daß bei dem hier verwendeten Rechteckimpulsgenerator keine Möglichkeit besteht, die Impulse so zu formen, daß optimale genau kontrollierte Steuerungssignale entstehen, die es gestatten, die Schußfolge genau auf eine gewünschte Kadenz einzustellen, ohne daß z.B. unerwünschte Doppelschüsse auftreten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die obengenannten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und ein elektronisches Kadenzsteuerungsgerät zu schaffen, daß keinen mechanischen Verschleiß aufweist, wenig stoßempfindlich ist, gegen Schmutz unempfindlich ist, das, unabhängig von Schwankungen in der Batteriespannung ist und das eine genau definierte Impulsfolge erzeugt zur Auslösung einer Schußfolge von einer bestimmten Kadenz derart, daß das Ein- und Ausschalten des, Abfeuerungsmagneten so präzise erfolgt, daß keine unerwünschten Doppelschüsse auftreten, und; deren: Betätigungsorgane so angeordnet sind; daß beim Drücken der Abfeuerungstaste sofort der erste Schuß ausgelöst wird _λ

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß bei einem elektronischen Kädenzsteuerungsgerät der eingangs; erwähnten Art der Elektromagnet; der das Abfeuern? bewirkt, mittels eines: Einschalt-Thyristors erregtwirdund^!mittels eines Abschalt-Thyristors entregt wird; wobei:der; vorgesehene Pulsgenerator aus; einem mit einstellbarer; Pulsfrequenz^ arbeitende» Rechteckgenerator und; einem durch die positiven Signale ausge^L lösten? monostabilen Multivibrator; der- Signale frequenzunabhängiger bzw. konstanter Dauer erzeugt, besteht; sowie für die Impulse zur Ansteuerung des; Eil· schalt-Thyristors aus einem Verstärker und einem Differenzierglied und für die Impulse zur Ansteuerung des Abschalt-Thyristors aus einer Umkehrstufe, einem weiteren monostabilen Multivibrator und einem Verstärker, derart, daß die Einschaltimpulse aus den Anstiegsflanken der, Rechtecksignale des monostabilen Multivibrators entstehen und die Abschaltimpulse aus den Abfallflanken dieser Rechtecksignale.

Durch die Verwendung kontaktloser Bauelemente entfällt der Verschleiß; damit werden Zuverlässigkeit und Lebensdauer erhöht. Die Stoß- und Schlagempfindlichkeit ist gering und kann noch weiter durch Vergießen, z. B. mit Silikonkautschuk, herabgesetzt werden. Durch geeignete Auswahl der Bauelemente kann ferner die Empfindlichkeit gegen Spannungs- und Temperaturschwankungen weitgehend beseitigt werden, und die Verzögerungszeit kann vernachlässigbar klein gewählt werden verglichen mit der für einen Schuß erforderlichen Zeit. Durch den Aufbau eines Kadenzsteuergerätes mit auswechselbaren Baugruppen können auftretende Fehler schnell behoben werden.;.

Um ein etwaiges Kontaktprellen des Drucktasters unwirksam zu machen, ist erfindungsgemäß ein bistabiler Multivibrator vorgesehen, der bei Niederdrücken des Drucktasters umschaltet und den Rechteckgenerator in Betrieb setzt. Dieser Rechteckgenerator besteht vorzugsweise aus einem Miller-Integrator mit nachgeschalteter Grenzwertstufe. Bei dieser Schaltungsart erhält man Rechteckimpulse mit sehr steilen Flanken. Aus diesen Anstiegs- und, Abfallflanken gewinnt man dann, nachdem die Impulse durch den. monostabilen Multivibrator auf konstante Dauer gebracht worden sind, durch Differenzieren in Differenziergliedern die Einschalt- und Ausschaltimpulse. Der Miller-Integrator und die nachgeschaltete Grenzwertstufe können konventionell aufgebaut sein, wobei die Frequenz, durch eine ÄC-Zeitkonstante festgelegt wird. Für die Wahl der Kadenz kann dann eines der Bauelemente, z. B. der Widerstand, stufenlos oder in Stufen verstellbar sein. Bei einer stufenlosen Verstellung wird zweckmäßig ein mehrgängiges Potentiometer verwendet, dessen Skala entsprechend der eingestellten Frequenz bzw. Kadenz geeicht werden kann. Da sich einerseits die Dauer der Ausgangsimpulse des Reckteckgenerators naturgemäß mit der Frequenz ändern und sich andrerseits das eingestellte Tastverhältnis bei Frequenzänderung nicht ändert, ist dem Rechteckgenerator ein monostabiler Multivibrator nachgeschaltet, der frequenzunabhängige Rechteckimpulse konstanter Dauer erzeugt, deren zeitliche Aufeinanderfolge durch die einstellbare Frequenz des Rechteckgenerators bestimmt wird.

Da die zeitliche Aufeinanderfolge von Einschaltimpuls und Zwangsausschaltimpuls durch die maximal gewünschte Einschaltzeit des Elektromagneten bestimmt ist, muß die zeitliche- Aufeinanderfolge dieser, beiden Impulse den gegebenen Verhältnissen entsprechend konstant; einstellbar sein." Dies ist in diesem Fall, dadurch gewährleistet^; daß der Einschaltimpuls; aus der Anstiegsflanke, und der Zwangsausschaltimpuls aus der Abfallflanke des, Reckteckimpulses konstant; einstellbarer Dauer gewönnen werden^ J --.Λ· ; : ν

'■ Selbstverständlich muß die: Waffe nach wie.vor auch Dauerfeuer rund Einzelfeuer abgeben; können.. Deshalb ist ein; Umschalter, vorgesehen; in dessen Stellung; »gesteuertes Einzelfeuer« die: vorgeschriebenen Schaltvorgänge ablaufen; In der Umschaltstellung »Einzelfeuer« wird der Differenzierschaltung nur ein einziger Impuls zugeführt, unabhängig von: der Betätigungsdäuer des Drucktasters; Bei der Umschalterstellung, »Däuerfeu-

er« wird der Einschalt-Thyristor dauernd durchgesteuert, und die Waffe arbeitet mit der Kadenz, die durch die Verschlußzeiten der Waffe vorgegeben ist.

Ein Kadenzsteuergerät, das erfindungsgemäß aufgebaut ist, wird zweckmäßig in einzelne Baugruppen oder Baueinheiten unterteilt, wobei z. B. eine Baugruppe als Bedienungsgerät, eine zweite als Steuerstufe, eine dritte als Leistungsstufe, eine vierte für die Stromversorgung und eine fünfte für die Sicherungen vorgesehen sein können. Diese funktionsmäßige Aufteilung empfiehlt sich auch deshalb, weil es häufig erwünscht oder erforderlich ist, die einzelnen Baugruppen in räumlicher Trennung voneinander anzuordnen und die Verbindungen durch längere oder kürzere Kabel herzustellen. So können vorzugsweise die Baugruppe »Bedienung« einerseits und die Baugruppen »Steuerung«, »Leistung«, »Stromversorgung«, »Sicherung« andererseits in getrennten, durch Kabel miteinander verbundenen Gehäusen untergebracht werden. Eine weitere Kabelverbindung kann zu dem natürlich an der Waffe selbst angebrachten Elektromagneten führen.

Die Bedienungsbaugruppe kann beispielsweise die erforderlichen Umschalter, Kontrolleuchten, den Drucktaster und das Einstellpotentiometer enthalten, und außerdem kann ein Anschluß für ein Rhythmussteuergerät vorgesehen sein.

Die F i g. 1 bis 4 zeigen schematisch den Aufbau und die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Kadenzsteuerung.

F i g. 1 zeigt die räumliche Zuordnung der einzelnen Baugruppen;

F i g. 2 zeigt .die Wirkverbindungen bei der Schalterstellung »gesteuertes Einzelfeuer«;

F i g. 3 zeigt die Zusammenschaltung des Abfeuerungsmagneten mit dem Einschalt- und dem Ausschalt-Thyristor;

F i g. 4 zeigt das Zeit-Impuls-Diagramm für die Beschußart »gesteuertes Einzelfeuer«.

In F i g. 1 sind mit 1 das Steuergerät, mit 2 die Spannungsquelle, mit 3 das Bedienungsgerät und mit 4 der Abfeuerungsmagnet bezeichnet Das Steuergerät ist in einzelne Baugruppen aufgeteilt, die einzeln auswechselbar sind und mit mehrpoligen Steckern untereinander verbunden sind, wobei sich diese Steckverbindungen vorzugsweise bei Herausziehen der einzelnen Baugruppen lösen. Es sind dies die Baugruppen 11 Stromversorgung, 12 Sicherungseinsatz, 13 Leistungseinheit und 14 Steuereinheit. Die Spannungsquelle ist mit dem Spannungswandler, die Steuereinheit mit dem Bedienungsgerät und die Leistungsstufe mit dem Abfeuerungsma- gneten verbunden. Außerdem weist das Bedienungsgerät noch einen Anschluß 31 für ein Rhythmussteuergerät auf, und an der Leistungseinheit befinden sich die Anschlüsse 131 und 132 für die Endschalter der Munitionskästen. —^?

Am Bedienungsgerät befinden sich der Umschalter für »Einzelfeuer«, »gesteuertes Einzelfeuer« und »Dauerfeuer« sowie die zugeordneten Kontrolleuchten, ferner der Schlüsselschalter und der Drucktaster und schließlich der Betätigungsknopf für das Einstellpotentiometer, mit dem die Schußfolge gewählt wird. Außerdem kann ein; Umschalter »Munitionskasten rechts«, »Munitionskasten links« und »Magazin« vorgesehen sein; in dessen ersten beiden Stellungen wird jeweils nur der betreffende Munitionskasten benützt, während in der Stellung »Magazin« der Munitionsbestand nicht kontrolliert wird.

Die F i g. 2 stellt schematisch die Wirkverbindung der Anlage dar, wenn die Beschußart »gesteuertes Einzelfeuer« gewählt ist. Der Drucktaster 51 schaltet den bistabilen Multivibrator 52 um, der als Schaltverstärker wirkt und etwaiges Kontaktprellen des Örucktasters unwirksam macht. Solange der bistabile Multivibrator umgeschaltet ist, d. h. also, solange der Drucktaster gedrückt ist, läuft der Rechteckgenerator 53 mit einer Frequenz, die durch die Stellung des Einstellpotentiometers bestimmt ist. Seine Frequenz entspricht der Schußkadenz. Da die Dauer seiner Ausgangsimpulse sich bei Frequenzänderung ebenfalls ändert, ist ihm der monostabile Multivibrator 54 nachgeschaltet, dessen Ausgangsimpulsdauer im wesentlichen unabhängig von der Frequenz ist. Diese Ausgangsimpulse werden einmal über einen Verstärker 55 auf das Differenzierglied 56 gegeben. Diese verstärkten und differenzierten Rechteckimpulse werden dem Einschalt-Thyristor 57 zugeführt, der durchgeschaltet wird und damit den Magnetstromkreis schließt. Zum anderen werden die Ausgangsimpulse des monostabilen Multivibrators 54 auf eine Umkehrstufe 58 gegeben, so daß die Dauer der Ausgangsimpulse der Umkehrstufe gleich der Pause zwischen zwei Ausgangsimpulsen des monostabilen Multivibrators ist. Um die Ausgangsimpulse der Umkehrstufe zu verkürzen, werden sie auf einen weiteren monostabilen Multivibrator 59 gegeben und nach Verstärkung durch den Verstärker 60 dem Ausschalt-Thyristor 61 zugeführt, der dann den Magnetstromkreis 4 unterbricht. Der Einschalt- und der Ausschaltimpuls folgen also mit einem Abstand aufeinander, der durch die Impulsdauer des monostabilen Multivibrators 54 gegeben ist. Die Verhältnisse sind noch einmal deutlicher in dem Impulsschaubild F i g. 4 dargestellt; die mit einem Strich ' versehenen Bezugsziffern kennzeichnen jeweils den Ausgangsimpuls der zugehörigen Stufe. Es sei noch bemerkt, daß übliche Zwischenglieder (Umschalter, Sicherung, Verstärker, Kontrolleuchten usw.) nicht dargestellt sind.

Bei den Beschußarten »Einzelfeuer« und »Dauerfeuer« wird durch Umschaltung dafür gesorgt, daß die dann nicht benötigten Stufen außer Betrieb sind. Die obere Grenze der steuerbaren Schußfolge wird allein durch die Waffe (Vor- und Rücklaufzeit) und durch die Anzugszeit des Magneten bestimmt. Dementsprechend wird die maximale Kadenz, die man mit dem Einstellpotentiometer wählen kann, festzulegen sein. Sie liegt folglich niedriger als die Daüerfeuerkadenz. Der Rechteckgenerator, bestehend aus Miller-Integrator mit nachgeschalteter Grenzwertstufe, ist bei einem Impuls-Pausen-Verhältnis von 1:1 für Ausgangsfrequenzen zwischen 0,003 Hz und 20 kHz ausgelegt Damit wäre eine niedrigste einstellbare Kadenz von etwa 10 Schuß pro Stunde möglich. Sinnvollerweise wählt man jedoch das Verhältnis zwischen höchster und niedrigster einstellbarer Kadenz nicht größer als 10 :1, was sich ohne Schwierigkeiten verwirklichen läßt.

Fig.3 zeigt schematisch die Zusammenschaltung der Magnetspule mit dem Einschalt- und Ausschalt-Thyristor. Die Schaltung arbeitet wie folgt: Wenn der Einschalt-Thyristor 57 durchgesteuert wird, wird der Stromkreis, der die Magnetspule 41 enthält, geschlossen, und der Kondensator 40 lädt sich auf die Klemmenspannung auf, so daß an dem Belag 1 positives Potential liegt Wird nun der Ausschalt-Thyristor 61 durchgesteuert, liegt der Kondensator 40 parallel zum Einschalt-Thyristor 57, so daß die Kondensatorspannung als Sperrspannung für den Einschalt-Thyristor wirkt Dadurch wird der Thyristor 57 abgeschaltet und

der Magnetstromkreis unterbrochen. Der Kondensator wird so umgeladen, daß nun an dem Belag 2 positives Potential erscheint und der Strom über den Widerstand 39 fließt. Entsprechendes gilt, wenn der Einschalt-Thyristor wieder durchgesteuert wird. Die einzelnen Stufen

werden vorzugsweise mit konventionellen Halbleiterschaltkreisen bestückt; diese sind nicht Gegenstand der Erfindung, sondern ihre Zusammenschaltung und ihr Zusammenwirken.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

409 541/122

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektronisches ι Kadenzsteuergerät für gesteuertes Einzelfeuer'von Maschinenfeuerwaffen, deren Abfeuerung durch Ansteuern eines Elektromagneten mittels elektrischer Impulse erfolgt, die durch einen Pulsgenerator erzeugt werden und deren einstellbare Frequenz gleich der gewünschten Kadenz ist, wobei die Auslösung der Schüsse durch das Drücken eines Drucktasters bewirkt wird, d a durch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (4) mittels eines Einschalt-Thyristors (57) erregt wird und mittels eines Abschalt-Thyristors (61) entregt wird, wobei der Pulsgenerator aus einem mit einstellbarer Pulsfrequenz arbeitenden Rechteckgenerator (53) und einem durch die positiven Signale ausgelösten monostabilen Multivibrator (54), der Signale frequenzunabhängiger bzw. konstanter Dauer erzeugt, besteht, sowie für die Impulse zur Ansteuerung des Einschalt-Thyristors (57) aus einem Verstärker (55) und einem Differenzierglied (56) und für die Impulse zur Ansteuerung des Abschalt-Thyristors (61) aus einer Umkehrstufe (58), einem weiteren monostabilen Multivibrator (59) und einem Verstärker (60), derart, daß die Einschaltimpulse aus den Anstiegsflanken der Rechtecksignale des monostabilen Multivibrators (54) entstehen und die Abschaltimpulse aus den Abfallflanken dieser Rechtecksignale.

2. Elektronisches Kadenzsteuergerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen bistabilen Multivibrator (52), der bei Betätigung eines Drucktasters (51) umschaltet und den Rechteckgenerator (53) in Betrieb setzt.

3. Elektronisches Kadenzsteuergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechteckgenerator (53) aus einem Miller-Integrator mit nachgeschalteter Grenzwertstufe besteht.

4. Elektronisches Kadenzsteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Umschalterstellung »Einzelfeuer« bei Betätigung des Drucktasters (51) ein einziger Impuls auf das Differenzierglied (56) gegeben wird.

5. Elektronisches Kadenzsteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Umschalterstellung »Dauerfeuer« bei Betätigung des Drucktasters (51) der Einschalt-Thyristor (57) dauernd durchgesteuert wird und die Kadenz der Waffe nur durch die Vorlauf- und Rücklaufzeit des Verschlusses bestimmt ist.

6. Elektronisches Kadenzsteuergerät nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, gekennzeichnet durch getrennte Baueinheiten für die Bedienung (3), enthaltend Umschalter, Drucktaster, Potentiometer und Kontrolleuchten; für die Steuerung (14), enthaltend den Rechteckgenerator (53), den bistabilen und den monostabilen Multivibrator (52; 54); für die Leistungsstufe (13), enthaltend Vorverstärker (55, 60) und Thyristoren (51,61); und für die Stromversorgung (11) sowie für die Sicherungen (12).