DE19955234A1 - Geschoßansetzer für Artillerie - Google Patents
Geschoßansetzer für ArtillerieInfo
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Abstract
Ein Geschoßansetzer für Artillerie mit einem hinter dem Geschütz angeordneten Schlitten (4), der eine fluchtend zum Ladungsraum angeordnete Aufnahmemulde (4.4) mit einem Angriffselement (4.2) am hinteren Ende für das Geschoß (G) trägt und über eine Führung (4.1) bewegbar auf einer parallel zur Geschützrohrachse (R) laufenden Führungsbahn (4.3) geführt ist. Der Schlitten (4) ist mit einer Antriebsvorrichtung zur Beschichtung in Richtung auf das Geschützrohr (1) gekoppelt, die einen elektrischen Linearmotor aufweist, dessen Primärteil (5) flach und nach oben weisend unterhalb des Schlittens (4) fest angeordnet ist, während an der Unterseite des Schlittens (4) der als längliches flaches Bauelement ausgebildete Sekundärteil (6) befestigt ist. Die Stromversorgungseinrichtung für den Linearmotor kann über einen Batteriepuffer an das Bordnetz eines Kraftfahrzeugs angeschlossen sein. Sie kann weiterhin einen elektrischen Kurzzeitspeicher enthalten.
Description
Die Erfindung betrifft einen Geschoßansetzer für Artillerie mit den Merkmalen
aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein derartiger, auch als "Freiflugansetzer" bezeichneter Geschoßansetzer ist
beispielsweise in EP 0 352 584 A2 beschrieben.
Das Prinzip des Freiflugansetzers besteht darin, daß einem außerhalb der
Waffenanlage befindlichen Geschoß eine so hohe Geschwindigkeit verliehen
wird, daß sich dieses nach dem Verlassen des Beschleunigungssystems auf
grund der durch die Beschleunigung bewirkten kinetischen Energie im freien
Flug weiterbewegt und der Ansetzvorgang auf diese Weise realisiert wird. Die
in der obengenannten Druckschrift, so wie beispielsweise auch in CH 664 627
beschriebenen Freiflugansetzer besitzen zum Beschleunigen ein Schlittensys
tem, bei dem das auf dem Schlitten gelagerte Geschoß einschließlich des
Schlittens beschleunigt wird und beim Erreichen der erforderlichen Ansetzge
schwindigkeit der Schlitten abgebremst wird. Das Geschoß fliegt dann durch
das Bodenstück in den Ladungsraum der Waffe und wird in den Zügen des
Waffenrohres angesetzt.
Bei Artilleriegeschützen ist hinter der Waffenanlage in der Regel nur ein relativ
kurzer Beschleunigungsweg für das Schlittensystem realisierbar, auf dem der
Schlitten mit dem Geschoß auf die erforderliche Ansetzgeschwindigkeit be
schleunigt werden muß. Aus dem gegebenen Beschleunigungsweg und der
zu erreichenden Ansetzgeschwindigkeit errechnen sich hohe Beschleuni
gungswerte. Dadurch ergibt sich zur Beschleunigung der vorhandenen Mas
sen (Schlitten und Geschoß) zwangsläufig eine hohe Beschleunigungskraft,
die schlagartig aufgebracht werden muß. Dies bedeutet, daß für den Be
schleunigungsvorgang kurzzeitig eine hohe Energiedichte zur Verfügung ste
hen muß.
Bei bekannten Geschoßansetzern werden pneumatische (EP 0 352 584 A2)
bzw. hydraulische (CH 664 627) Antriebsvorrichtungen verwendet, die als
Kolben-Zylinderantriebe ausgebildet sind, wobei das zum Betreiben jeweilige
Medium in einem Arbeitsspeicher gespeichert ist und mittels eines speziellen
Steuerventils schlagartig dem Kolben-Zylinderantrieb zugeführt wird.
Zum Erzeugen der erforderlichen Druckluft bzw. des Hydraulikdrucks verwen
det man eine elektromotorisch betriebene Kompressoranlage bzw. ein Hy
draulikaggregat.
Die Wandlung der elektrischen Energie in eine andere Energieform, deren
Aufbereitung und Speicherung erfordern einen hohen Aufwand und sind mit
erheblichen Wirkungsgradverlusten verbunden.
Es sind weiterhin Freiflugansetzer bekannt, die als Antriebsvorrichtung Feder
speicher, beispielsweise elektromotorisch vorgespannte Schraubenfedern
oder Gasfedern verwenden, welche beim Ansetzvorgang mechanisch ausge
löst werden und die gespeicherte Energie über nachgeschaltete Maschinen
bauteile (Ketten, Zahnstangen) auf das Geschoß oder den Ansetzschlitten
übertragen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Geschoßansetzer für Artille
rie mit den eingangs und im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen
Merkmalen so auszugestalten, daß in der Antriebsvorrichtung elektrische
Energie direkt in kinetische Energie umgewandelt wird und damit der Wir
kungsgradverlust durch eine Umwandlung der elektrischen Energie in eine
andere Energieform vermieden wird.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die Realisierung einer solchen
Antriebsvorrichtung durch von herkömmlichen Elektromotoren angetriebene
Systeme an der Umsetzung der für den Augenblick des Ansetzvorgangs er
forderlichen hohen elektrischen Energie in die translatorische Schlittenbewe
gung scheitert. Infolge der Umsetzung der Drehbewegung eines herkömmli
chen Elektromotors in die translatorische Schlittenbewegung stoßen die hier
für im Maschinenbau bekannten Maschinenelemente (Ketten, Spindeln, Ge
triebe, Zahnstangen) infolge der bei der Beschleunigung auftretenden Mas
senkräfte und den hohen Ansetzgeschwindigkeiten an die Grenzen ihrer Be
lastbarkeit. Weiterhin ist, insbesondere bei in Kampffahrzeugen angeordneten
Geschützen, wegen der Baugröße eines herkömmlichen Elektromotors, der
erforderlichen Leistung und dessen Gewicht die Unterbringung, beispielsweise
Anordnung an einem beweglichen Ladearm, kaum realisierbar.
Die Lösung der obengenannten Aufgabe geschieht erfindungsgemäß mit den
Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1. Vorteil
hafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen be
schrieben.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht demnach darin, anstelle der be
kannten, als Kolbenzylinderantrieb ausgebildeten Antriebsvorrichtung einen
elektrischen Linearmotor zu verwenden. Linearmotoren erlauben die direkte
Erzeugung linearer Bewegungen ohne das Zwischenschalten von Getrieben.
Die Kraft wird vielmehr direkt an dem zu bewegenden Teil erzeugt. Alle me
chanischen Zwischenglieder entfallen, und die elektrische Energie wird direkt
in der vorhandenen Form zugeführt und braucht nicht in eine andere Ener
gieform umgewandelt zu werden.
Ein weiterer Vorteil der als Linearmotor ausgebildeten Antriebsvorrichtung
besteht darin, daß im Gegenansatz zum Kolben-Zylinderantrieb, der seine
Schubkraft bis zum Ende des Beschleunigungshubes entwickelt, der Be
schleunigungsvorgang und ein eventueller Abbremsvorgang beim Linearmotor
sehr genau steuerbar ist. So kann beispielsweise infolge der Regelbarkeit des
Linearmotors in der Bremsphase die Antriebskraft abgeschaltet oder umge
kehrt werden. Der Linearmotor kann also eine zusätzliche Bremskraft entwic
keln, die bei der Auslegung der Mittel zur Abbremsung des Schlittens berück
sichtigt werden kann. Wie weiter unten anhand von Ausführungsbeispielen
erläutert, ist es auch möglich, den Linearmotor so zu dimensionieren und am
Schlitten anzuordnen, daß in der Bremsphase das Sekundärteil des Linear
motors den Stator des Linearmotors verläßt. Durch die reduzierte Überdec
kung reduziert sich automatisch die Schubkraft des Motors.
Die elektrische Versorgung des Linearmotors kann bei einem in einem
Kampffahrzeug angeordneten Geschütz aus einem durch das Bordnetz ge
speisten Batteriepuffer erfolgen. Um für den Ansetzvorgang kurzfristig eine
hohe elektrische Leistung verfügbar zu haben, kann ein Kurzzeitspeicher ein
gesetzt werden, dessen Kapazität für einen Ansetzvorgang ausgelegt ist.
Weiterhin ist es möglich, aufgrund eines am Ansetzschlitten angebrachten
elektrischen Meßsystems den Ablauf des Ansetzvorgangs zu überwachen und
über eine Regelung gezielt die Abgabe der elektrischen Leistung an den Line
armotor zu steuern.
Hierdurch ergeben sich als weitere Vorteile:
- a) eine kontrollierte Steuerung eines optimalen Weg-Zeit-Ablaufes des An setzschlittens;
- b) eine elevationsabhängige Regelung der erforderlichen Ansetzgeschwin digkeit;
- c) eine Regelung der Antriebskraft in Abhängigkeit von der Geschoßart;
- d) eine Beeinflussung des Bremsvorgangs.
Im folgenden werden anhand der beigefügten Zeichnungen Ausführungsbei
spiele für einen Geschoßansetzer nach der Erfindung näher erläutert.
Fig. 1 im Längsschnitt das hintere Ende eines Geschützrohres mit einem
Geschoßansetzer in Ruhelage;
Fig. 2 in einer Darstellung analog Fig. 1 den Geschoßansetzer in der Ab
bremslage;
Fig. 3 in gegenüber Fig. 1 leicht vergrößerter Darstellung einen Schnitt
durch den Geschoßansetzer nach der Linie A-A in Fig. 1;
Fig. 4 in einer Darstellung analog Fig. 3 einen entsprechenden Schnitt durch
eine andere Ausführungsform des Geschoßansetzers;
Fig. 5 in einem Blockschaltbild die elektrische Versorgungseinrichtung für
einen Geschoßansetzer nach Fig. 1 bis 4;
Fig. 6 den Wegzeitverlauf des Ansetzschlittens beim Ansetzvorgang.
Fig. 1 zeigt das hintere Ende des Geschützrohres 1 eines im übrigen nicht
dargestellten Artilleriegeschützes, an dem das Bodenstück 1.1 angeordnet ist.
Am Geschützrohr 1 ist ein um die Schildzapfenachse S hochschwenkbarer
Geschoßübergabearm 2 angeordnet, der an seinem äußeren Ende einen Trä
ger 3 trägt, auf dem ein Geschoßansetzer angeordnet ist. Über dem Träger 3
ist eine Führungsbahn 4.3 befestigt, auf der über eine Rollenführung 4.1 ein
Schlitten 4 in Richtung parallel zur Rohrseelenachse R geführt ist. Am hinte
ren Ende des Schlittens 4 befindet sich ein schalenartiges Angriffselement 4.2
als Mitnehmer für das auf dem Schlitten in einer Aufnahmemulde 4.4 liegende
Geschoß G. Am vorderen Ende des Schlittens ist ein an sich bekannter und
nicht näher beschriebener Stoßdämpfer 7 angeordnet, dessen Anschlag 7.1 in
der in Fig. 2 dargestellten Endlage des Schlittens 4 am hinteren Ende des
Geschützrohres anliegt. Beim Ansetzvorgang bewegt sich also der Schlitten 4
aus der in Fig. 1 dargestellten Ruhelage in die in Fig. 2 dargestellte Endlage,
wobei in Fig. 2 der Beginn der Endlage mit durchgezogenen Linien und die
nach Einfahren des Stoßdämpfers 7 endgültige Endlage gestrichelt dargestellt
ist. Während und nach der Abbremsung des Schlittens 4 bewegt sich das Ge
schoß G im Freiflug in das Geschützrohr 1 hinein.
Die Antriebsvorrichtung zur Beschleunigung des Schlittens 4 weist bei der in
den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform einen elektrischen Linearmotor
auf mit einem langgestreckten flachen, zwischen dem Träger 3 und dem
Schlitten 4 fest angeordneten Primärteil 5, das in einer in Fig. 1 und 2 nicht
dargestellten Weise an die elektrische Versorgungseinrichtung angeschlossen
ist. Das bewegbare Sekundärteil 6 des Linearmotors ist als längliches flaches
Bauelement ausgebildet und besteht aus ferromagnetischem Material, bei
spielsweise aus Eisen mit einer Magnetspur 6.1. Das Sekundärteil 6 überfährt
das flach liegende Primärteil 5. Bei dieser Anordnung tritt eine Anzugskraft in
zweifacher Höhe der maximalen Vorschubkraft zwischen Primär- und Sekun
därteil auf, die von der Schlittenführung 4.1-4.3 übertragen werden muß. Der
Raum für den nicht dargestellten Stoßdämpfer ist in Fig. 3 mit 7.2 bezeichnet.
Fig. 4 zeigt eine Antriebsvorrichtung die mit zwei Linearmotoren ausgerüstet
ist. Bauteile in Fig. 4, die entsprechenden Bauteilen aus Fig. 3 entsprechen,
sind mit der gleichen Bezugsziffer und einem Apostrophstrich gekennzeichnet.
Bei dieser Ausführungsform ist der Schlitten 4' über eine Linearführung 4.1' in
einer zentralen Führungsschiene 4.3' geführt. Die Primärteile 5.1' und 5.2' der
Linearmotoren sind zu beiden Seiten des Schlittens 4' fest im Träger 3' ange
ordnet. Den Primärteilen 5.1' und 5.2' gegenüberliegend sind an den beiden
Seiten des Schlittens die als nach außen weisende Bauelemente ausgebilde
ten, aus ferromagnetischem Material bestehenden Sekundärteile 6.1' und 6.2'
angeordnet, die jeweils eine Magnetspur 6.1' bzw. 6.1" tragen. Primär- und
Sekundärteile sind hier also in vertikaler Richtung und einander gegenüberlie
gend ausgerichtet. Bei dieser Anordnung kompensieren sich die Anzugskräfte
durch die paarweise Anordnung der Primär- und Sekundärteile. Sie sind aller
dings innerhalb der Struktur des Schlittens 4' nach wie vor vorhanden, so daß
eine sehr steife Schlittenstruktur realisiert werden muß. Außerdem entsteht
durch die paarweise Anordnung ein etwas erhöhter Bauaufwand.
Bei den beiden beschriebenen Ausführungsformen kann man durch entspre
chende Ausbildung des Primärteils und des Sekundärteils im Hinblick auf de
ren Länge entsprechend dem zur Verfügung stehenden Bauraum einen ent
sprechend langen Beschleunigungsweg für den Ansetzschlitten 4 bzw. 4' er
reichen. Dies hat zur Folge, daß man zum Beschleunigen des Schlittens 4
bzw. 4' mit Geschoß G eine niedrigere Beschleunigungskraft benötigt und der
kurzzeitige Leistungsbedarf des Linearmotors reduziert wird.
Weiterhin kann die Schlittenlänge auf die Länge des Sekundärteils gekürzt
werden, wodurch sich eine Gewichtsreduzierung ergibt.
Durch die auf dem Schlitten 4 bzw. 4' angeordnete Ladeschale 4.4 bzw. 4.4'
kann erreicht werden, daß das vordere Ende der Ladeschale beim Abbremsen
des Schlittens in den Ladungsraum der Waffe eintaucht (Fig. 2 gestrichelte
Darstellung). Durch diese Maßnahme wird das Abgangsverhalten des Ge
schosses G im Augenblick des "Abflugs" von dem Ansetzschlitten 4 merklich
verbessert.
Eine elektrische Versorgungseinrichtung für die in den Fig. 1 bis 4 dargestell
ten Antriebsvorrichtungen des Geschoßansetzers zeigt Fig. 5. Die Versor
gungseinrichtung besitzt einen beispielsweise an das Bordnetz des Kampf
fahrzeugs angeschlossenen Batteriepuffer 9. Für als Synchronmaschinen
ausgebildete Linearmotoren muß die vorhandene Gleichspannung auf die für
den Betrieb des Linearmotors bzw. der Linearmotoren erforderliche Wech
selspannung umgeformt werden. Dies erfolgt mittels eines an den Batterie
puffer 9 angeschlossenen Umrichter 8. Da für den Ansetzvorgang kurzfristig
eine hohe elektrische Leistung verfügbar sein muß, enthält der Umrichter 8
einen Kurzzeitspeicher 8.1, dessen Kapazität für einen Ansetzvorgang aus
gelegt ist.
Ein am Ansetzschlitten 4 bzw. 4' angebrachtes elektrisches Meßsystem 10
überwacht den Ablauf des Ansetzvorganges und steuert über eine Regelung
11 gezielt die Abgabe der elektrischen Leistung aus dem Kurzzeitspeicher 8.1
an das Primärteil 5 des Linearmotors.
Die Regelung kann nach beliebig vorgebbaren Steuerkennlinien erfolgen, ge
mäß denen der Schlitten in den verschiedenen Bewegungsphasen beschleu
nigt oder abgebremst wird.
Fig. 6 zeigt in beispielhafter Weise den Weg-Zeit-Verlauf des Ansetzschlittens
beim Ansetzvorgang mit einer Beschleunigungsphase, einer Bremsphase,
einer Ruhephase und einer Rücklaufphase.
Claims (14)
1. Geschoßansetzer für Artillerie mit einem hinter dem Geschütz angeord
neten Schlitten, der eine fluchtend zum Ladungsraum angeordnete Auf
nahmemulde mit einem Angriffselement am hinteren Ende für das Ge
schoß trägt und über eine Führung bewegbar auf einer parallel zur Ge
schützrohrachse verlaufenden Führungsbahn geführt ist und der mit einer
Antriebsvorrichtung zur Beschleunigung in Richtung auf das Geschützrohr
gekoppelt ist, wobei Mittel zur Abbremsung des Schlittens in einem vorge
gebenen Abstand vor dem hinteren Ende des Geschützrohres vorgesehen
sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung mit mindestens
einem elektrischen Linearmotor (5-6, 5.1'-6.1', 5.2'-6.2') ausgerüstet ist.
2. Geschoßansetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Primärteil (5, 5.1', 5.2") des Linearmotors, an dem die Stromzuführung er
folgt, fest mit der Führungsbahn (4.3, 4.3') verbunden ist, während der Se
kundärteil (6, 6.1', 6.2') mit dem Schlitten (4, 4') verbunden ist.
3. Geschoßansetzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Primärteil (5) des Linearmotors eine vorgegebene größere Länge besitzt
als der Sekundärteil (6).
4. Geschoßansetzer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Sekundärteil (6, 6.1', 6.2') des Linearmotors aus einem
länglichen, flachen Bauelement aus ferromagnetischem Material mit einer
Magnetspur (6.1, 6.11', 6.1") besteht.
5. Geschoßansetzer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Stromversorgungseinrichtung für den Linearmotor einen
elektrischen Kurzzeitspeicher (8.1) aufweist.
6. Geschoßansetzer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim
Einsatz des Geschoßansetzers in einem Kampffahrzeug die Stromversor
gungseinrichtung für den Linearmotor einen an das Bordnetz angeschlos
senen Batteriepuffer (9) aufweist.
7. Geschoßansetzer nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß bei einem als Synchronmotor ausgebildeten Linearmotor die
Stromversorgungseinrichtung einen Wechselrichter (8) enthält.
8. Geschoßansetzer nach einem der Ansprüche 1 bis 7 gekennzeichnet
durch eine elektrische Steuereinrichtung (11), durch welche der Bewe
gungsablauf am Linearmotor in Abhängigkeit von der zurückgelegten
Wegstrecke und/oder der Bewegungsrichtung und/oder der Elevation des
Geschützrohres gemäß vorgegebenen Werten steuerbar ist.
9. Geschoßansetzer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Steuereinrichtung (11) mit Meßgeräten (10) für die zurückgelegte Weg
strecke und/oder die Bewegungsrichtung und/oder die Elevation des Ge
schützrohres verbunden ist.
10. Geschoßansetzer nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die Abbremsung der Schlittenbewegung mindestens zum Teil durch gene
ratorische Bremsung mittels des Linearmotors erfolgt.
11. Geschoßansetzer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß Primärteil (5, 5.1', 5.2') und Sekundärteil (6, 6.1', 6.2') des
Linearmotors so angeordnet sind, daß der Sekundärteil nach einer vorge
gebenen Wegstrecke den Einwirkungsbereich des Primärteils verläßt.
12. Geschoßansetzer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß zwischen den Schlitten (4) und das hintere Ende des Ge
schützrohres (1) eine als Stoßdämpfer (7) ausgebildete Bremsvorrichtung
eingeschaltet ist.
13. Geschoßansetzer nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Antriebsvorrichtung einen Linearmotor aufweist, dessen
Primärteil (5) flach und nach oben weisend unterhalb des Schlittens (4)
fest angeordnet ist, während an der Unterseite des Schlittens (4) der als
längliches flaches Bauelement ausgebildete Sekundärteil (6) befestigt ist.
14. Geschoßansetzer nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Antriebsvorrichtung zwei Linearmotoren aufweist, deren
Primärteile (5.1', 5.2') zu beiden Seifen des Schlütens (4') fest angeordnet
sind, während an den Seiten des Schlittens (4') jeweils die als nach außen
weisende Bauelemente ausgebildeten Sekundärteile (6.1', 6.2') befestigt
sind.
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