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vertreten durch den
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Bundesminister der Verteidigung Bonn Verfahren und Vorrichtung zur
Justierung des Richtungswertgebers einer Kreiselanlage in Navigationsanlagen von
Kettenfahrzeugen relativ zur Fahrtrichtung Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Justierung des Richtungswertgebers einer Kreiselanlage
in Navigationsanlagen von Kettenfahrzeugen relativ zur Fahrtrichtung, beruhend auf
der Messung der geographischen Richtung des stehenden Fahrzeuges und einer Ausrichtung
der Kreiselanlagen-Halterung in Abhängigkeit vom Vermessungsergebnis.
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Um nämlich eine Navigation durchführen zu können, die über eine momentane
Standortbestimmung hinausgeht, muß der zurückgelegte Weg und die Richtung der Fahrzeug-Bewegung
bekannt sein. Bei Landfahrzeugen erhält man die Information über den Weg durch einen
in irgendeiner Form mit dem Antrieb verbundenen Weggeber. Das zweite wichtige
Element
einer Navigationsanlage ist die Baugruppe, die fortlaufend die Fahrtrichtung angibt,
die Kreiselanlage, auf deren Justierung die Erfindung gerichtet ist.
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Eine derartige Kreiselanlage besteht z.B. aus einem nordsuchenden
Kreisel und einem Kurskreisel. Der nordsuchende Kreisel hat die Aufgabe, am Ausgangspunkt
der Fahrt (bei stehendem Fahrzeug) die Bezugsrichtung Geographisch-(oder Gitter-)
Nord zu bestimmen, die dann nach Umsetzung in elektrische Richtungswerte im Rechner
der Navigationsanlage gespeichert wird. (Anmerkung: Gitter-Nord unterscheidet sich
von Geographisch-Nord dadurch, daß das Netz von Gitter-Nord eine Projektion mit
rechteckigen Koordinaten darstellt.) Gegen diese Bezugsrichtung werden dann im Rechner
die vom Kurskreisel kommenden elektrischen Richtungswerte als Fahrtrichtung gemessen.
Die hierzu benötigten elektrischen Signale werden mittels Richtungswertgeber (z.B.
Drehmelder) aus der Winkellage der für die Richtung maßgeblichen horizontalen Kreiselachse
relativ zur fahrzeugfesten Halterung der Kreiselanlage abgeleitet. In der Regel
wird aber die bezogene ilalterungsrichtung nicht genau mit der Fahrtrichtung übereinstimmen.
Deshalb muß die Halterung bezüglich der Fahrtrichtung ausgerichtet werden.
Diese
Ausrichtung der Halterung ist an sich bekannt; Problem ist aber zunächst, den richtigen
Korrekturwert für die Ausrichtung zu gewinnen.
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In der Praxis wird dieser Korrekturwert mittels Justierfahrten gewonnen.
Diese Fahrten werden auf Strecken von ca. 10 km Länge, deren Anfangs- und Endpunkte
geographisch vermessen sind, durchgeführt. Durch die Justierfahrten wird erreicht,
daß die Halterung und damit der Richtungswertgeber auf jeden Fall zur, für die Navigation
entscheidenden,
Fahrtachse und nicht zu irgendeiner anderen geometrischen Achse des Fahrzeuges justiert
werden kann, da zwischen diesen Achsen bei Kettenfahrzeugen ein winkel (sogenannter
Schiebewinkel) auftreten kann.
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Die vermessenen Strecken sind im allgemeinen zweimal in jeder Richtung
zu durchfahren, wodureh insgesamt zur Justierung der richtungsgebenden Baugruppen
40 km Fahrt notwendig sind. Nach jedem Aus- und Einbau, aufgrund von Wartungsarbeiten
und dergleichen, ist diese Prozedur zu wiederholen. Da größere Kettenfahrzeuge nicht
auf gewöhnlichen Landstraßen zugelassen sind, müssen diese auf speziellen Strecken
justiert werden, wodurch auch An- und Abtransportkosten entstehen. Nachteilig ist
außerdem die Fehlerbilanz dieses bekannten Justierverfahrens, in die Kettenschlupf,
die begrenzten Nordbestimmungs-Genauigkeit eines fahrenden Fahrzeuges und die Stabilität
(z. B.
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Kurskreiseldrift) der Kreiselanlage eingehen.
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Das Problem war also, die aufwendigen Justierfahrten zu vermeiden
und zugleich die Genauigkeit der Justierung zu erhöhen.
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Die Erfindung erfüllt diese Ansprüche. Sie ist in den
Patentansprüchen
im Wesen umrissen.
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Der durch das Erfindungsprinzip erzielte entwicklungsraffende technische
Fortschritt besteht in Folgendem: Die Justierfahrten fallen fort. Die Genauigkeit
der Justage ist gesteigert, weil nur noch der Fehler des nordbestimmenden Elementes
der Kreiselanlage eingeht. Weitere Vorteile des Verfahrens liegen indem weit geringeren
Zeitbedarf, der Ortsunabhängigkeit und dem geringeren Personalaufwand.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand der Abb. 1, einer Skizze des
Meßaufbaues, Abb. 2, einer schematischen Spiegelhalter-Draufsicht, Abb. 3, einem
(Rutschkupplung-) Detail des Spiegelhalters, beispielsweise erläutert.
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In Abb. 1 ist der Meßaufbau skizziert. Darin ist das Fahrzeug als
Rechteck schematisiert und seine Fahrtachse F gestrichelt eingezeichnet. Die Richtung
zu Geographisch-Nord vom Fahrzeug aus gesehen ist ebenfalls gestrichelt eingezeichnet
und mit Ngeo bezeichnet, die mit der Fahrtachse F den Winkel o( einschließt, den
es vor allem zu bestimmen gilt.
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Als äußere Fläche am Fahrzeug, die die Fahrtachse F beinhaltes, wurden
die bearbeiteten Flächen der Wanne des Kettenfahrzeuges gefunden, an die die Führungsrollen
der Ketten über Schwingarme angeflanscht sind. Die Fahrtrichtung von Kettenfahrzeugen
wird nämlich durch die Laufketten und deren Führungsrollen festgelegt. Außerdem
beträgt der maximal zulässige Fertigungsfehler für diese bearbeiteten Flächen 0,23'=
0,07 (d. h. 0,23 Minuten = 0,07 Strich, wobei 60 Minuten 1 Grad und 6.400 Strich
360 Grad sind).
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Daher besteht der erste Verfahrensschritt darin, an diese bearbeiteten
Flächen einen Spiegel Sp (mittels Spiegelträger) mit definierter Kraft anzupressen.
Dadurch wird erreicht, daß die Fahrtachse F durch die in der Autokollimationsrichtung
A liegende Spiegelnormale repräsentiert ist (wenn auch um einen festen Winkel, vorzugsweise
90 Grad, versetzt), ohne daß zusätzliche, genau zu bearbeitende Haltevorrichtungen
an der Vielzahl der Kettenfahrzeuge erforderlich wären. Demgegenüber werden infolge
der Erfindung nur wenige Spiegelträger benötigt. Außerdem wird mit Sicherheit immer
dieselbe Spiegelstellung. erreicht bzw. eine Verformung des Spiegelträgers verhindert.
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In Abb. 2 ist ein Spiegelträger schematisch dargestellt.
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Strichpunktiert ist die Ebene der bearbeiteten "Anlenkflächen der
Wanne für die Schwingarme gezeichnet. Hierauf aufgesetzt sind einzelne räumlich
auseinander liegende Auflageflächen". Die Zahl der Auflageflächen ist nicht vorgeschrieben
und richtet sich u.a. nach den Gegebenheiten des Kettenfahrzeuges, sie beträgt aber
vorzugsweise drei, die in Form eines Dreieckes angeordnet sind. Untereinander sind
die Auflageflächen durch Verbindungsstege T miteinander verbunden.
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Vorzugsweise ist der Spiegelträger aus Vierkantrohr und als dreistrahliger
Stern ausgebildet. Der Spiegel Sp ist im Endpunkt des einen Strahles befestigt.
Vorzugsweise liegt der Spiegel Sp auf oder in der Nähe der Normalen zu einer der
Auflageflächen. Um den dritten Strahl anpressen zu können, ist an der Wanne des
Kettenfahrzeuges ein zusätzlicher Nocken angebracht, der mit den Anlenkflächen in
einer Ebene liegt und zusammen mit ihnen bearbeitet wird. Die beiden anderen Arme
des dreistrahligen Sternesliegen auf je einer Anlenkfläche für die Schwenkarme auf.
Die Form der Vorrichtung muß sich aber nach den jeweiligen Gegebenheiten bei den
verschiedenen Kettenfahrzeugen richten.
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Die genaue Definition der Anpreßkraft P erfolgt dadurch, daß der Spiegelträger
bzw. seine Verbindungsstege T mittels einer Gewindespindel mit einstellbarer Rutschkupplung
gegen einen geeigneten Stützteil bzw. -winkel (z. B.
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Stoßdämpfer, Federbeine) an der Wanne des Kettenfahrzeuges abgestützt
wird.
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In der Seitenansicht Abb. 3 ist eine beispielhafte Ausführung einer
Gewinde spindel 1 mit Rutschkupplung gezeigt. Die Rutschkupplung besteht aus den
beiden Scheiben 2 und 3. Die untere Scheibe 2 ist an der Gewindespindel 1 befestigt
und trägt nach oben hin einen Gewindebolzen 4. Mit der zweiten Scheibe 3 fest verbunden
ist eine Mutter 5 (oder diese Scheibe 3 ist als Rändelscheibe ausgebildet). Die
Scheibe 3 weist innen eine glatte Bohrung auf und ist auf den Gewindebolzen 4 axial
verschiebbar aufgesteckt. Zusätzlich aufgesteckt ist eine Spiralfeder 6. Die Scheibe
3 wird mittels der weiteren Mutter 7 (über die Spiralfeder 6-) gegen die Scheibe
2 gepreßt. Wenn die Mutter 5 gedreht wird, so wird über die Scheibe 3 die Scheibe
2 und damit die Gewindespindel 1 solange mitgedreht, wie die Reibung (durch Mutter
7 einstellbar) zwischen den beiden Scheiben 3 und 2 für die Übertragung eines bestimmten
Drehmomentes ausreicht.
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Wenn dieser Wert aber überschritten werden sollte, so rutscht die
Scheibe 3 gegen die Scheibe 2 durch und die Kupplung ist unterbrochen; die Gewindespindel
1 dreht nicht mehr mit.
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Die Gewinde spindel 1 ist in einem Gewindeloch des Verbindungssteges
T, beispielsweise am Ort des die Anpreßkraft P symbolisierenden Pfeiles in Abb.
2., geführt.
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Dieses Gewindeloch liegt bei der bevorzugten sternförmigen Ausbildung
des Spiegelträgers in dessen Zentrum (Kreuzungspunkt der einzelnen Verbindungsstege).
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Das Gegenlager für die beim Drehen der Gewindespindel 1 erzeugten
Anpreßkraft bilden Teile des Fahrwerkes, die sich -an der Wanne befinden, wie Stoßdämpfer,
Federbeine.
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Gegen diese, schematisch mit 8 gezeichneten Masse, stützt sich der
Gewindebolzen 7 ab. Im übrigen richtet sich aber die Auswahl des richtigen Abstützteiles
nach den Gegebenheiten des Kettenfahrzeuges.
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Die Auflageflächen des Spiegelträgers werden auf einer Tuschierplatte
auf Ebenheit und Flucht geprüft.
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Der Spiegel Sp, ein Oberflächenspiegel, selber ist auf dem Spiegelträger
justierbar angebracht. Bevorzugt ist
die Anordnung in der Nähe
einer Auflagefläche bzw. auf der Normalen einer der Auflage flächen. Durch diese
Anordnung würde sich eine eventuelle Verformung des an sich steif auszubildenden
Spiegelträgers nur minimal auf den Spiegel auswirken können.
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In Abb. 2 ist eine derartige Lage des Spiegels Sp gezeichnet. Die
Justiervorrichtung für den Spiegel ist lediglich schematisch angedeutet durch drei
Justierschrauben S, die auf einem Kreis K (Schnitt A - B) liegen und den Spiegel
in bekannter Weise neigbar halten bzw. in einer nicht gezeichneten Halterung auszurichten
gestatten. Der Spiegel auf dem Spiegelträger muß nämlich auf einer Tuschierplatte
mit Hilfe eines Autokollimators und eines Kontrollspiegels absolut parallel zu den
Auflageflächen des Spiegelträgers justiert werden (Parallelität < 0,1 Strich)
Wenn der Spiegel Sp mit definierter Kraft an die.Anlenkflächen angepreßt ist, läßt
sich sodann der Winkel zwischen der Spiegelnormalen und der Nordrichtung in Auto--kollimation
vermessen.
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Die in gebräuchlicher Technik auszuführende Vermessung wird anhand
der Abb. 1 erläutert: B ist eine Basislinie
> 100 Metern Länge,
deren Winkel # zur geometrischen Nordrichtung bekannt ist (Richtungsfehler 4 0,2
Strich).
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Wird nun ein Theodolit mit Autokollimationseinrichtung über dem Meßpunkt
Mp aufgestellt und in Autokollimation mit dem Spiegel Sp gebracht, so kann in bekannter
Weise der Winkel t zum Zielpunkt Z ermittelt werden. Der (an sich im Fahrzeug) gesuchte
Winkel 0< ergibt sich zu α = # - (µ + 90°).
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Messungen in Autokollimation mit einem Theodoliten werden bei hinreichender
Genauigkeit dadurch erreicht, daß ein Ring mit Fadenkreuz auf das Objektiv des Theodoliten
aufgesteckt ist und bei der Messung durch Zielung auf den Spiegel am Fahrzeug das
reflektierte Bild des Fadenkreuzes mit dem Theodolitenfadenkreuz in Deckung gebracht
wird.
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Auf den außerhalb des Fahrzeuges ermittelten Winkel 6f muß schließlich
die Halterung der Kreiselanlage im Innern des Fahrzeuges ausgerichtet werden, so
daß die Fahrtrichtungsanzeige der Navigationsanlage denselben, außerhalb des Fahrzeuges
ermittelten Winkelwert anzeigt.
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Beispielsweise läßt sich in bekannter Weise die als Grundplatte ausgebildete
Halterung der Kreiselanlage nach Lösen von Befestigungsschrauben mittels eines für
diesen Zweck eingebauten Gewindespindel-Triebes gegenüber dem Fahrzeug schwenken,
wobei sich die Ziffern der Fahrtrichtungs-Anzeige entsprechend dem Schwenkwinkel
korrigieren. Nach dem Anziehen der Befestigungsschrauben ist dann diese fahrtrichtungsidentische
Stellung der Halterung bzw. des Richtungswertgebers fixiert.
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Da es sich um eine Nullpunktjustierung des Richtungswertgebers handelt,
kommt neben einer o.a. mechanischen Justierung - Verschiebung bzw. Schwenkung zweier
beweglicher Teile eines Wertegebers (z.B. mit der Grundplatte verbundenen Stator
gegen Rotor eines Drehmelders) -ksæ* auch eine Nullpunktskorrektur des elektrischen
Meßwert-Signals selbst in Betracht, wie Potential-Verschiebung einer elektrischen
Analog-Signal-Spannung.
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Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelte
Winkel
o( ist maximal nur mit einem Fehler von 4 1 behaftet. Der Gesamtfehler setzt sich
aus folgenden maximalen Einzelfehlern zusammen: 1. Bearbeitungsfehler der Anlenkflächen
für Schwingarme an der Panzerwanne ca. 0,1 2. Richtungsfehler der Basislinie B ca.
0,2 3. Justierfehler zwischen Spiegel Sp und Auflageflächen ca. 0,1 4. Reproduzierbarkeit
der Anpressung des Spiegelträgers an die Anlenkflächen der Wanne des Kettenfahrzeuges
ca. 0,4 Gesamtfehler ca. 0,8 Somit wird durch das erfindungsgemäße Verfahren die
Genauigkeit der Justierung der Kreiselanlage gesteigert, weil nur noch die Fehler
der Nordbestimmung und der Fehler der Justiervorrichtung in die Fehlerbilanz eingehen.
Der Fehler der Justiervorrichtung ist aber erheblich kleiner als der aufgrund der
Instabilität der Richtungsreferenz der Kreiselanlage auftretende Fehler.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der
Kosteneinsparung durch Wegfall der Justierfahrten.
Eine herkömmliche
Justierung erfordert mindestens zwei Betriebsstunden des Kettenfahrzeuges ohne An-und
Abtransport zur Meßstrecke. Die Kosten der bei den Fahrten notwendigen Begleitfahrzeuge
und dessen Personals entfallen ebenfalls, da für die Justierung nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren zwei Mann ausreichend sind, die angelernt werden können.