DE3213172A1

DE3213172A1 - Formschlussloser elektromotorischer drehantrieb fuer waffenanlagen

Info

Publication number: DE3213172A1
Application number: DE19823213172
Authority: DE
Inventors: Helmut Lang
Original assignee: Brown Boveri und Cie AG Germany; BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: Fried Krupp AG Hoesch Krupp
Priority date: 1982-04-08
Filing date: 1982-04-08
Publication date: 1983-10-13
Also published as: DE3213172C2

Description

Formschlußloser elektromotorischer Drehantrieb für
Waffenanlagen Die Erfindung betrifft einen formschlußlosen, entkoppelten elektromotorischen Drehantrieb für Geschütz- und Panzertürme und Waffenhöhenantriebe, vorzugsweise für stshilisierte Waffenanlagen.
Die Forderung nach Bekämpfbarkeit bewegter Ziele ohne Unterbrchung der eigenen Fahrt stellt an die Sitht- und Richtanlagen der ;Iaffensysteme, insbesondere bei Kanpf-und Schützenpanzer, erhebliche Anforderungen in bezug auf Stabilisierungsgüte in Höhe und Seite und auf verzugslose Umsetzung der Richtsignale des Schützen.
Bei herkömmlichen Richtanlagen wirken getriebeübersetzte Hydro- oder Elektromotoren als Stellglieder für die Drehachse des Turmes und die Höhenachse der Waffe. Die Höhendrehung der Waffe kann auch über Hydrozylinder enfolgen.
Bei allen formschlüssigen Einleitungen der Antriebsenergie in die Last (Turm, Waffe, Sichtgeräte) tritt eine Verkopplung der Massenträgheitsmomente der Antriebsmotoren mit den Massenträgheitsmomenten der Last ein. Dies hat zur Folge, daß Störgrößen (z.B. Fahrtrichtungsänderung, viörationen oder Stöße der Panzerwand) mit dem getriebeübersetzten Massenträgheitsmoment des Antriebsmotors auf die raumstabile Last eingekoppelt werden und zu einer auszuregelnden Raumwinkelabweichung führen. Der Energiebedarf zur Ausregelung dieses Anteils der Regelabweichung ist um so größer, je höher das lastbezogene Trägheitsmoment der Antriebsbaugruppen ist.
Ein Verfahren zur Entkopplung der Massenträgheitsmomante zwischen Antrieb und Last besteht darin, die Antriebsmomente durch das Anbremsen von rotierenden Massen zu erzeugen. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß Verlustwärme, Verschleiß und Geräusch durch Reibung entstehen, und daß bei Antrieb großer Lasten wie Panzertürme auf ein Untersetzungsgetriebe nicht verzichtet werden kann, wodurch doch wieder eine nicht vernachlässiybare Kopplung entsteht.
Die bekannten Drehantriebe unterliegen einer erheblichen Wartungshäufigkeit sowie einem hohen Verschleiß an den UbertragungsmitteIn der Antriebe, insbesondere an der Verzahnung des Turmdrehkranzes, bedingt durch häufige Drehrichtungsumkehr.
Insbesondere bei Panzern, die mit stabilisierter Kanone und Turm durch schweres Gelände fahren, muß der Turm-und Waffenantrieb ständig umgesteuert werden, wobei neben der Verschleißanfälligkeit die Elastizitten und die Lose in den Antriebselementen störend wirken.
Ferner stellen Reibkupplungen zur Begrenzung rückwirkender Drehmomente Problembauteile dar, da die Haftreibbei- werte Veränderungen unterliegen. Haftreibbeiwerterhöhungen bedingen Getriebezerstörungen beim Auftreten rückwirkender Drehmomente, wie sie bei tangierender Berührung von Turmbauteilen mit Hindernissen entstehen.
Ausgehend von dieser Problemstellung liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen elektromotorischen Drehantrieb für Geschütz- und Panzertürme anzugeben, bei dem die Antriebskräfte des Rotors kraftschlüssig auf den Turm und die Waffe wirken.
Die Lösung der gestellten Aufgabe wird dadurch erreicht, daß der Drehantrieb ein an sich bekannter Torque-Ring-Motor ist, dessen Stator am feststehenden Teil und dessen Rotor direkt an der drehbaren Last angeflanscht ist.
Der an sich bekannte Torque-Ring-Motor ist im Prinzip ein permanent erregter Gleichstrommotor mit Neben schluR-Charakteristik. Die Ankerwicklung ist in Form von strahienförmigen Lamellen in Stabform ringartig angeordnet. Die Kominutierung erfolgt direkt auf den Ankerstäben. Damit entfä]lt der besondere, vom Glerchstrommotor üblicher Bauart her bekannte Kommutator.
Der Feldaufbau erfolgt mittels Dauermagneten, die sowohl über als auch unter dem Läuferring angeordnet sind. Der Magnet-Rückschluß erfolgt über die Stahitragringe. Damit ist eine Beeinflußung durch Fremd felder so gut wie ausgeschlossen. Durch den homogen Feldaufhau entfällt das vom normalen Elektromotor bekannte Pol- und Nutenzahnen. Der Torque-Ring-Motor hat damit ausgezeichnete Langsamlauf-Eigenschaften, welche er direkt auf den Turm und die Waffe überträgt. Er kann praktisch an jeder beliebigen Stelle gestoppt werden. Hohe Stoß-Drehmomente ermöglichen hohe Richtbesohleunigungen des Turmes und der Waffe.
Im Bereich des Stators kann der Rotor zusätzlich gelagert werden, um Berührungen des Stators infolge von Verwindungen des Drehlagers der Last zu vermeiden. Der Rotor kann hierbei an einem oder an beiden Enden, also im Bereich der Wickelköpfe, Magnetlager aufweisen, durch deren extrem progressive Kennlinien ein Berühren des Rotors mit den Statormagneten verhindert wird. Um eventuelle Vibrationssohwingungen des Rotors zu minimieren, können einseitig oder beidseitig am Rotor vor oder neben den Magneten elektrisch isolierende Kunststoffgleitringe angeordnet werden. Diese stoßabsorbierenden Gleitringe können den Rotor ständig oder zeitweilig berühren. Hierbei können die Gleitflächen punktuell auf dem Umfang der Rotorscheibe, des Fotorzylinders oder des Stators angeordnet sein.
In vorteilhafter Weise wird der Rotorzylinder nicht in der Mitte des magnetischen Luftspaltes, sondern nach innen versetzt angeordnet montiert. Die Freiräume des magnetischen Luftspaltes werden so aufgeteilt, daß in ausgeschalteten Zustand des Motors zwischen den innen liegenden Magneten und dem Rotor der Freiraum sich aus den Werten Fertigungstoleranzen, Lagerspiel und Vibrationsfreiraum errechnet und zwischen dem Rotor und den außenliegenden Magneten der Freiraum sich aus den Werten Fertigungstoleran%en, Lagerspiel, Vibrationsfreirau und Wärmeausdehnungsstrecke errechnet.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, daß die Magnete eine elektrisch isolierende, eine geringe Reibung aufweisende und abriebbeständige Schicht besitzen.
Aufgrund des großen Durchmessers können am Turm mittels des Torque-Ring-Motors große Momente erzeugt werden. Die konstruktive Einfügung direkt in das Drehlager des Turmes bei der Ausführung des zylindrischen Rotors, führt zu einer enormen Platzeinsparung innerhalb des Turmes.
Durch die extrem kurze elektrische Zeitkonstante und hohe Winkelgeschwindigkeit folgt der Antrieb praktisch verzögerungsfrei der FührungsgröAe, Die Kennlinien für abgegebenes Moment und Drehzahl folgen nahezu linear dem Strom und der Spannung.
Weitere Vorteile und wesentliche Merkmale der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und den nachfolgenden schematisch im Schnitt dargestellten Ausführungsbeispielen hervor.
Es zeigen: Fig. 1 die Anordnung eines Torque-Ring-Motors zwischen dem Turm und der Wanne eines Panzers, Fig. 2 eine Draufsicht auf die Anordnung der Fig. 1, Fig. 3 eine Detailansicht, bei der der scheibenförmige Rotor mit einem Magnetlager zusätzlich gelagert ist, Fig. 4 eine Detailansicht eines Torque-Ring-Motors mit einem Rotorzylinder, der mittels Gleitlager zusätzlich gelagert ist.
In Fig. 1 ist ein Tor4ue-Ring-Motor 1 mit einem kreisringförmigen Stator dargestellt, bei dem der Stator an einer Panzerwanne 3 oder Geschtlafette befestigt ist.
Der Torque-lting-Motor 1 erzeugt aufgrund des großen Durchmessers im Bereich eines Turmdrehlagers 5.2 große Momente, die den Turm ohne Untersetzungsgetriebe auf der Wanne 3 in einem weiten Drehzahlbereich verdrehen können. Im Inneren der Wanne 3 befindet sich ein Turmdrehkorb 5.1, der turmfest montiert ist.
Fig. 2 zeigt den Panzer mit einer sitzenden Figur im Turmdrehkorb 5.1. Der kreisringförmige Torque-Ring-Motor 1 begrenzt den Sitzraum im Bereich des Turmdrehteils 5.2 (Wespentaille). Das Turmdrehlager verbindet den Turm 5 mit der Panzerwanne 3 oder Geschützlafette.
In Fig. 3 ist erkennbar, wie der Stator 2 an einer Zarge 16 der Wanne 3 verschraubt ist. Innerhalb des Stators 2 ist ein kreisringförmiger Rotor 4 angeordnet, der an seinem äußeren Durchmesser am Ende 6 mittels eines Magnetlagers 7 gelagert ist. Das Magnetlager 7 ist im U-Bogen des Stators 2 befestigt. Der Rotor 4 ist an seiner Innenseite mit einem BeAestigungsf]ansch 15 gehaltert. Der Befestigungsflansch 15 seinerseits ist am Innenring des Turmdrehlagers 5.2, welches den Turm 5 trägt, befestigt. Die Kommutierung erfolgt mit Kohlebürsten 19, die in Bürstenhaltern 20 angeordnet sind.
Die Bürstenhalter 20 sind am Stator 2 befestigt.
In Fig. 4 ist ein zylinderförmiger Torque-Ring-Motor 1 mit einem Rotorzylinder 4.1 in einem Statorzylinder 2.1 dargestellt. Die senkrechte Anordnung des Rotorzylinders 4.1 im Bereich der espentaille" vergrößert den Bewegungsraum der Turmbesatzung.
Der Rotorzylinder 4.1 ist mit Bandagen 13, 14 versehen, die sich bei Erwärmung nicht oder nur geringfügig ausdehnen. Die Bandage 13 wird hierbei gleichzeitig als Befestigungsflansch 15.1 des Rotorzylinders 4.1 verwendet. m den Luftspalt im Magnetkreis des Torque-Ring-Motors 1 so klein wie möglich auszubilden, sind alternativ zu den Bandagen oder zusätzlich Gleitlager 8, 9 zur Fixierung des Rotorzylinders l'.1 beidseitig am Stator 2.1 befestigt. Die Gleitlager 8, 9 führen den Stator 2.1 punktförmig. Zusätzlich, oder auch ohne Gleitlager 8, 9 können Kunststoffgleitlager 10, 11 vorgesehen werden, die den Rotorzylinder 4.1 flächig fUhren. Der Rotor zylinder 4.1 läuft damit optimal vibrationsfrei im Stator 2.1 zwischen den Magneten 17, 18 bei einem minimalen Freiraum des magnetischen Luftspaltes 12. An der Innenseite des Stators 2.1 sind die Bürstenhalter 20 befestigt. Die Kohlebürsten 19 sind auch bei dieser Ausführung des Torque-Ring-Motors 1 die einzigen Verschleißteile. Damit ist der Torque-Ring-Motor 1 zuverlässig und robust bei geringstem Leistungsbedarf im Stabilisierungsbetrieb aufgrund der völligen Entkopplung der Massenträgheiten.
Ahnlich wie in Fig. 3 ist der Befestigungsflansch 15.1 am Turmdrehlager 5.2 angeordnet. Das Turmdrehlager 5.2 wiederum trägt den Turm 5 an dessen Flansch.

Claims

Ansprüche 0l Formschlußloser, entkoppelter, elektromotorischer Drehantrieb für Geschütz- und Panzertürme und Waffenhöhenantriebe, vorzugsweise für stabilisierte Waffenanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb ein an sich bekannter Torque-Ring-Motor ist, dessen Stator (2, 2.1) am feststehenden Unterteil (3) und dessen Rotor (4', 4.1) am drehbaren Oberteil (5) angeflanscht ist.
2. Drehantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Torque-Ring-Motor (1) senkrecht zur Rotationsebene ausgerichtet ist.
3. Drehantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Stators (2, 2.1) der Rotor (4, 4.1) zusätzlich gelagert ist.
4. Drehantrieb nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daR das vom Flansch abgewandte Ende (6) in einem Magnetlager (7) berührungsfrei geführt ist.
5, Drehantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das flarschahgewandte Ende (6) beidseitig mit Gleitlagern (8, 9) geführt sind.
6. Drehantrieb nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitlager Kunststoffgleitlager (10, 11) sind.
7. Drehantrieb nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Abmessung des Rotorzylinders (4.1) nahezu temperaturunabhängig ist.
8. Drehantrieb nach mindestens einem der vorhergehendeff Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorzylinder (4.1) außerhalb des magnetischen Luftspaltes (12) mit Bandagen (13, 14) aus sich bei Erwärmung nicht ausdehnendem Material versehen ist.
9. Drehantrieb nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandagen (13, 14) aus Kohlefaserkunststoffen (KFK) bestehen.
10. Drehantrieb nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bandage (13) gleichzeitig als Eefestigung.C'flansch (15.1) dient.
11. Drehantrieb nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (2.1) sektorförmig ausgebildet ist.
12. Drehantrieb nach mindestens einem der oherghenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (17, 18) eine elektrisch isolierende, eine geringe Haftreibung aufweisende und abriebsbeständige Schicht aufweisen.