DE3213172C2

DE3213172C2 -

Info

Publication number: DE3213172C2
Application number: DE19823213172
Authority: DE
Inventors: Helmut 6902 Sandhausen De Lang
Original assignee: Hoesch AG
Current assignee: Fried Krupp AG Hoesch Krupp
Priority date: 1982-04-08
Filing date: 1982-04-08
Publication date: 1989-11-09
Also published as: DE3213172A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Torque-Ring-Motor zum direkten formschlußlosen, entkoppelten elektromotorischen Drehantrieb von rotierenden Lasten nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Torque-Ring-Motoren sind nach Pfaff, "Regelung elektrischer Antriebe I", R. Oldenbourg Verlag, München/Wien 1974 Seiten 27 bis 31 an sich bekannt und im Prinzip aufgebaut als perma nent erregter Gleichstrommotor mit Nebenschluß-Charakteristik. Die Ankerwicklung ist in Form von strahlenförmigen Lamellen in Stabform ringartig angeordnet. Die Kommutierung erfolgt direkt auf den Ankerstäben. Damit entfällt der besondere, vom Gleich strommotor 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 Stahltragringe. Damit ist eine Beeinflussung durch Fremdfelder so gut wie ausgeschlossen. Durch den homogenen Feldaufbau entfällt das vom normalen Elektromotor bekannte Pol- und Nutenzahnen. Der Torque-Ring-Motor hat damit ausgezeichnete Langsamlauf-Eigenschaften. Er kann praktisch an jeder beliebigen Stelle gestoppt werden und erzielt hohe Stoß-Drehmomente. Derartige Torque-Ring-Motoren werden direkt an die zu bewegenden Teile angekuppelt und konstruktiv in das Gesamtsystem eingegliedert. Es ist auch bekannt, derartige Motoren als Drehantrieb für stabilisierte Plattformen einzu setzen.

Die DE-AS 22 40 569 zeigt Antriebsvorrichtungen für zu stabili sierende Plattformen oder Geräte, insbesondere für Panzertürme, Radargeräte, Geschützrohre usw. Als Stellantrieb ist ein Reibungswendegetriebe vorgesehen. Ein derartiger Antrieb ist jedoch nicht in der Lage, die hohen Abschußreaktionskräfte moderner Geschütze zu übertragen.

Aus der DE-AS 27 27 582 ist eine Vorrichtung zur Positionierung und Lagestabilisierung einer schwenkbar auf eine Unterlage gelagerten trägen Masse, z. B. einer Panzerkanone auf einer Fahrzeugwanne bekannt. Als Stellvorrichtung ist eine regelbare Elektromagnetkupplung oder -bremse vorgesehen. Ein Torque- Ring-Motor wird dabei aber nicht eingesetzt.

Die Forderung nach Bekämpfbarkeit bewegter Ziele ohne Unter brechung der eigenen Fahrt stellt an die Sicht- und Richtanlagen der Waffensysteme, insbesondere bei Kampf- und Schützenpanzern, 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 erfolgen.

Bei allen formschlüssigen Einleitungen der Antriebsenergie in die Last (Turm, Waffe, Sichtgerät) tritt eine Verkopplung der Massenträgheitsmomente der Antriebsmotoren mit den Massen trägheitsmomenten der Last ein. Dies hat zur Folge, daß Stör größen (z. B. Fahrtrichtungsänderung, Vibrationen 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 Regelab weichung ist um so größer, je höher das lastbezogene Trägheits moment der Antriebsbaugruppen ist.

Ein Verfahren zur Entkopplung der Massenträgheitsmomente 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 vernach lässigbare Kopplung entsteht.

Die bekannten Drehantriebe unterliegen einer erheblichen Wartungshäufigkeit sowie einem hohen Verschleiß an den Über tragungsmitteln der Antriebe, insbesondere an der Verzahnung des Turmdrehkranzes, bedingt durch häufige Drehrichtungsumkehr.

Insbesondere bei Panzern, die mit stabilisierter Kanone und Turm durch schwere Gelände fahren, muß der Turm- und Waffen antrieb ständig umgesteuert werden, wobei neben der Verschleiß anfälligkeit der Elastizitäten und die Lose in den Antriebs elementen störend wirken.

Ferner stellen Reibkupplungen zur Begrenzung rückwirkender Drehmomente Problembauteile dar, da die Haftreibbeiwerte Veränderungen unterliegen. Haftreibbeiwerterhöhungen bedingen Getriebezerstörungen beim Auftreten rückwirkender Dreh momente wie sie bei tangierender Berührung von Turmbauteilen mit Hindernissen entstehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Torque-Ring- Motor als Antriebsvorrichtung in mit verwindungsweichen Anschlußkonstruktionen ausgebildete stabilisierte Plattformen oder Geräte, insbesondere Panzertürme, Radargeräte oder Geschütz rohre anzugeben, bei dem Berührungen des Rotors am Stator aufgrund von Verwindungen, Schwingungen oder Temperaturaus dehnung vermieden werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Rotor im Bereich des Stators zusätzlich durch ein Magnetlager berührungsfrei oder durch ein Gleitlager geführt ist.

Eine weitere Lösung der Aufgabe, die und in Verbindung mit den Maßnahmen aus den Ansprüchen 1-3 anwendbar ist, ist in Anspruch 4 angegeben.

Vorteilhaft kann der Rotor 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 Vibrationsschwingungen des Rotors zu minimieren, können ein seitig oder beidseitig an 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 Rotorzylinders 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 Luft spaltes werden so aufgeteilt, daß im ausgeschalteten Zustand des Motors zwischen den innenliegenden Magneten und dem Rotor der Freiraum sich aus den Werten Fertigungstoleranzen, Lager spiel und Vibrationsfreiraum errechnet und zwischen dem Rotor und den außenliegenden Magneten der Freiraum sich aus den Werten Fertigungstoleranzen, Lagerspiel, Vibrationsfreiraum und Wärmeausdehnungsstrecke errechnet.

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 Zeitkonstate und hohe Winkelgeschwindigkeit folgt der Antrieb praktisch verzögerungsfrei der Führungsgröße. Die Kennlinien für abgegebenes Moment und Drehzahl folgen nahezu linar dem Strom und der Spannung.

Weitere Vorteile und wesentliche Merkmale der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und den nachfolgenden schematisch im Schnitt dargestellten Ausführungsbeispie len hervor. Es zeigt

Fig. 1 die Anordnung eines Torque-Ring-Motors zwi schen dem Turm und der Wanne eines Panzers,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Anordnung der Fig. 1,

Fig. 3 eine Detailansicht, bei der der scheibenförmi ge Rotor mit einem Magnetlager zusätzlich gelagert ist,

Fig. 4 eine Detailansicht eines Torque-Ring-Motors mit einem Rotorzylinder, der mittels Gleitla ger zusätzlich gelagert ist.

In Fig. 1 ist ein Torque-Ring-Motor 1 mit einem kreis ringförmigen Stator dargestellt, bei dem der Stator an einer Panzerwanne 3 oder Geschützlafette befestigt ist. Der Torque-Ring-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 Turm drehkorb 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 Befestigungsflansch 15 gehaltert. Der Befestigungsflansch 15 seinerseits ist am Innenring des Turmdrehlagers 5.2, welches den Turm 5 trägt, befestigt. Die Kommutierung erfolgt mit Kohle bürsten 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 "Wespentaille" vergrößert den Bewe gungsraum 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 verwen det. Um den Luftspalt im Magnetkreis des Torque-Ring-Mo tors 1 so klein wie möglich auszubilden, sind alternativ zu den Bandagen oder zusätzlich Gleitlager 8, 9 zur Fixierung des Rotorzylinders 4.1 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 führen. 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 Ver schleißteile. Damit ist der Torque-Ring-Motor 1 zuver lässig und robust bei geringstem Leistungsbedarf im Stabilisierungsbetrieb aufgrund der völligen Entkopplung der Massenträgheiten.

Ähnlich 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

1. Torque-Ring-Motor zum direkten formschlußlosen, ent koppelten elektromotorischen Drehantrieb von rotierenden Lasten, mit einem Anker, Magnetsystem und Bürsten apparat, wobei Anker bzw. Magnetsystem jeweils an ein drehbares bzw. feststehendes Gehäuseteil angeflanscht sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (4) im Bereich des Stators (2) zusätzlich durch ein Magnetlager (7) berührungsfrei geführt ist.

2. Torque-Ring-Motor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (4.1) im Bereich des Stators (2.1) zusätzlich durch Gleitlager (8, 9, 10, 11) geführt ist.

3. Torque-Ring-Motor nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Gleitlager Kunststoffgleitlager (10, 11) sind.

4. Torque-Ring-Motor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der Rotor (4.1) außerhalb des magnetischen Luftspaltes (12) mit Bandagen (13, 14) aus sich bei Erwärmung nicht ausdehnendem Material versehen ist.

5. Torque-Ring-Motor nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Bandagen (13, 14) aus Kohlefaserkunst stoff (KFK) bestehen.

6. Torque-Ring-Motor nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bandage (13) gleichzeitig als Befestigungsflansch (15.1) zwischen Rotor (4.1) und drehbarem Gehäuseteil (5) dient.