-
GEBIET DER
ERFINDUNG
-
Die
gegenwärtige
Erfindung betrifft allgemein Aktuatoren und bezieht sich insbesondere
auf eine Auslöser-Aktuatoranordnung
für eine
Schusswaffe oder eine ähnliche
handbetätigte
Vorrichtung, um das Einleiten einer Feuerfrequenz oder einer Betätigung der
Schusswaffe oder einer anderen handbetätigten Vorrichtung zu steuern.
-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Aktuatorsysteme
für die
meisten Schusswaffen und andere handbetätigte, ähnliche Vorrichtungen sind
herkömmlicherweise
im Wesentlichen mechanische Systeme, die sich auf Hebel, Nockenflächen und
Federn stützen,
die durch das Niederdrücken
eines Triggers in Bewegung gesetzt werden, um einen Schalter zu
aktivieren oder um das Arbeiten der Vorrichtung einzuleiten. Zum
Beispiel gibt das Drücken
des Triggers bei den meisten herkömmlichen Schutzwaffen einen
Zündstift
frei, um auf eine Zündladung
zu schlagen und so auszulösen,
wie etwa für
einen Schuss Munition. Da sie im Wesentlichen auf mechanischer Basis
sind, erfordern solche Systeme enge Herstellungstoleranzen und unterliegen
ferner inhärent
Begrenzungen bei der Steuerung der Betätigung oder der Funktionsweise
der Vorrichtung oder anderen Problemen, wie etwa Unregelmäßigkeiten
der Trigger-Zugkraft. Ferner gibt es bei den meisten herkömmlichen
mechanisch aktivierten Schusswaffen eine Verschiebung und/oder einen hörbaren Knack
oder Klick, wenn der Abzugsstollen von dem Zündstift gelöst werden, um es zu erlauben, dass
der Zündstift
in Kontakt mit der Zündladung
bewegt wird. Ferner führt
der Gebrauch und die Bewegung von solchen mechanischen Anordnungen
im Laufe der Zeit zu der Tendenz, auf den mechanischen Teilen Abnutzung
hervorzurufen, was zu weiteren Unregelmäßigkeiten beim Betrieb des
Triggers oder der Aktuatoranordnung führen kann. Die Tatsache, dass
die meisten mechanischen Trigger einen erheblichen Trigger-Angriff,
eine Trigger-Bewegung von dem Startpunkt zu dem Punkt der Aktivierung, als
auch die inhärenten
Inkonsistenzen und Unregelmäßigkeiten
können
den Betrieb der Vorrichtung erheblich beeinflussen, wie etwa die
Genauigkeit der Schusswaffe verringern oder in anderer Weise verändern, indem
bewirkt wird, dass der Schießende
den Schuss antizipiert und die Schusswaffe während des Betätigens des
Triggers verschiebt oder bewegt.
-
Es
wurden elektrische und elektromechanische Aktuator-Anordnungen oder
-Mechanismen unter Verwendung von Elektromagneten, Spulen und/oder
piezoelektrischen Elementen zur Verwendung bei Trigger-Anordnungen
für Schusswaffen
vorgeschlagen, wobei ein elektromechanischer Schalter oder ein anderes
elektrisches Element von der Bewegung des Triggers erfasst wird,
um die Freigabe des Zündstiftes
zum Angriff an und zum Abfeuern des Schusses Munition zu bewirken.
Solche Systeme haben jedoch grundsätzlich noch eine signifikante,
mechanische Komponente, da sie typischerweise eine Folge von mechanischen
Verbindungen und Elementen aufweisen, die sich bewegen und an einem
elektronischen Schalter zur Aktivierung der Vorrichtung angreifen.
Somit können
diese elektrischen aktivierten Systeme immer noch den Nachteilen
und anderen Problemen unterliegen, die bei mechanischen Aktuator-Anordnungen
inhärent
sind. Solche Systeme sind in der
US
3 650 174 und der
FR
2424506 offenbart.
-
Es
ist somit zu erkennen, dass ein Bedürfnis für eine Aktuator-Anordnung mit
einer reduzierten Anzahl von oder im Wesentlichen keinen beweglichen
Teilen besteht, und die somit die bei den meisten mechanischen Aktuator-Anordnungen
inhärenten Problemen
weitgehend eliminiert.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Die
gegenwärtige
Erfindung betrifft einen Trigger-Aktuator zum Initiieren und zum
Steuern des Betriebes einer handgesteuerten/handbetätigten Vorrichtung,
wie etwa für
den Steuervorgang eines Bohrers mit variabler Geschwindigkeit, einer
Säge oder
eines ähnlichen
handaktivierten Werkzeuges, und insbesondere zur Initiierung und
zum Auslösen einer
Zündladung
für einen
Schuss Munition in einer Schusswaffe oder einer Schussladung oder
Leistungsladung zum Antreiben eines Befestigungselementes. Der Aktuator
schließt
allgemein eine Trigger-Anordnung mit einem Körper und einem Trigger ein,
der mit dem Körper
gebildet ist und von dem Körper
so hervorsteht, dass die Trigger-Anordnung eine im Wesentlichen
ganzheitliche oder einstückige
Konstruktion ist, so dass sie zur Betätigung im Wesentlichen keine
Bewegung erfordert, und ferner einen Controller, der typischerweise
einen Mikroprozessor umfasst.
-
Bei
einer anfänglichen
Ausführung
ist eine erste Einrichtung oder eine Trigger-Messeinrichtung, wie etwa ein Dehnungsmessstreifen,
eine Lastzelle, ein Wandler, ein Kraftsensor, ein krafterfassender
Widerstand, eine leitfähiges
Gummiteil, ein piezoelektrischer Sensor, ein Piezo-Widerstandsfilm
oder eine ähnliche
Art eines Sensorelementes neben dem Trigger befestigt, um eine von
dem Benutzer auf dem Trigger ausgeübte Kraft zu detektieren und
zu messen. Typischerweise wird die erste Messeinrichtung entlang
des Triggers positioniert oder entlang eines Auslegers oder eines
Ausdehnungsabschnittes positioniert, der zwischen dem Trigger und
dem Körper der
Trigger-Anordnung oder an einer gewünschten Position entlang des
Körpers
gebildet ist. Die Messeinrichtung detektiert die Ausübung von
Kraft auf den Trigger und erzeugt als Reaktion ein Trigger-Signal. Ein
Hohlraum, eine Kerbe, eine Erhebung oder ein anderes Merkmal, das
die Empfindlichkeit vergrößert, kann
gleichfalls in dem Körper,
dem Trigger oder dem Ausleger gebildet sein, um die Empfindlichkeit
der Messeinrichtung zur Detektion einer Kraft, die auf den Trigger
angewandt wird, zu vergrößern, um
sicherzustellen, dass die Anwendung von Kraft auf den Trigger von
der Trigger-Messeinrichtung detektiert wird. Das Trigger-Signal
von der Trigger-Messeinrichtung wird von einem Steuersystem erhalten, das
seiner seits den Betrieb der Vorrichtung initiiert, an der die Aktuator-Anordnung
befestigt ist.
-
Bei
einer weiteren Ausführung
ist ein Kompensationssystem vorgesehen, um eine Kompensation von
Veränderungen
oder Fehler in dem Trigger-Signal, die durch die Trigger-Messeinrichtung
bedingt sind, zu erreichen. Das Kompensationssystem kann sowohl
mechanische als elektrische Komponenten umfassen. Bei einer Ausführung der
gegenwärtigen
Erfindung kann zum Beispiel mit dem Körper der Trigger-Anordnung eine Kompensationsmasse
gebildet sein, die von einem kompensierenden Ausleger gehalten ist.
Bei einer solchen Ausführung wird
eine zweite Einrichtung oder kompensierende Messeinrichtung, wie
etwa ein Dehnmessstreifen oder ein ähnliches Sensorelement an dem
kompensierenden Ausleger oder der kompensierenden Masse befestigt.
Falls die Vorrichtung oder das System, bei der der Aktuator verwendet
wird, unabsichtlich erschüttert
wird oder einen Stoß oder
eine andere Kraft erfährt,
wie etwa durch ein Fallenlassen, im Vergleich zu der alleinigen
Anwendung von Kraft auf den Trigger (d.h. Drücken des Triggers), wird die
Kompensationsmesseinrichtung für
das Kompensationssystem ein Kompensationssignal aufnehmen und erzeugen, ähnlich dem
Trigger-Signal, um so ein unerwünschtes
Trigger-Signal zu unterdrücken.
Ferner können die
Messeinrichtungen von gegensätzlicher
Polarität sein,
um ein zusätzliches
Merkmal für
die selbständige
Kompensation von Abweichungen in der Messeinrichtung selbst zu liefern,
z.B., um Fehler, die durch Veränderungen
bei der Betriebstemperatur, verursacht sind, auszuschalten.
-
Das
Kompensationssystem kann auch einen Verstärker aufweisen, der das Trigger-Signal
und das Kompensationssignal kombiniert und ggf. modifiziert, und/oder
ein Filtersystem, das Tiefpass-Filter, Hochpass-Filter oder Bandpass-Filter
zur Überwachung der
Veränderungsgeschwindigkeit
in dem Trigger-Signal verwendet. Falls somit die Veränderungsgeschwindigkeit
des Trigger-Signals zu schnell oder zu langsam ist, um so außerhalb
eines vorbestimmten Betriebsbereiches zu fallen, wie es der Fall
wäre, falls der
Trigger erschüttert
oder extremen Temperaturen ausgesetzt würde, würde das Trigger-Signal blockiert oder
von der Übertragung
zu dem Aktuator-Steuersystem ausgefiltert.
-
Das
Steuersystem der Aktuator-Anordnung enthält allgemein einen Controller
zum Verarbeiten von Inputs von der Trigger-Anordnung und dem Kompensationssystem,
der allgemein ein Mikroprozessor ist. Der Controller kann mit vorbestimmten
Betriebsbereichen für
die Veränderungsgeschwindigkeit
des Trigger-Signals programmiert sein und kann das Filter und/oder
ein Vergleichersystem einschließen.
Der Controller erhält
das Trigger-Signal und jeden Input, der von dem Kompensationssystem
erhalten wird, und erzeugt als Reaktion eine Betriebsfolge. Zum Beispiel
wird das Vergleichersystem das Trigger-Signal erhalten und mit einer
vorbestimmten oder vorprogrammierten Referenz vergleichen, wie etwa
mit einer programmierten Spannungsreferenz. Die Spannungsreferenz
ist typischerweise variabel und kann als ein vorbestimmter Wert
oder ein Bereich von Werten derart eingestellt werden, dass dann,
wenn das Trigger-Signal außerhalb
dieses Bereiches liegt, das Trigger-Signal blockiert wird, und die
Veränderbarkeit
der Spannungsreferenz ermöglicht
ferner die Einstellung oder das Einstellen einer gewünschten Trigger-Zugkraft,
die durchgängig
erforderlich ist, um eine Betriebsfolge zu initiieren.
-
Der
Controller kann ein separater Prozessor sein, der die Inputs von
der Trigger-Anordnung und dem Kompensationssystem der gegenwärtigen Erfindung
verarbeitet und steuert, oder es kann der elektronische Controller
für die
Vorrichtung sein, wie eine elektronische Feuerwaffe, die in dem
US-Patent Nr. 5,755,056 offenbart ist, zum Betrieb sowohl mit durch Schlag
aktivierten Zündern
oder Munition als auch mit elektrisch aktivierten Munitionszündern. Ferner kann
der Controller das Kompensationssystem direkt über eine digitale Signalverarbeitung
(DSP) einschließen.
Die Fachleute werden verstehen, dass Tiefpass-, Bandpass-, Hochpass-
und Sperrfilter-Verfahren
entweder über
externe Analogkomponenten (Widerstände, Kondensatoren, Operationsverstärker usw.)
oder über
DSP-Z-Transformationsverarbeitungsverfahren durchgeführt werden
können.
-
Zahlreiche
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der gegenwärtigen Erfindung werden den
Fachleuten bei einer Durchsicht der folgenden Beschreibung im Zusammenhang
mit der zugehörigen
Zeichnung offenbart.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
-
1 zeigt
eine Seitenansicht von einer beispielhaften Feuerwaffe in teilweise
geschnittener Darstellung, die eine Feuer-Steueranordnung gemäß der gegenwärtigen Erfindung
aufweist;
-
2 ist
eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführung der
Trigger-Anordnung
gemäß der gegenwärtigen Erfindung;
-
3A–3C sind
Ansichten, die unterschiedliche Ausführungen der Trigger-Anordnung gemäß der gegenwärtigen Erfindung
zeigen;
-
4 ist
eine Seitenansicht, die eine weitere Ausführung der gegenwärtigen Erfindung
zeigt;
-
5 ist
eine teilweise geschnittene Seitenansicht von einer weiteren Ausführung gemäß der gegenwärtigen Erfindung;
-
6A–6H sind
schematische Darstellungen von verschiedenen Ausführungen
des Feuer-Steuersystems gemäß der gegenwärtigen Erfindung;
-
7 ist
eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Feuer-Steueranordnung
gemäß der gegenwärtigen Erfindung
zur Verwendung bei einer Feuerwaffe zum Feuern von schlagaktivierter
Munition.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
-
Nunmehr
im größeren Detail
auf die Zeichnung Bezug nehmend, in der gleiche Bezugsziffern gleiche
Teile in den verschiedenen Darstellungen zeigen, bezieht sich die
gegenwärtige
Erfindung auf eine Aktuator-Anordnung 10 zur Verwendung
bei der Initiierung und zur Steuerung der Arbeitsfolge einer handaktivierten
oder handbetätigten
Vorrichtung, und insbesondere zum Initiieren oder Abfeuern einer Zündladung
für einen
Schuss Munition bei einer Feuerwaffe oder einer Schussladung oder
einer Leistungsladung zum Antrieb einer Befestigungseinrichtung.
Lediglich für
Darstellungszwecke wird die gegenwärtige Erfindung nachfolgend
unter Bezugnahme auf eine beispielhafte Ausführung der Verwendung der Aktuator-Anordnung 10 in
einer Schusswaffe „F", die in 1 als
ein Gewehr dargestellt ist, beschrieben, obwohl es sich versteht,
dass die gegenwärtige
Erfindung in zahlreichen anderen Arten von Schusswaffen, wie etwa
Handfeuerwaffen, Schrotflinten und anderen Waffen mit langem Lauf
verwendet werden kann. Es versteht sich ferner für die Fachleute, dass die gegenwärtige Erfindung
voll anwendbar ist für
die Initiierung und die Steuerung der Betriebsweise einer Anzahl
von handaktivierten oder handbetätigten
Vorrichtungen, wie etwa für
die Steuerung des Betriebes eines Bohrers mit variabler Geschwindigkeit,
einer Säge
oder eines ähnlichen handaktivierten
Werkzeuges, zusätzlich
zur Verwendung bei zahlreichen Arten von Schusswaffen. Die Anwendung
der gegenwärtigen
Erfindung sollte deshalb nicht lediglich auf Schusswaffen begrenzt
sein.
-
Grundsätzlich wird
die Schusswaffe F, an der die Aktuator-Anordnung 10 gemäß der gegenwärtigen Erfindung
befestigt ist, eine Aufnahme oder einen Rahmen 11 und einen
Lauf 12 aufweisen, der eine Kammer 13 definiert,
in der typischerweise einen Schuss Munition 14 aufgenommen
ist. Der Schuss Munition 14 kann entweder eine durch Schlag
gezündete
Munition oder eine elektrisch gezündete Munition sein. Ein Zündstift
oder -fühler 16 ist
allgemein darin befestigt und beweglich entlang der Aufnahme oder
des Rahmens 11 der Schusswaffe F in Kontakt mit dem Schuss
Munition, um auf die Munition zu schlagen oder um eine elektrische
Ladung auf den Fühler
in der Munition anzuwenden, um das Feuern der Munition zu initiieren.
Die Aktuator-Anordnung 10 ist allgemein neben oder innerhalb der
Aufnahme oder des Rahmens 11 der Schusswaffe befestigt
und enthält
typischerweise eine Trigger-Anordnung 20 zum Angriff durch
einen Benutzer, um eine Arbeitsfolge der Schusswaffe bzw. der handbetätigten Vorrichtung
zum initiieren.
-
Wie
in den 1–3C gezeigt,
ist die Trigger-Anordnung 20 der Aktuator-Anordnung 10 typischerweise
ein im Wesentlichen einstückiges
Element oder eine einstückige
Struktur, mit einer im Wesentlichen einstückigen Konstruktion, um so
im Wesentlichen keine Bewegung oder eine Bewegung von fast Null
zur Betätigung
zu erfordern. Die Trigger-Anordnung 20 weist allgemein
ein Körperteil 21 auf,
das typischerweise an der Aufnahme oder dem Rahmen der Feuerwaffe
befestigt ist, sowie einen Trigger 22, der allgemein mit
dem Körper
ausgebildet ist und davon hervorsteht, zum Angriff durch den Benutzer. Verschiedene
Ausführungen
und Designs der Trigger-Anordnung 20 sind allgemein in
den 1-4 gezeigt. Jede zeigt allgemein
eine im Wesentlichen einstückige
Struktur mit dem Körper 21 bei
jeder Ausführung,
die in einer Anzahl von unterschiedlichen Designs oder Konfigurationen
ausgebildet ist, wozu im Wesentlichen eine quadratische Form, eine
rechteckförmige
Form, eine zylindrische „S-Form" oder eine „U-Form" oder eine „C-Form" und andere Designs
gehören,
wie gewünscht.
Typischerweise bestehen der Körper
und der Trigger aus einem Metall, wie etwa aus Stahl, obwohl sie
auch aus anderen hochfesten, im Wesentlichen starren und beständigen Materialien
bestehen können,
wozu Verbundwerkstoffe und andere Metalle, wie etwa Titan, gehören.
-
Bei
einer ersten Ausführung
der Trigger-Anordnung 20, die in 1 und 2 gezeigt
ist, weist der Körperteil 21 ein
oberes Ende 23 mit einem darin gebildeten oberen Hohlraum
oder einer Vertiefung 24 auf, die sich im Wesentlichen
entlang der Länge
des oberen Endes des Körpers
erstreckt, sowie mit einem unteren Ende 26, von dem der
Trigger 22 hervorsteht. Ein Isolator 27 (1),
typischerweise ein Block, der aus einem Kunststoff oder einem anderen isolierenden
Material hergestellt ist, ist innerhalb des in dem oberen Ende des
vom Körper
gebildeten Hohlraums 24 aufgenommen, um die Trigger-Anordnung 20 gegenüber dem
Zündstift
zur Verwendung bei solchen Systemen zu isolieren, die elektrisch
gezündete
Munition verwenden, wie etwa in dem US-Patent Nr. 5,755,056 offenbart.
Der Trigger 22 der Trigger-Anordnung 20 ist als eine Krümmung oder
ein gekrümmter
Abschnitt 28 gebildet, der von dem Körper hervorsteht, ähnlich wie
bei einem herkömmlichen
Trigger einer Schusswaffe. Bei einer ersten Ausführung der Trigger-Anordnung 20,
die in den 1 und 2 gezeigt
ist, ist der Trigger mit dem Körper 21 durch
eine Trigger-Stufe 29 oder
eine Verlängerung
verbunden. Der Trigger 22 ist dazu ausgebildet, von einem
Benutzer erfasst zu werden, um die Betätigung der Schusswaffe zu initiieren, oder einer
anderen handgehaltenen oder handbetätigten Vorrichtung, bei der
die Aktuator-Anordnung 10 verwendet wird, etwa um einen
Schuss Munition abzufeuern.
-
Eine
erste Einrichtung oder Trigger-Messeinrichtung 31 ist allgemein
neben den Trigger 22 oder der Trigger-Stufe 29 in
einer Position befestigt, um eine Kraft, die auf den Trigger durch
einen Benutzer ausgeübt
wird, zu detektieren und zu messen, und um die Arbeitsfolge der
Vorrichtung zu initiieren. Die Trigger-Messeinrichtung enthält allgemein
einen Dehnungsmessstreifen, eine Lastzelle, einen Wandler, einen
Kraftsensor, einen krafterfassenden Widerstand, eine leitfähiges Gummielement,
einen piezoelektrischen Sensor, einen Piezo-Widerstandsfilm oder
ein ähnliches
Sensorelement oder einen anderen Detektor, der in der Lage ist,
die Anwendung einer Kraft auf den Trigger oder eine Ablenkung des Triggers
zu detektieren. Bei der in den 1 und 2 gezeigten
Ausführungen
ist die Trigger-Messeinrichtung 31 allgemein entlang der
Stufe oder des Verlängerungsabschnittes 29 zwischen
dem Trigger 22 und dem Körper 21 der Trigger-Anordnung 20 befestigt.
Weitere Ausführungen
der Trigger-Anordnung 20, die zahlreiche alternative Designs
oder Konstruktionen des Körpers 21 der
Trigger-Anordnung mit der Trigger-Messeinrichtung 31 zeigen,
die an unterschiedlichen Positionen entlang der Trigger-Anordnung 20 befestigt
ist, sind in den 3A–5 gezeigt.
Ferner versteht es sich für
die Fachleute, dass obwohl die in zahlreichen Ausführungen
der Erfindung gezeigten oder beschriebenen Messeinrichtungen im
Wesentlichen auf Zug ansprechen, dass die Messeinrichtungen) auch
entlang der Trigger-Anordnung an einem Punkt angeordnet sein können, auf den
ein Druck ausgeübt
wird.
-
Die
Trigger-Messeinrichtung detektiert im Betrieb die Anwendung einer
Kraft auf den Trigger und/oder die Ablenkung des Triggers und erzeugt
als Reaktion ein Trigger-Signal, um so die Betriebsfolge der Vorrichtung
zu starten oder zu initiieren. Ein Hohlraum, eine Kerbe, eine Erhöhung oder
ein anderes Merkmal 32, das die Empfindlichkeit vergrößert, kann auch
in der Stufe 29, an dem Trigger 22 oder dem Körper 21 ausgebildet
sein, wie in den 3A–3C gezeigt
ist, wobei der Köper
der Trigger-Anordnung in zahlreichen unterschiedlichen Konfigurationen
oder Designs ausgebildet ist, wie etwa im Wesentlichen „U-förmig" oder „C-förmig", „S-förmig" oder im Wesentlichen
quadratisch, mit einem darin gebildeten Hohlraum oder einer Öffnung, um
so als ein empfindlichkeitsvergrößerndes
Merkmal für
den Körper
zu wirken. Wie in den 1–3C gezeigt,
ist die Trigger-Messeinrichtung 31 allgemein an der Stufe
oder dem Körper
der Trigger-Anordnung befestigt, allgemein an einem Ort gegenüber dem
empfindlichkeitsvergrößernden Merkmal,
d.h. einer Kerbe oder einem Hohlraum. Bei anderen Merkmalen, wie
etwa Erhebungen, ist die Trigger-Messeinrichtung
häufig
oberhalb des empfindlichkeitsvergrößernden Merkmals angeordnet. Als
eine Folge davon wird dann, wenn eine Kraft auf den Trigger ausgeübt wird,
die Anwendung einer solchen Kraft in dem Bereich des empfindlichkeitsvergrößernden
Merkmals vergrößert, so
dass die Empfindlichkeit der Messeinrichtung zur Detektion der auf den
Trigger ausgeübten
Kraft entsprechend vergrößert oder
verstärkt
wird, um sicherzustellen, dass die Anwendung der Kraft auf den Trigger
von der Trigger-Messeinrichtung detektiert wird.
-
Bei
einer weiteren Ausführung
der Trigger-Anordnung, die in 4 mit 35 bezeichnet
ist, ist die Trigger-Anordnung 35 als eine mit einem Trigger 36 im
Wesentlichen einstückige
Konstruktion ausgebildet, die sich von einem Körperteil 37 erstreckt
oder davon hervorsteht. Bei dieser Ausführung ist der Trigger, wie
bei einem herkömmlichen
Trigger, mit einer Krümmung
oder einer Kurve 38 ausgebildet, wobei eine Triggermesseinrichtung 39 direkt
in der Mitte davon an der Krümmung
oder Kurve 38 des Triggers 36 befestigt ist. Die
Trigger-Messeinrichtung ist allgemein etwa in der Mitte der Krümmung in
einem Gebiet des Triggers befestigt, das typischerweise oder höchstwahrscheinlich
von dem Benutzer ergriffen wird, wenn der Benutzer den Trigger betätigt, um
den Schuss Munition abzufeuern. Die Trigger-Messeinrichtung erhält so die
von dem Benutzer angewandte Kraft und misst diese und erzeugt als
Reaktion ein Trigger-Signal, um die Arbeitsfolge der Vorrichtung zu
initiieren, d.h. den Schuss Munition abzufeuern. Bei anderen Anwendungen,
wie etwa bei handgehaltenen Vorrichtungen, wie etwa einem Bohrer
mit variabler Geschwindigkeit, kann die Trigger-Messeinrichtung
ferner die Veränderung
der Kraft auf den Trigger überwachen,
um die Geschwindigkeit des Bohrers oder der anderen Vorrichtung
veränderlich
zu steuern.
-
Eine
weitere Ausführung
der Trigger-Anordnung ist in 5 dargestellt
und mit 45 bezeichnet. Bei dieser Ausführung ist die Trigger-Anordnung 45 als
ein Zylinder 46 gebildet, der einen Zylinderkörper 47 aufweist,
und einen Trigger oder Stößel 48,
der innerhalb des Zylinderkörpers 47 aufgenommen
ist. Der Trigger oder Stößel schließt typischerweise
einen Stift oder ein im Wesentlichen steifes Element 49 ein,
das mit einem ersten Ende 51 innerhalb eines Hohlraums
oder einer Innenbohrung 52 des Zylinderkörpers 47 aufgenommen
ist, und mit einem zweiten oder Trigger-Ende 53, das von
dem ersten Ende des Körpers 47 beabstandet
ist und typischerweise mit einer Krümmung 54 oder einer
gekrümmten
Struktur ähnlich
dem Design eines herkömmlichen
Triggers ausgebildet ist. Innerhalb der Bohrung 52 des
Körpers 47 ist
ein im Wesentlichen inkompressibles Fluid 56 allgemein
hinter dem ersten Ende 51 des Triggers oder des Stößels 48 aufgenommen.
Das inkompressible Fluid kann typischerweise ein Hydraulikfluid oder
ein ähnliches
inkompressibles Medium einschließen, das im Wesentlichen die
Bewegung des Triggers oder Stößels weiter
in die Bohrung des Zylinderkörpers
verhindert. Eine Trigger-Messeinrichtung 57 ist
allgemein an dem Ende der Bohrung 52 des Zylinderkörpers 47 gegenüber dem
ersten Ende des Triggers oder Stößels angeordnet,
wobei das inkompressible Fluid 56 zwischen der Trigger-Messeinrichtung 57 und
dem Ende des Triggers 48 aufgenommen ist. Die Trigger-Messeinrichtung
ist typischerweise ein Drucksensor oder eine ähnliche Art eines krafterfassenden
Elementes, das die Anwendung einer Kraft auf den Trigger durch den
Benutzer erfasst, wenn der Trigger gegen das inkompressible Fluid
gedrückt
wird. Bei der Detektion der Anwendung einer solchen Kraft erzeugt
die Trigger-Messeinrichtung demnach ein Trigger-Signal, um die Arbeitsfolge
der Vorrichtung zu initiieren.
-
Bei
jeder der zahlreichen Ausführungen
der in den 1–5 dargestellten
Trigger-Anordnungen detektiert die Trigger-Messeinrichtung 31, 39 oder 57 die
Anwendung einer Kraft auf den Trigger und erzeugt als Reaktion ein
Trigger-Signal, das typischerweise an ein Steuersystem 60 übertragen
wird, das in den 6A–6E gezeigt
ist. Das Steuersystem 60 verarbeitet die Inputs von der
Trigger-Anordnung und steuert die Initiierung und die Betriebsweise
der Vorrichtung, in der die Aktuator-Anordnung 10 gemäß der gegenwärtigen Erfindung
verwendet wird, d.h. sie initiiert und feuert einen Schuss Munition
in einer Schusswaffe oder steuert Betriebsweisen, wie etwa die Betriebsgeschwindigkeit
eines handgehaltenen Werkzeuges, wie etwa eines Bohrers mit variabler
Geschwindigkeit. Das Steuersystem weist typischerweise einen Controller 61 auf,
der allgemein ein Mikroprozessor oder Mikrokontroller, eine diskrete
digitale Logik, eine diskrete analoge Logik und/oder eine speziell
integrierte Logik oder ein ähnliches
Steuersystem ist.
-
Das
Steuersystem kann ferner in einem separaten Controller ausgebildet
sein oder kann als Teil eines Gesamtsteuersystems ausgebildet sein,
wie etwa als der System-Controller einer elektronischen Schusswaffe,
die elektrisch aktivierte Munition abfeuert, wie etwa in dem US-Patent
Nr. 5,755,056 offenbart, dessen Offenbarung hier durch Bezugnahme eingeschlossen
wird. Das Steuersystem kann ferner Software, Firmware, einen Mikrocode
oder einen anderen programmierten Code oder eine Logik enthalten,
die in dem Controller für
eine solche elektronische Schusswaffe enthalten ist, oder für eine andere handbetätigte oder
handaktivierte Vorrichtung. Ferner kann, wie nachfolgend noch im
Detail diskutiert wird, das Steuersystem ein separater oder besonderer
Prozessor sein oder das Steuersystem sein, das die Betriebsweise
eines elektromechanischen Systems oder der Anwendung steuert, wie
etwa zur Freigabe eines Zündstiftes,
um eine schlaggezündete Munition
zu feuern, wie in 7 gezeigt.
-
Der
Controller 61 des Steuersystems 60 ist allgemein
mit vorbestimmten Betriebswerten oder Bereichen von Werten für Veränderungsgeschwindigkeiten
des Trigger-Signals programmiert und kommuniziert mit der Trigger-Messeinrichtung über einen Draht 62 (1)
oder einen ähnlichen Übertragungsmechanismus.
Das Steuersystem 60 (6A–6E)
kann ferner einen Vergleicher oder eine Folge von Vergleichern 63 einschließen, einen Filter,
wie etwa ein Hochpass- oder einen Tiefpass-Filter, und eine Spannungsreferenz 66.
Die Spannungsreferenz 66 ist typischerweise mit einem vorbestimmten
oder vorprogrammierten Wert für
eine Trigger-Spannung
oder für
Trigger-Spannungen programmiert, die erforderlich sind, um einen
Betrieb der Vorrichtung zu initiieren, und ist typischerweise eine variable
Referenz, um so einen Bereich von vorbestimmten Werten einzuschließen. Dieser Referenzwert
wird typischerweise als ein Spannungsreferenzsignal 67 oder
als ein Vergleicher zum Vergleichen eines Trigger-Signals von der
Trigger-Messeinrichtung 31 ausgebildet. Als ein Ergebnis
kann das Trigger-Signal blockiert werden, um die Initiierung der
Arbeitsfolge der Vorrichtung zu blockieren, falls das Trigger-Signal
von der Trigger-Messeinrichtung der Trigger-Anordnung signifikant
außerhalb
dieses Wertes oder Bereiches von Werten von der Spannungsreferenz
liegt. Ferner ermöglicht
die Variabilität
der Spannungsreferenz 66 die Einstellung oder das Einstellen einer
gewünschten
Trigger-Zugkraft, d.h. 3–10 Pfund,
die durchgehend erforderlich ist, um die Arbeitsfolge der Vorrichtung
zu initiieren und/oder zu steuern. Ferner enthält die Aktuator-Anordnung 10 allgemein
eine feste oder variable Spannungsquelle, die mit dem Aktuator-Steuersystem
und den Messeinrichtungen verbunden ist und diese mit Spannung versorgt.
-
Die
Aktuator-Anordnung 10 (1) enthält ferner
typischerweise ein Kompensationssystem 70 zum Kompensieren
von Varianzen oder Fehlern in dem Trigger-Signal, das von der Trigger-Messeinrichtung
und/oder der Detektion des Trigger-Signals, das einen erforderlichen Grenzwert überschreitet, um
die Arbeitsfolge der handgehaltenen Vorrichtung zu initiieren, bereitgestellt
wird. Das Kompensationssystem kann von dem Controller 61 des
gesamten Aktuator-Steuersystems 60 der Aktuator-Anordnung 10 getrennt
sein oder darin eingeschlossen sein, und kann ferner sowohl mechanische
als auch elektrische Komponenten enthalten. Zahlreiche Ausführungen
des Kompensationssystems und des Aktuator-Steuersystems sind in
den 6A–6H gezeigt.
-
Bei
einer ersten in den 1, 2 und 6A gezeigten
Ausführung
enthält
das Kompensationssystem 70 allgemein eine Kompensationsmasse 71,
die mit dem Körper 21 der
Trigger-Anordnung 20 gebildet ist und davon als ein Teil
der einstückigen
Struktur oder der einstückigen
Konstruktion hervorsteht. Die Kompensationsmasse ist allgemein als
ein Block 72 oder ein anderes Element gebildet, das eine
Massenwirkung hat, die im Wesentlichen gleich der der Massenwirkung
des Triggers 72 ist, und ist allgemein mit dem Körper über eine
Kompensationsstufe oder einen Verlängerungsabschnitt 73 verbunden.
Ein Hohlraum, eine Kerbe, eine Erhebung oder ein anderes empfindlichkeitsvergrößerndes
Merkmal 74 ist allgemein entlang der Kompensationsstufe 73 gebildet,
wie in den 1 und 2 gezeigt,
und eine Kompensations- oder eine zweite Messeinrichtung 75 ist
ferner an der Kompensationsstufe 73 befestigt, typischerweise
gegenüber
dem Hohlraum oder dem anderen empfindlichkeitsvergrößerndes
Merkmal 74 und kommuniziert mit dem Steuersystem über einen
Draht 76 oder über
einen ähnlichen Übertragungsmechanismus.
Die Kompensationsmesseinrichtung schließt typischerweise einen Dehnungsmessstreifen,
eine Ladungszelle, einen Wandler, einen Kraftsensor, einen krafterfassenden
Widerstand, ein leitfähiges
Gummielement, einen piezoelektrischen Sensor, einen Piezo-Widerstandsfilm
oder eine andere Art eines Sensorelementes ein, wie ein solches,
das für
die Trigger-Messeinrichtung verwendet wird, um eine auf die Kompensationsmasse
ausgeübte
Kraft zu detektieren und zu messen.
-
Falls
die handgehaltene Vorrichtung oder das System, das die Aktuator-Anordnung gemäß der gegenwärtigen Erfindung
verwendet, unabsichtlich erschüttert
wird oder einen Stoß oder
eine andere Anwendung von Kraft erfährt, wie etwa wenn die handgehaltene
Vorrichtung fallengelassen wird, im Gegensatz zu der Anwendung von
Kraft auf den Trigger alleine (d.h. der Benutzer drückt den
Trigger, um einen Schuss Munition abzufeuern), wird die Anwendung
einer solchen Kraft allgemein sowohl auf den Trigger als auch auf
die Kompensationsmasse 71 wirken. Die Kompensationsmesseinrichtung 75 des Kompensationssystems 70 wird
demnach ein Kompensationssignal aufzeichnen und erzeugen, das ähnlich demjenigen
des Trigger-Signals ist, das von der Trigger-Messeinrichtung 31 erzeugt
wird.
-
Wie
in 6A gezeigt, weist das Kompensationssystem 70 ferner
einen Verstärker 77 auf,
der ein Trigger-Signal 78 und ein Kompensationssignal 79 von
der Trigger-Messeinrichtung 31 und der Kompensationsmesseinrichtung 75 erhält. Der
Verstärker kombiniert
und/oder modifiziert grundsätzlich
das Trigger und das Kompensationssignal 78 und 79 und erzeugt
als Reaktion darauf ein Gesamtsignal 81, das typischerweise
zu dem Vergleicher 63 des Steuersystems 60 zum
Vergleich mit dem Referenzspannungssignal 67 von der Spannungsreferenz 66 gesandt
wird. Der Vergleicher liefert seinerseits ein Output-Signal 82 an
den Controller 61 zur Verarbei tung durch den Controller,
um zu entscheiden, ob die Funktion der Vorrichtung initiiert werden
soll. Die Signale von der Kompensationsmesseinrichtung und der Trigger-Messeinrichtung
können
durch den Verstärker 77 kombiniert
werden, so dass sie im Wesentlichen umgekehrter Polarität sind,
um ein zusätzliches
Merkmal der Selbstkompensation für
Veränderungen
in den Messeinrichtungen selbst zu liefern. Die unterschiedlichen
Signale können
verwendet werden, um sich einander auszulöschen, um so z.B. jegliche
fälschlicherweise
initiierte Trigger-Signale zu löschen,
die durch eine Erschütterung
oder ein Fallenlassen der handbetätigten Vorrichtung oder durch Variationen
in der Arbeitsweise oder der Umgebungstemperatur oder ähnliche
unerwünschte
Ereignisse bedingt sind.
-
Der
Verstärker 77 ist
typischerweise ein Differenz-Operationsverstärker, wie etwa ein Präzisionsinstrumentenverstärker, der
allgemein hohe Verstärkungen
mit nur sehr geringer Output-Drift und sehr geringem Rauschen erzeugt.
Wie erwähnt,
erhält
der Verstärker
typischerweise einen positiven und einen negativen Input als Reaktion
auf das Trigger-Signal 78 bzw. das Kompensationssignal 79.
Der negative Input wird üblicherweise
von dem positiven Input subtrahiert oder anders kombiniert, und
das Ergebnis wird mit einem vorbestimmten oder durch den Benutzer
bestimmten Verstärkungsfaktor
multipliziert, um ein Gesamtsignal 81 zu erzeugen. Ein
beispielhafter Verstärker,
der bei der gegenwärtigen
Erfindung verwendet werden kann, könnte das Modell LTC 1250 und/oder
LTC 1167 einschließen,
der von Linear Technology hergestellt wird.
-
Eine
zweite Ausführung
des Steuersystems 60 für
die Aktuator-Anordnung 10 gemäß der gegenwärtigen Erfindung
mit einem Kompensationssystem 90 auf der Basis der Detektion
eines Grenzwertes ist in 6B gezeigt.
Bei dieser Ausführung
weist das Steuersystem 60 allgemein ein Paar von Vergleichern 63 und 63' auf, als auch
eine Spannungsreferenz 66, die mit dem Vergleicher 63 kommuniziert und
diesem ein Spannungsreferenzsignal 67 liefert. In ähnlicher
Weise weist bei dieser Ausführung
das Kompensationssystem 90 gemäß 6B allgemein einen
Grenzwert-Detektionsmechanismus
auf, der eine sekundäre
Messeinrichtung 91 aufweist, die allgemein neben einer
Kompensationsmasse befestigt ist, wie etwa entlang einer Stufe,
wie in der Trigger-Anordnung 20 gemäß der 1 und 2 gezeigt,
obwohl die sekundäre
Messeinrichtung, wie in 6B gezeigt,
ferner an anderen Positionen entlang des Körpers der Trigger-Anordnung
befestigt sein kann, wie von den Fachleuten auf diesem Gebiet verstanden
wird. Die sekundäre
Messeinrichtung 91 ist allgemein ein Dehnungsmessstreifen,
eine Lastzelle, ein Wandler, ein leitfähiges Gummi, ein piezoelektrischer
Sensor, ein Piezo-Widerstandsfilm, ein krafterfassender Widerstand,
oder ein anderer Kraftsensor oder -detektor, ähnlich der Trigger-Messeinrichtung 31.
-
Eine
Grenzwertreferenz 92 ist vorzugsweise programmiert mit
einem vorbestimmten oder gewünschten
Grenzwert, der notwendig ist, um die Arbeitsfolge der handbetätigten Vorrichtung
zu unterbinden. Der Grenzwertreferenz 92 kann wie die Spannungsreferenz 66 auch
als eine variable Referenz ausgebildet sein, was es ermöglicht,
durch den System-Controller mit einer Anzahl von Werten programmiert
zu werden, wie gewünscht,
um Stoßeffekte
und thermische Effekte zu kompensieren. Im Betrieb wird die sekundäre Messeinrichtung 91 ein Kompensations-
oder sekundäres
Signal 93 bei Detektion einer Kraft senden, wenn etwa die
handbetätigte
Vorrichtung fallengelassen oder in anderer Weise einer Erschütterungskraft
ausgesetzt wird, oder wenn die thermische Ausdehnung auf die sekundäre Messeinrichtung
einwirkt, wenn die handbetätigte Vorrichtung
veränderlichen
Umgebungsbedingungen ausgesetzt wird. Wie in 6B gezeigt,
wird das Kompensationssignal 93 dem Vergleicher 63' zugeführt, wie
gleichfalls auch ein Grenzwertsignal 94, das von der Grenzwertreferenz 92 bereitgestellt
wird. Die Vergleicher 63' und 63 vergleichen
das Grenzwertsignal 94 mit dem Kompensationssignal 93 und einem
Trigger-Signal 96 von der Trigger-Messeinrichtung 31 mit
dem Spannungsreferenzsignal 67 und erzeugen als Reaktion
darauf ein Vergleicher- oder Output-Signal 98 und 98'.
-
Diese
Signale werden dem Controller 61 des Steuersystems zugeführt. Der
Controller wird als Reaktion darauf die Initiierung der Betriebsfolge
der handgehaltenen Vorrichtung blockieren oder in anderer Weise
unterbinden, falls das Kompensationssignal von der sekundären Messeinrichtung
größer oder gleich
dem Grenzwertsignal ist, was zu einem hohen oder positiven Gesamtvergleichersignal 98' führt, oder falls
das Trigger-Signal den Spannungsreferenzwert, der zur Einleitung
des Betriebs notwendig ist, nicht übersteigt, was zu einem Gesamtsignal 98 von
Null oder einem negativen Signal führt. Falls das Kompensationssignal
z.B. bei einer elektronischen Feuerwaffe, die elektronisch aktivierte
Munition feuert, das Grenzwertereferenzsignal übersteigt und/oder das Trigger-Signal,
das Spannungsreferenzsignal nicht übersteigt, dann blockiert das
Steuersystem die Übertragung
einer elektronischen Zündladung
oder eines Impulses zu dem Zündstift, so
dass der Schuss Munition nicht abgefeuert wird.
-
Eine
weitere Ausgestaltung eines Kompensationssystems für die gegenwärtige Erfindung,
das mit 100 bezeichnet ist, ist in 6C gezeigt.
Bei dieser Ausführung
weist das Kompensationssystem 100 einen Filter-Verstärker 101 auf,
der ein Trigger-Signal 102 von
der Trigger-Messeinrichtung 31 erhält. Der Filter-Verstärker 101 verwendet
typischerweise einen Differenz-Operationsverstärker, der konfiguriert ist, um
eine Verstärkung
des Trigger-Signals 102 bei speziellen Input-Frequenzen
zu liefern und um einen Trigger-Signalanteil bei Frequenzen außerhalb
eines spezifizierten Bereiches zurückzuweisen. Der Filter-Verstärker 101 wird
von den Fachleuten so verstanden werden, dass dieser eine Auswahl
von Topologien liefert, wozu Tiefpass-, Bandpass-, Hochpass- und
Bandunterdrückungsfrequenzfunktionen
gehören.
Es versteht sich ferner, dass bei Trigger-Signalen 102,
die keine Verstärkung
erfordern, der Filter-Verstärker 101 potentiell
auf ein vollständig
passives Design reduziert werden könnte, das typischerweise nur
aus Widerständen,
Kondensatoren und Spulen besteht. Ferner werden die Fachleute in
der digitalen Signalverarbeitung realisieren, dass die Funktion
des Filter-Verstärkers 101 digital
durchgeführt
werden kann unter Verwendung von Z-Transformations-Verarbeitungsverfahren.
-
Das
Kompensationssystem 100 gemäß 6C ist
allgemein auf eine Detektion und Überwachung der Veränderungsgeschwindigkeit
des Trigger-Signals 102 fokussiert, um die Initiierung
oder die Aktivierung des Betriebes der handbetätigten Vorrichtung zu steuern.
Zum Beispiel tritt ein durch temperaturinduziertes Trigger-Signal, d.h. eine
thermische Ausdehnung des Triggers infolge von extremer Wärme oder
Kälte,
allgemein mit einer Veränderungsgeschwindigkeit
auf, die erheblich langsamer als das entsprechende Trigger-Signal
ist, das von dem Benutzer beim Drücken des Triggers erzeugt würde. In ähnlicher
Weise würde
die Anwendung einer Stoßkraft,
wie etwa wenn die handbetätigte
Vorrichtung fallengelassen wird, zu einem Trigger-Signal führen, dessen
Veränderungsgeschwindigkeit
viel größer oder
schneller als das zugehörige
Trigger-Signal ist, das von dem Drücken des Triggers durch einen
Benutzer stammt.
-
Bei
diesem Beispiel wäre
der Filter-Verstärker 101 konfiguriert,
um eine Bandpass-Filterfunktion durchzuführen, wobei sich langsam verändernde thermische
Effekte (niedrige Frequenz) und sich schnell verändernde Stoßkrafteffekte (hohe Frequenz)
von dem verarbeiteten Filtersignal 103 eliminiert werden.
Das Filtersignal wird dann zu einem Vergleicher 63 des
Steuersystems 60 gesandt. Der Vergleicher vergleicht dieses
resultierende Filtersignal 103 mit dem Spannungsreferenzsignal 67,
das von der Spannungsreferenz 66 geliefert wird und liefert
seinerseits ein Vergleicher-Output oder ein Gesamtsignal 106,
das dem Controller 61 des Steuersystems zugeführt wird.
Der Controller 61 überwacht das
Output-Signal 106 und blockiert die Aktivierung oder Initiierung
der Betriebsfolge der handbetätigten Vorrichtung,
bis das Filtersignal 103 das Spannungsreferenzsignal 67 übersteigt.
-
Eine
weitere Ausführung
eines Kompensationssystems für
die Aktuator-Anordnung
gemäß der gegenwärtigen Erfindung,
das mit 110 bezeichnet ist, ist in 6D gezeigt.
Das Kompensationssystem 110 gemäß 6D weist
einen Temperatursensor 111 auf, der die Temperatur der
Trigger-Messeinrichtung 31 misst. Der Temperatursensor 111 erzeugt selbst
ein entsprechendes temperaturinduziertes Trigger-Signal 113,
so dass der thermische Output der Trigger-Messeinrichtung als eine
Funktion der Temperatur von dem Verstärker 116 derart kompensiert
werden kann, dass das resultierende Gesamtsignal 117 durch
Veränderungen
in der Umgebungstemperatur nicht beeinflusst wird. Das Trigger-Signal 112 von
der Trigger-Messeinrichtung 31 wird
einem Verstärker 116,
der typischerweise als Operationsverstärker ausgeführt ist, wie etwa ein LM324,
als ein Input zugeführt,
wobei gleichzeitig das entsprechende temperaturinduzierte Trigger-Signal 113 gleichfalls
dem Verstärker
zugeführt
wird. Von den beiden von dem Verstärker erhaltenen Signale mit
dem temperaturinduzierten Trigger-Signal 113 wird allgemein das
Trigger-Signal 112 subtrahiert, um ein verstärktes Gesamtsignal 117 zu
erzeugen, das die Veränderungen
berücksichtigt,
die von der Temperatur herrühren,
die auf die Trigger-Messeinrichtung 31 wirkt. Das
verstärkte
Signal 117 wird dann dem Vergleicher 63 zugeführt, der
das verstärkte
Signal mit einem Spannungsreferenzsignal 67 von der Spannungsreferenz 66 vergleicht
und ein Gesamt- oder Output-Signal 118 erzeugt, das für die logische
Differenz zwischen dem verstärkten
und dem Spannungsreferenzsignal Indikativ ist. Falls das Gesamtsignal 117 das
Spannungsreferenzsignal 67 übersteigt, erlaubt das Steuersystem,
dass die Betriebsfolge der handgehaltenen Vorrichtung fortgeführt wird.
-
Noch
eine weitere Ausführung
eines Kompensationssystems für
die gegenwärtige
Erfindung, das mit 120 bezeichnet ist, ist in 6E gezeigt.
Das Kompensationssystem 120 gemäß 6E ist
hauptsächlich
auf die Korrektur von fälschlichen
Trigger- oder Drift-Signalen gerichtet, die unterhalb einer vorbestimmten
oder gewünschten
notwendigen Veränderungsgeschwindigkeit
zum Initiieren der Funktion der handgehaltenen Vorrichtung auftreten.
Bei diesem System wird die Korrektur von Fehlersignalen allgemein
durch Modifizieren eines verstärkten
Signals von der Trigger-Messeinrichtung 31 über die
Zeit erreicht, während
sich das Trigger-Signal verschiebt oder ändert. Das Kompensationssystem 120 weist allgemein
eine Folge von Verstärkern 122 und 128 auf,
typischerweise Differenz-Operationsverstärkern. Diese Ausführung weist
ferner einen Mechanismus 126 auf, um einen kontinuierlich
laufenden Durchschnitt des instantanen verstärkten Signals 127 von der
Trigger-Messeinrichtung
zu erhalten. Der laufende Durchschnittsmechanismus 126 ist
typischerweise ein Tiefpass-Filter, kann jedoch auch mit einer Funktion
des Controllers 61 programmiert und so ausgeführt werden
oder kann digital so ausgeführt sein,
dass das instantane verstärkte
Signal digital abgetastet wird und der laufende Durchschnitt durch
digitale Signalverarbeitungsverfahren eingehalten wird.
-
Wie
in 6E gezeigt, erzeugt die Trigger-Messeinrichtung 31 ein
Trigger-Signal 129A bei der
Detektion eines Vorgangs, wie etwa, dass ein Benutzer den Trigger
drückt,
ein Stoßereignis
oder infolge von Veränderungen
von Umweltbedin gungen. Dieses Signal 129A wird typischerweise
von dem Verstärker 128 verstärkt, der
ein verstärktes
Signal 127 erzeugt. Das instantane verstärkte Trigger-Signal 127 wird über die
Zeit von dem laufenden Durchschnittsmechanismus 126 überwacht,
um ein laufendes Durchschnittssignal 129B zu erzeugen,
das dem Verstärker 122 zusammen
mit dem instantanen verstärkten
Trigger-Signal 127 zugeführt wird. Der Verstärker 122 subtrahiert
das laufende Durchschnittssignal 129B von dem instantanen
verstärkten
Trigger-Signal 127 und erzeugt ein Gesamtsignal 131, das
ein effektives analoges kompensiertes Signal ist. Das Gesamtsignal 131 wird
mit dem Spannungsreferenzsignal 67 verglichen und informiert
den System-Controller in einer Weise, die den vorherigen Ausführungen
entspricht.
-
Die
Zeitdauer, über
die der laufende Durchschnitt erzeugt oder berechnet und verwendet
wird, um das instantane verstärkte
Trigger-Signal zu modifizieren, ist allgemein eine Zeit, von der
geglaubt wird, oder die ausgewählt
wird, so dass sie erheblich länger
als der längste
erwartete Trigger-Zug ist. Zum Beispiel könnte ein System auf der Basis
eines DSP feststellen, dass die Drift oder die laufende Durchschnittszeit
für das
Trigger-Signal bei 20 bis 30 Sekunden eingestellt wird, derart,
dass falls das Gesamtsignal das Spannungsreferenzsignal während einer
solchen Zeit nicht überstiegen
hat, was zur Initiierung der Arbeitsfolge, d.h. Feuern einer Schusswaffe,
führen
würde,
der laufende Durchschnitt des instantanen verstärkten Trigger-Signals ein upgedatetes
laufendes Durchschnittssignal erzeugt, das während des zweiten Intervalls
von 20 bis 30 Sekunden verwendet wird. In dem Fall eines analogen
Designs mit Tiefpass würde
das laufende Durchschnittssignal kontinuierlich mit einer Zeitkonstante
upgedatet, die typischerweise größer als
20 bis 30 Sekunden ist.
-
Eine
zusätzliche
Erweiterung der in den 6A bis 6E gezeigten
Ausführung
weist das Unterdrücken
von fälschlichen
Trigger-Signalen auf, die oberhalb einer gewünschten Veränderungsgeschwindigkeit zum
Initiieren des Betriebs der handbetätigten Vorrichtung auftreten.
Bei einem solchen System wird eine Korrektur von Fehlersignalen
allgemein erreicht, indem das verstärkte Trigger-Signal unterdrückt wird,
bis das Signal einen Grenzwert übersteigt
und weiterhin den Grenzwert für
eine bestimmte Zeitdauer übersteigt.
Während
die Trigger-Messeinrichtung 31 ein Trigger- Signal bei Detektion
eines Ereignisses, wie etwa dass ein Benutzer den Trigger drückt, ein
Stoßereignis
oder infolge von Veränderungen
von Umgebungsbedingungen, ein Trigger-Signal erzeugt, wird das Signal
typischerweise verstärkt
und mit einer Spannungsdifferenz in einer vergleichbaren Weise wie
bei den vorherigen Ausführungen
verglichen. Das von dem Vergleicher erzeugte Signal wird dann mit
einer Zeitreferenz verglichen, die in dem System-Controller spezifiziert
ist. Die minimale Zeit, um die das verstärkte Signal die Spannungsreferenz übersteigen
muss, wird größer als
das längste
erwartete Stoßsignal
und geringer als der kürzeste
erwartete Trigger-Zug eingestellt. Indem die minimale Zeit auf einen
solchen Wert eingestellt wird, wird ein fälschliches Trigger-Signal,
das durch ein Stoßereignis
bewirkt ist, vernachlässigt.
Typische Stoßereignisse
haben eine Dauer von 10 oder weniger Millisekunden. Ein Trigger-Zugereignis
dauert üblicherweise
Sekunden, es wurde jedoch beobachtet, dass es klein wie 200 Millisekunden
sein kann. Typischerweise würde
die minimale Grenzzeit auf 40 bis 50 Millisekunden eingestellt.
Somit würde
jedes verstärkte
Trigger-Signal, das die Spannungsreferenz nicht erreicht und oberhalb
der Spannungsreferenz für
eine Dauer von wenigstens 40 bis 50 Millisekunden verbleibt, vernachlässigt.
-
Noch
eine weitere Ausführung
des Steuersystems 150, die in 6F gezeigt
ist, ist auf Situationen gerichtet, in denen die zu ergreifende
Aktion nicht vollständig
binärer
Natur ist. Ein Beispiel hiervon wäre der Wunsch, einen Elektromotor
mit einer Größe von unterschiedlichen
Geschwindigkeiten anzutreiben, abhängig davon, wie viel Kraft
auf das Trigger-Element ausgeübt
wird. Das Steuersystem enthält
allgemein eine Trigger-Messeinrichtung 151, einen Verstärker 152,
eine Spannungsreferenz 153, eine Mehrzahl von Widerständen 154,
eine Mehrzahl von Vergleichern 156 und einen System-Controller 161.
Wie in 6F gezeigt erzeugt die Trigger-Messeinrichtung 151 ein
Trigger-Signal 158 als eine Funktion des Niederdrückens des
Triggers durch einen Benutzer. Das Signal wird typischerweise im
Verstärker 152 verstärkt und
wird dann zu einem Input von jedem der Mehrzahl von Vergleichern 156 geliefert.
Die Spannungsreferenz 153 und die Mehrzahl von Widerständen 154 erzeugen
eine Mehrzahl von Spannungsreferenzen 159 für den Vergleicher 156 zur
Erzeugung eines Gesamtsignals oder Vergleicher-Output-Signals 161.
Jedes der Vergleicher-Output-Signale 161 wird an den System-Controller 161 gesandt,
so dass der System-Controller den Grad der Kraft bestimmen kann,
die auf das Trigger-Element ausgeübt wird,
und eine geeignete Betriebsfolge initiieren kann. Es versteht sich
für die
Fachleute, dass unterschiedliche Auflösungsgrade möglich sind,
auf der Basis der Anzahl der verwendeten Vergleicher.
-
6G zeigt
noch eine weitere Ausführung des
Steuersystems 170, das eine Antwort hat, die eine kontinuierliche
Funktion einer auf das Trigger-Element ausgeübten Kraft ist. Ein Bohrer
mit variabler Geschwindigkeit ist ein Beispiel, bei dem ein solches
Steuersystem implementiert werden könnte, da sich typischerweise
die Motorgeschwindigkeit als eine Funktion der auf das Triggerelement
des Bohrers ausgeübten
Kraft variiert. Das Steuersystem 170 weist allgemein eine
Trigger-Messeinrichtung 171, einen Verstärker 172 und
eine Motorgeschwindigkeitssteuerung 173 auf. Wie in 6G gezeigt,
erzeugt die Trigger-Messeinrichtung 171 ein Trigger-Signal 174 als
eine Funktion des Drückens
des Triggers durch einen Benutzer, das einem Verstärker 172 zugeführt wird,
um ein verstärktes
Signal 176 zu liefern. Das verstärkte Signal 176 wird
dann der Motorgeschwindigkeitssteuerung zugeführt, um die Motorgeschwindigkeit
zu steuern. In Abhängigkeit
von der Art, wie der Motor gesteuert wird, kann die Motorgeschwindigkeitssteuerung 173 einen
Antrieb mit variabler Geschwindigkeit oder eine variable Spannungsversorgung
oder -steuerung aufweisen oder kann einfach ein Motor mit variabler
Geschwindigkeit sein, der direkt angetrieben wird und somit durch
die Signale von der Trigger-Messeinrichtung gesteuert wird. In dem
Fall eines Bohrers mit variabler Geschwindigkeit ist die Geschwindigkeit
des Motors allgemein proportional zu dem verstärkten Signal.
-
Noch
eine weitere Ausführung
des Steuerungssystems 180 ist in 6H gezeigt
und bezieht sich auf ein System, das eine Reaktion hat, die in der Lage
ist, eine kontinuierliche Funktion der auf den Trigger ausgeübten Kraft
zu sein, sobald ein Grenzwert der Kraft erreicht ist. Das Steuersystem 180 weist
allgemein eine Trigger-Messeinrichtung 181, einen
Verstärker 182,
einen Vergleicher 183, eine Spannungsreferenz 184 und
eine Motorgeschwindigkeitssteuerung 186 auf. Die in 6H angedeutet, erzeugt
die Trigger-Messeinrichtung 181 ein Trigger-Signal 187 als
eine Funk tion des Drückens
des Triggers durch einen Benutzer, welches von dem Verstärker 182 verstärkt wird,
um ein verstärktes
Signal 188 zu erzeugen. Das verstärkte Signal 188 wird zu
der Motorgeschwindigkeitssteuerung und dem Vergleicher gesandt.
Der Vergleicher 183 vergleicht das verstärkte Signal 188 mit
dem Referenzsignal 189 von der Spannungsreferenz 184 und
erzeugt ein Verstärker-Output-Signal
oder ein Gesamtsignal 190. Die Motorgeschwindigkeitssteuerung 186 wird
keine Aktion erlauben, bis der Vergleicher 183 signalisiert, dass
das verstärkte
Signal den vorbestimmten Grenzwert erreicht hat. Ist der Grenzwert
erreicht, dann veranlasst die Motorgeschwindigkeitssteuerung, dass
der Motor als eine kontinuierliche Funktion des verstärkten Signals 188 reagiert.
-
Beim
Betrieb der Aktuator-Anordnung 10 gemäß der gegenwärtigen Erfindung,
wie in 1 gezeigt, wenn sie in einer Feuerwaffe "F" beispielhaft verwendet wird, wird dann,
wenn ein Benutzer eine Kraft auf den Trigger 22 ausübt oder
falls die Vorrichtung ein anderes fälschliches Kraftereignis erfährt, wie
etwa ein Fallenlassen oder eine Temperaturveränderung, ein Signal von der
Trigger-Messeinrichtung 31 bei Detektion einer solchen
Kraftanwendung ausgesandt. Wie in den 6A–6E gezeigt, kann
dieses Trigger-Signal mit einem Kompensationssignal oder durch ein
solches Signal modifiziert werden, das von einem Kompensationssystem
beim Auftreten eines fehlerhaften Kraftereignisses, wie etwa beim
Fallenlassen oder beim Stoßen
der Feuerwaffe oder durch das Auftreten von thermischen Zuständen auf
die Trigger-Messeinrichtung
oder die Feuerwaffe erzeugt wird. Das Trigger-Signal wird allgemein
einem Vergleicher für
das Aktuator-Anordnung-Steuersystem 60 zugeführt, der
das Trigger-Signal mit einem Spannungsreferenzsignal vergleicht. Falls
das Trigger-Signal die vorbestimmte Spannungsreferenz oder den Bereich
von Spannungsreferenzwerten übersteigt,
erlaubt das Steuersystem die Initiierung oder die Aktivierung der
Betriebsfolge für die
Schusswaffe, um einen Schuss Munition 14 abzufeuern (1).
-
Zum
Beispiel wird wie in 1 gezeigt bei einer elektronischen
Schusswaffe, die elektrisch gezündete
oder aktivierte Munition verwendet, beim Erhalten eines Trigger-Signals,
das den Spannungsreferenzwert oder den Bereich von Werten übersteigt, die
Systemsteuerung der Aktuator-Anordnung gemäß der gegenwärtigen Erfin dung
ein Zündsignal
zu dem System-Controller der elektronischen Schusswaffe liefern,
wie etwa in dem US-Patent Nr. 5,755,056 offenbart. Der Controller
wird seinerseits einen Zündspannungsimpuls
oder eine Ladung an einen elektrisch leitfähigen Zündstift oder Fühler für die elektrisch
aktivierte Zündung
des Schusses der Munition zu liefern, um die Zündung zu bewirken und somit
den Schuss Munition abzufeuern. Falls jedoch das von dem Kompensationssystem
erzeugte Kompensationssignal das Trigger-Signal übersteigt oder wie verwendet
das Trigger-Signal oder Spannungsreferenzsignal modifiziert, bewirkt
dies, dass das Trigger-Signal unterhalb des gewünschten oder modifizierten
Spannungsreferenzsignals fällt.
Die Systemsteuerung wird dies als einen fehlerhaften oder falschen
Feuerzustand oder ein Ereignis auffassen und wird die Initiierung
der Arbeitsfolge der Schusswaffe blockieren, um zu verhindern, dass
die Schusswaffe unerwünscht
als eine Folge von einem Fallenlassen oder der Veränderung
von thermischen oder Umweltbedingungen feuert.
-
Wie
in 7 dargestellt, kann die Aktuator-Anordnung 10' gemäß der gegenwärtigen Erfindung
auch bei einer herkömmlichen
Schusswaffe F' verwendet
werden, die benutzt wird, um schlaggezündete Munition 14' abzufeuern.
Bei solchen Schusswaffen ist der Zündstift 16' allgemein zu
dem Schuss von Munition 14' durch
eine Feder 140 vorgespannt und weist entlang seiner Länge eine
Kerbe 141 auf. Eine Spule 142, ein Schalter oder
ein anderer elektrisch betätigter
Sicherheits- oder Eingriffsmechanismus kann innerhalb des Rahmens
oder der Aufnahme 11' der
Schusswaffe befestigt sein, wobei die Spule typischerweise ein ausziehbarer
Stift oder ein Stab 143 ist, der an der in dem Zündstift 16' gebildeten
Kerbe 141 angreift. Der Angriff der Kerbe des Zündstiftes
durch den Spulenstift hält
den Zündstift
in einem nicht zündenden
Zustand, um zu verhindern, dass sich der Zündstift durch seine Feder nach
vorn bewirkt, um aufzuschlagen und somit den Schlagzünder des
Schusses von Munition zu betätigen
und um das Feuern derselben zu initiieren. Wenn der Controller 61' des Aktuator-Anordnungssteuerungssystems
ein Zündsignal
detektiert, das anzeigt, dass der Trigger durch ein wahres Trigger-Ereignis
aktiviert ist, d.h. der Benutzer drückt den Trigger, um den Schuss
von Munition abzufeuern, wird der Controller der Spule signalisieren,
ihren Stift 143 freizugeben oder zurückzuziehen. Wenn sich der Stift
von dem Zündstift
zurückzieht,
wird der Zündstift
durch die Feder 140 nach vorn gedrängt, gegen den Aufschlagzünder, um
den Zünder
auszulösen,
um den Schuss Munition abzufeuern. Der Stift der Spule oder ein
anderer elektromechanisch aktivierter Eingriffsmechanismus wirkt
somit in ähnlicher
Weise, um auf ein Schloss bei einer herkömmlichen Schusswaffe einzuwirken,
um die Freigabe des Zündstiftes
zum Aufschlagen und Abfeuern eines Schusses Munition zu bewirken.
-
Die
im Wesentlichen einstückige
Konstruktion der Aktuator-Anordnung gemäß der gegenwärtigen Erfindung
ist dazu ausgebildet, eine Trigger-Verschiebung von im Wesentlichen
null oder nahe null zu erzeugen, und die gegenwärtige Erfindung kann ferner
verwendet werden, die Einstellung einer Trigger-Zugkraft oder die
Größe der Kraft,
die auf den Trigger ausgeübt
werden muss, auf einen gewünschten
im Wesentlichen eingestellten Wert festzusetzen, der während der
Lebensdauer der Schusswaffe im Wesentlichen gleich bleibt. Ferner
ermöglicht
das System, dass fehlerhafte Auslösezustände, wie etwa ein Fallenlassen
oder die Effekte von thermischen oder Umweltvariationen auf die
Trigger-Anordnung, erkannt werden und kompensiert werden, um zu
verhindern, dass eine Schusswaffe unbeabsichtigt oder unerwünscht feuert.
Ferner kann das von der Trigger-Anordnung erzeugte Trigger-Signal überwacht werden,
derart, dass Variationen in der Anwendung von Kraft auf den Trigger
benutzt werden können,
um eine Anzahl von handbetätigten
oder handaktivierten Vorrichtungen zu steuern, wie etwa einen Bohrer
mit variabler Geschwindigkeit, eine Säge oder ein anderes Werkzeug,
mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, wie es gewünscht ist.
-
Es
versteht sich ferner für
die Fachleute, dass obwohl die gegenwärtige Erfindung zuvor unter Bezugnahme
auf bevorzugte Ausführungen
beschrieben wurde, zahlreiche Modifikationen, Erweiterungen und
Veränderungen
möglich
sind, ohne vom Rahmen der Erfindung abzuweichen, wie dieser durch
die Ansprüche
definiert ist.