EP0059921A1 - Stabilisierungs- und Richtantrieb für einen Drehturm eines Fahrzeuges - Google Patents

Stabilisierungs- und Richtantrieb für einen Drehturm eines Fahrzeuges Download PDF

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EP0059921A1
EP0059921A1 EP82101584A EP82101584A EP0059921A1 EP 0059921 A1 EP0059921 A1 EP 0059921A1 EP 82101584 A EP82101584 A EP 82101584A EP 82101584 A EP82101584 A EP 82101584A EP 0059921 A1 EP0059921 A1 EP 0059921A1
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turret
drive
vehicle body
drive according
friction linings
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Ludwig Dr.-Ing. Pietzsch
Bernhard Stehlin
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41A—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS COMMON TO BOTH SMALLARMS AND ORDNANCE, e.g. CANNONS; MOUNTINGS FOR SMALLARMS OR ORDNANCE
    • F41A27/00—Gun mountings permitting traversing or elevating movement, e.g. gun carriages
    • F41A27/06—Mechanical systems
    • F41A27/18—Mechanical systems for gun turrets
    • F41A27/20—Drives for turret movements

Definitions

  • the invention relates to a stabilizing and straightening drive for a turret of a vehicle, which is rotatably mounted on the vehicle body via a turntable and on the friction surfaces driven in opposite directions and pressurized friction pads actuating torques for aligning the turret to a desired direction can be applied.
  • a turret is part of a turret weapon system on an armored vehicle.
  • the torque to be applied by the stabilization and directional drive of such a tower weapon system depends on the required acceleration torque to overcome the inertia of the turret and on the maximum unbalance moments that occur. Imbalance moments must be absorbed in the azimuth by the stabilizing and straightening drive, for example, when the vehicle equipped with the turret is in an inclined position or driving or when the center of gravity of the turret does not coincide with the axis of rotation and is linearly accelerated due to cornering, pitching and rolling movements.
  • Stabilizing and directional drives of the type described in the introduction have been proposed (DE-PS 22 17 684, DE-PS 27 27 582).
  • a drive torque is transmitted from a pinion to the turntable of the turret by the drive arranged inside the turntable.
  • These Ar t of the force introduction has two major drawbacks: the amount of transmittable torque is limited by the tooth strength.
  • the introduction of torque on the rotating assembly is dynamic "soft", so that the control performance of the rehturmes via a regulator to set the direction of the D-regulated drive is reduced. Normally, the torques of the turret occurring due to the unbalance are within the limits that can be applied by the known drives.
  • the invention has for its object to provide a stabilizing and straightening drive, with which large unbalance moments characteristic of such turrets can be absorbed, the control quality being to be increased.
  • the braking surfaces are formed on two concentrically arranged rotating rings adjacent to the middle turntable radius, which are mounted on the vehicle body or on the turret and driven in opposite directions, and that the friction linings are arranged on the same mean radius as the rotating rings, axially adjacent to the rotating tower or on the vehicle body.
  • the frictional force generated on the rotating rings with the stabilizing and straightening drive according to the invention brings about a direct application of a stabilizing or straightening torque which counteracts the unbalanced moments. This moment is multi due to the frictional force given with the large lever arm between the rotating rings and the center of the turret.
  • the dynamic eigenvalues of the slewing ring bearing and the otherwise usual gear stage are eliminated.
  • the pressing force is applied with the help of a controller, which aligns the turret in a given target direction (straightening) or keeps the turret aligned in this direction regardless of movements of the base (stabilization).
  • a controller which aligns the turret in a given target direction (straightening) or keeps the turret aligned in this direction regardless of movements of the base (stabilization).
  • the structure and mode of operation of this controller have already been described earlier (DE-PS 22 17 684) and are not described again in this application.
  • control loops with interference feedforward control as are customary for controlled systems with strong interference, can also be used with the invention.
  • the linear acceleration acting at the center of gravity is measured and applied to the control loop.
  • the drive according to the invention also works with a large servo ratio. In other words, the power required to regulate the pressing force is much lower than the power required to straighten the turret.
  • the unregulated primary power is preferably made available by means of at least one drive group, which is preferably arranged on the vehicle body and has, for example, an electric motor.
  • the friction linings are advantageously pressed electromagnetically onto the braking surfaces of the rotating rings by means of magnetic force, the electrical power to be fed into the rotating tower via a slip ring being far less than the primary power.
  • the stabilizing and straightening drive can be designed for very high maximum torques.
  • the magnetic force for pressing the friction linings can also be applied by means of permanent magnets which counteract the electromagnets.
  • the permanent magnets block the braking surfaces, i. H. to lock or "lash" the turret towards the vehicle body in a very simple manner.
  • an additional toothing can be arranged on one of the rotating rings to interact with a hand-operated pinion.
  • 1 denotes a vehicle body and 2 denotes a turret with barrel weapon 3 and turntable 4, by means of which the turret 2 can be rotated relative to the vehicle body 1.
  • an electric motor 20 is drawn with dashed lines, which acts on two gears 21, 22.
  • An output pinion 23, 24 belongs to each transmission.
  • the rotating rings are thus driven in opposite directions via the two pinions 23, 24, but driven at the same speed.
  • the tooth forces are kept comparatively low due to the use of two pinions.
  • a corresponding drive 20 can in turn be provided with two output pinions 23, 24, as indicated in FIG. 1.
  • Part of the housings 16, 17 can contain permanent magnets (not shown), which result in a permanent attractive force between the friction linings 12, 13 and the braking surfaces 10, 11.
  • the electromagnets 14, 15 counteract the permanent magnets in a controlled manner during operation. The counteraction of the Electromagnets 14, 15 are lifted so that a non-positive locking or lashing between the turret 2 and the vehicle body 1 is generated by the permanent magnetic force.
  • the electromagnets 14, 15 are energized by a controller (not shown) which, in the event of an angular deviation of the rotary position of the turret 2 or of the barrel weapon 3 from a predetermined desired direction, emits actuation signals in the sense of canceling the angular deviation either to the electromagnets 14 or to the electromagnets 15.
  • a controller not shown
  • the associated rotating ring 6 or 7 is braked, as a result of which a drive torque is applied to the rotating tower practically without delay, which varies depending on the size of the control pulse, but because of the large distance between the electromagnets 14, 15 and the center of the rotating ring M (FIG. 1) and any large selectable friction lining area of the friction linings 12, 13 can always be made larger than the largest unbalance moments of the turret occurring in practice.

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Abstract

Ein Stabilisierungs- und Richtantrieb für den Drehturm (2) eines Fahrzeugs (1) umfasst zwei koaxiale Drehringe (6, 7), die nebeneinander am Fahrzeugaufbau bzw. am Drehturm drehbar gelagert sind. Die Drehringe (6, 7) sind über Abtriebsritzel (24) eines Elektromotors gegensinnig angetrieben und tragen stirnseitig Kupplungsflächen (10, 11). Diese Kupplungsflächen sind Reibbelägen (12, 13) zugewandt, welche von am Drehturm bzw. am Fahrzeugaufbau an die Kupplungsflächen anstellbar angebrachten Magnet-Baugruppen (16, 17) beaufschlagbar sind, um so geregelt Richt- und Stabilisierungsmomente auf den Drehturm (2) aufzubringen.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Stabilisierungs- und Richtantrieb für einen Drehturm eines Fahrzeuges, der am Fahrzeugaufbau über einen Drehkranz drehbar gelagert ist und auf den über gegensinnig angetriebene Bremsflächen und daran geregelt andrückbare Reibbeläge Stellmomente zum Ausrichten des Drehturmes auf eine Sollrichtung aufbringbar sind.
  • Ein Drehturm ist beispielsweise Bestandteil eines Turmwaffensystemes auf einem gepanzerten Fahrzeug.
  • Das von dem Stabilisierungs- und Richtantrieb eines solchen Turmwaffensystems aufzubringende Drehmoment richtet sich nach dem geforderten Beschleunigungsmoment zur Oberwindung der Trägheit des Drehturmes sowie nach den maximal auftretenden Unwuchtmomenten. Unwuchtmomente müssen im Azimut vom Stabilisierungs- und Richtantrieb beispielsweise dann aufgefangen werden, wenn das mit dem Drehturm ausgerüstete Fahrzeug in Schräglage steht oder fährt oder wenn der Schwerpunkt des Drehturmes nicht mit der Drehachse zusammenfällt und infolge Kurvenfahrt sowie Nick- und Wankbewegungen linear beschleunigt wird.
  • Es wurden Stabilisierungs- und Richtantriebe der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen (DE-PS 22 17 684, DE-PS 27 27 582). Dabei wird von dem innerhalb des Drehkranzes angeordneten Antrieb ein Antriebsmoment von einem Ritzel auf den Drehkranz des Drehturmes übertragen. Diese Art der Krafteinleitung hat zwei wesentliche Nachteile: die Höhe des übertragbaren Momentes ist durch die Zahnfestigkeit begrenzt. Die Momenteneinleitung über den Drehkranz ist dynamisch "weich", so daß die Regelgüte des über einen Regler auf Sollrichtung des Drehturmes geregelten Antriebes vermindert ist. Normalerweise liegen zwar die infolge der Unwucht auftretenden Drehmomente des Drehturmes innerhalb der Grenzen, die von den bekannten Antrieben aufgebracht werden können. Jedoch werden unter extremen Fahrbedingungen gelegentlich die maximalen,von den bekannten Antrieben aufbringbaren Richtmomente durch die genannten Unwucht- bzw. Störmomente überschritten, was ein ungewolltes Verdrehen des Drehturmes gegen die Wanne zur Folge hat. Im Vergleich zu anderen Störeinflüssen, wie Reibung, sind die genannten Unwuchtmomente dominierend.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stabilisierungs-und Richtantrieb zu schaffen, mit dem auch große, für solche Drehtürme charakteristische Unwuchtmomente aufgefangen werden können, wobei die Regelgüte erhöht werden soll.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung bei einem Stabilisierungs- und Richtantrieb der eingangs beschriebenen Art vorgesehen, daß die Bremsflächen an zwei benachbart dem mittleren Drehkranzradius konzentrisch angeordneten Drehringen ausgebildet sind, die am Fahrzeugaufbau bzw. am Drehturm gelagert und gegensinnig angetrieben sind, und daß die Reibbeläge auf dem gleichen mittleren Radius wie die Drehringe diesen benachbart axial beweglich am Drehturm bzw. am Fahrzeugaufbau angeordnet sind.
  • Die mit dem Stabilisierungs- und Richtantrieb nach der Erfindung erzeugte Reibkraft an den Drehringen bewirkt eine direkte Aufbringung eines den Unwuchtmomenten entgegenwirkenden Stabilisierungs-oder Richtmomentes. Dieses Moment ist durch die Reibkraft multipliziert mit dem großen Hebelarm zwischen den Drehringen und der Drehturmmitte gegeben. Dabei sind die dynamischen Eigenwerte des Drehkranzlagers und der sonst üblichen Zahnradstufe eliminiert.
  • Die Andrückkraft wird mit Hilfe eines Reglers aufgebracht, der den Drehturm auf eine vorgegebene Sollrichtung ausrichtet (Richten) oder den Drehturm unabhängig von Bewegungen der Unterlage in dieser Richtung ausgerichtet hält (Stabilisieren). Aufbau und Wirkungsweise dieses Reglers ist bereits früher beschrieben worden (DE-PS 22 17 684) und in dieser Anmeldung nicht nochmals beschrieben.
  • Zur Verbesserung der Regelgüte lassen sich bei der Erfindung auch Regelkreise mit -Störgrößenaufschaltungen verwenden, wie sie für Regelstrecken mit stark ausgeprägten Störeinflüssen üblich sind. Beispielsweise wird die am Schwerpunkt wirkende Linearbeschleunigung gemessen und dem Regelkreis aufgeschaltet.
  • Wie die bekannten Stabilisierungs- und Richtantriebe arbeitet auch der Antrieb nach der Erfindung mit einem großen Serveverhältnis. Mit anderen Worten ist die zur Regelung der Andrückkraft erforderliche Leistung viel geringer als die zum Richten des Drehturmes erforderliche Leistung.
  • Die ungeregelte Primärleistung wird vorzugsweise mittels mindestens einer vorzugsweise am Fahrzeugaufbau angeordneten Antriebsgruppe zur Verfügung gestellt, die beispielsweise einen Elektromotor aufweist.
  • Vorteilhaft werden die Reibbeläge mittels Magnetkraft an die Bremsflächender Drehringe elektromagnetisch angedrückt, wobei die über einen Schleifring in den Drehturm zu führende elektrische Leistung weit geringer ist als die Primärleistung.
  • Durch Wahl der wirksamen Magnetfläche der Elektromagnete kann der Stabilisierungs- und Richtantrieb für sehr hohe Maximalmomente ausgelegt werden.
  • Die Magnetkraft zum Andrücken der Reibbeläge kann auch mittels Permanentmagneten aufgebracht werden, welche den Elektromagneten entgegenwirken. Bei Stromausfall führen die Permanentmagnete zu einer Blockierung der Bremsflächen, d. h. zu einem Feststellen bzw. "Zurren" des Drehturmes gegenüber dem Fahrzeugaufbau.in sehr einfacher Weise.
  • Für den Notbetrieb kann an einem der Drehringe eine zusätzliche Verzahnung zum Zusammenwirken mit einem handbetriebenen Ritzel angeordnet sein.
  • Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1 eine teilweise abgebrochene Draufsicht eines gepanzerten Fahrzeuges mit einem Drehturm;
    • Figur 2 einen Ausschnitt des Drehturmes nach Figur 1 in vergrößertem Maßstab, wobei ein Teil herausgebrochen ist;
    • Figur 3 einen Teilschnitt nach der Linie III-III in Figur 2 in weiter vergrößertem Maßstab.
  • In Figur 1 sind mit 1 ein Fahrzeugaufbau und mit 2 ein .Drehturm mit Rohrwaffe 3 und Drehkranz 4 bezeichnet, über welchen der Drehturm 2 gegenüber dem Fahrzeugaufbau 1 verdrehbar ist.
  • Gemäß Fig.2,3 umfaßt der Drehkranz ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 5 bezeichnetes Drehlager, an welchem der Drehturm 2 am Fahrzeugaufbau 1 abgestützt ist. Ferner sind etwas radial außerhalb des Drehlagers 5 zwei Drehringe 6,7 über Lager 8,9 am Fahrzeugaufbau 1 drehbar gelagert. Die Drehringe 6,7 haben oben Bremsflächen 10,11, mit denen je mehrere Paare von Reibbelägen 12,13 zusammenwirken. Jedes Reibbelagpaar ist mit zugeordneten Paaren von Elektromagneten 14,15 in Gehäusen 16,17 aufgenommen. Diese Gehäuse bilden zusammen mit den Reibbelägen eine Baugruppe, die radial spielfrei und axial schwimmend in einer Gleitführung 19 im Drehturm 2 angeordnet sind. Je nach der gewünschten Leistung können mehrere solcher paarweise zusammengefaßter Gehäuse 16,17 (vgl. Figur 2) am Umfang versetzt auf dem mittleren Radius des Drehkranzes 4 angeordnet sein.
  • In Figur 2 ist gestrichelt ein Elektromotor 20 gezeichnet, der auf zwei Getriebe 21,22 wirkt. Zu jedem Getriebe gehört ein Abtriebsritzel 23,24. Das Ritzel 24 ist, obwohl gegenüber der Schnittebene III-III in Umfangsrichtung versetzt, gestrichelt auch in Figur 3 angedeutet. Es wirkt mit einer Außenverzahnung 25 am Drehring 6 und gleichzeitig mit einer Innenverzahnung 26 am Drehring 7 zusammen. Die Drehringe sind also über die beiden Ritzel 23,24 gegensinnig, jedoch mit dem Betrage nach gleicher Drehzahl angetrieben. Dabei werden die Zahnkräfte aufgrund der Verwendung zweier Ritzel vergleichsweise niedrig gehalten. Diagonal gegenüber kann ein entsprechender Antrieb 20 wiederum mit zwei Abtriebsritzeln 23,24 vorgesehen sein, wie in Figur 1 angedeutet ist.
  • Ein Teil der Gehäuse 16,17 kann Permanentmagnete enthalten (nicht gezeigt), welche eine dauernde Anziehungskraft zwischen den Reibbelägen 12,13 und den Bremsflächen 10,11 zur Folge haben. Die Elektromagnete 14,15 wirken im Betrieb geregelt den Permanentmagneten entgegen. Bei unbetätigtem Zustand wird die Gegenwirkung der Elektromagneten 14,15 aufgehoben, so daß eine kraftschlüssige Blockierung bzw. Zurrung zwischen dem Drehturm 2 und dem Fahrzeugaufbau 1 durch die Permanentmagnetkraft erzeugt ist.
  • Die Elektromagnete 14,15 werden von einem nicht gezeigten Regler erregt, der bei Winkelabweichung der Drehstellung des Drehturmes 2 bzw. der Rohrwaffe 3 von einer vorgegebenen Sollrichtung Betätigungssignale im Sinne einer Aufhebung der Winkelabweichung entweder an die Elektromagnete 14 oder an die Elektromagnete 15 abgibt. Dadurch wird der zugehörige Drehring 6 oder 7 abgebremst, wodurch praktisch verzögerungslos ein Antriebsmoment auf den Drehturm aufgebracht wird, das je nach der Größe des Regelimpulses variiert, jedoch wegen des großen Abstandes der Elektromagnete 14,15 zur Drehkranzmitte M (Figur 1) und der beliebig groß wählbaren Reibbelagfläche der Reibbeläge 12,13 stets größer als die größten in der Praxis auftretenden Unwuchtmomente des Drehturmes gemacht werden kann.

Claims (9)

1. Stabilisierungs- und Richtantrieb für einen Drehturm eines Fahrzeuges, der am Fahrzeugaufbau über einen Drehkranz drehbar gelagert ist und auf den über gegensinnig angetriebene Bremsflächen und daran geregelt andrückbare Reibbeläge Stellmomente zum Ausrichten des Drehturmes auf eine Sollrichtung aufbringbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsflächen (10;11) an zwei benachbart dem mittleren Drehkranzradius konzentrisch angeordneten Drehringen (6,7) ausgebildet sind, die am Fahrzeugaufbau (1) bzw. am Drehturm gelagert und gegensinnig angetrieben sind, und daß die Reibbeläge (12,13) auf dem gleichen mittleren Radius (4) wie die Drehringe diesen benachbart axial beweglich am Drehturm (2) bzw. am Fahrzeugaufbau angeordnet sind.
2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehringe (6,7) einander zugewandte.Umfangsverzahnungen (25,26) haben, welche mit mindestens einem zwischen ihnen angeordneten, gemeinsamen Abtriebsritzel (23,24) mindestens einer Antriebsgruppe (20-24) zusammenwirken.
3. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die oder jede Antriebsgruppe mindestens zwei Abtriebsritzel (23,24) aufweist.
4. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebsritzel (23,24) der oder jeder Antriebsgruppe im Umfangsrichtung versetzt mit den Umfangsverzahnungen (25,26) der Drehringe (6,7) zusammenwirken.
5. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibbeläge (12,13) mittels Magnetkraft an die Bremsflächen (10,11) der Drehringe (6,7) andrückbar sind.
6. Antrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibbeläge (12,13) mit regelbaren Elektromagneten (14,15) in Baugruppen (16,17) zusammengefaßt sind, die axial schwimmend und radial spielfrei im Drehturm (2) bzw. am Fahrzeugaufbau angeordnet sind.
7. Antrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetkraft zum Andrücken der Reibbeläge (12,13) mittels Permanentmagneten aufgebracht wird, welche den Elektromagneten (14,15) entgegenwirken.
8. Antrieb nabh einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß für den Notbetrieb an einem der Drehringe (6,7) eine zusätzliche Verzahnung zum Zusammenwirken mit einem handbetriebenen Ritzel angeordnet ist.
9. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung der Regelgüte die Linearbeschleunigung am Schwerpunkt des Drehturms (2) gemessen und einem Regelkreis zum Regeln der Andrückkraft der Reibbeläge (12,13) aufgeschaltet wird.
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