EP0493762B1

EP0493762B1 - Unbalance-Ausgleichsvorrichtung für eine Waffe, insbesondere eine grosskalibrige Waffe mit langem Rohr

Info

Publication number: EP0493762B1
Application number: EP91121939A
Authority: EP
Inventors: Ernst Tripp
Original assignee: Wegmann and Co GmbH
Current assignee: Wegmann and Co GmbH
Priority date: 1991-01-04
Filing date: 1991-12-20
Publication date: 1995-11-02
Anticipated expiration: 2011-12-20
Also published as: EP0493762A3; DE4100102A1; US5196642A; DE59106823D1; EP0493762A2

Description

Die Erfindung betrifft eine Unbalance-Ausgleichsvorrichtung für eine Waffe, insbesondere eine großkalibrige Waffe mit langem Rohr, mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine derartige Unbalance-Ausgleichsvorrichtung ist beispielsweise in der DE-B 1 097 319 beschrieben. Bei dieser bekannten Vorrichtung dient als flexibles Zugelement eine Rollenkette, und das den wirksamen Krafthebelarm bestimmende Kurvensegment ist mit einer Verzahnung versehen. Als Vorrichtung zur Erzeugung einer Stellkraft dient eine einerseits mit dem flexiblen Zugelement und andererseits mit dem festen Gestell verbundene Zugfeder.
Eine ähnlich aufgebaute Unbalance-Ausgleichsvorrichtung ist in DE-C 36 33 375 beschrieben, bei der als Vorrichtung zur Erzeugung einer Stellkraft ebenfalls eine Feder oder ein System von Federn dient, wobei Mittel zur Verschiebung des Angriffspunktes der Feder am festen Gestell vorgesehen sind, die einen Regelkreis aufweisen, aufgrund dessen der Nickwinkel des festen Gestells beim Ausgleich der Unbalance berücksichtigt wird.
Es hat sich herausgestellt, daß die Unbalance-Ausgleichsvorrichtungen, die mit Federn oder Federsystemen arbeiten, wegen der, vor allem bei großen Richtwinkeln, großen Federwege erhebliche Platzprobleme mit sich bringen und hohe Eigengewichte aufweisen.
Es sind weiterhin Unbalance-Ausgleichsvorrichtungen bekannt, bei denen das Unbalance-Moment durch Pneumatikzylinder ausgeglichen wird, die beispielsweise bei einem Kampfpanzer weit vor dem Drehpunkt des Schildzapfens an der Waffe angelenkt sind und somit außerhalb des Panzerschutzes des Turmes liegen.
Außerdem ist es bekannt, das Unbalance-Moment in einen in einem hydropneumatischen Speichersystem wirkenden Druck umzuwandeln.
In der DE-A 37 32 745 ist eine Unbalance-Ausgleichsvorrichtung beschrieben, die einen Pneumatikzylinder aufweist, dessen Innenraum mit einer die Temperatur bedingte Druckänderung des Gases ausgleichenden Einrichtung verbunden ist, die einen an eine Druckgasquelle angeschlossenen Druckregler umfaßt. Mit einer derartigen Einrichtung ist es möglich, eine Temperaturkompensation des dem Unbalance-Moment entgegenwirkenden Drehmomentes zu erreichen.
Infolge der Anlenkkinematik derartiger Einrichtungen, die beispielsweise über Kurbelgetriebe auf den schwenkbaren Waffenteil erfolgt, verbleiben jedoch große Restunbalancen, die vom Höhenrichtantrieb bzw. einem Handantrieb aufgebracht werden müssen.
In US-A-30 33 085 ist ein Temperaturkompensationssystem für eine hydropneumatische Ausgleichsvorrichtung beschrieben, bei der das Unbalance-Moment in einen in einem hydropneumatischen Speichersystem wirkenden Druck umgewandelt wird und eine Temperaturkompensation soll dadurch erreicht werden, daß das hydropneumatische Speichersystem an einen zusätzlichen, den Temperatureinflüssen unterworfenen Gasbehälter anschließbar ist.
In FR-A 24 59 466 ist eine Unbalance-Ausgleichsvorrichtung beschrieben, bei der ein hydraulisches System verwendet wird und in DE-C 618 7 23 ist eine Einrichtung zur Aufhebung des beim Rohrrücklauf einer Waffe entstehenden Momentes beschrieben, bei der die Schubkraft zur Aufnahme des Rohrgewichtes von einem pneumatischen oder hydraulischen Druckzylinder erzeugt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Unbalance-Ausgleichsvorrichtung mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so auszubilden, daß bei geringem Eigengewicht mit wenig Bauvolumen über den gesamten Elevationswinkelbereich ein nahezu vollständiger Ausgleich des Unbalance-Momentes erreicht wird und zudem die Möglichkeit eröffnet wird, zusätzlich eine Temperaturkompensation zu erzielen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1.
Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung geht aus von einer Unbalance-Ausgleichsvorrichtung, bei der das flexible Zugelement über ein Kurvensegment geführt ist, das durch die vorgegebene Kurvenform den wirksamen Krafthebelarm bestimmt, wodurch eine gute Anpassung des Ausgleichsmomentes an das Unbalance-Moment möglich ist. Als Vorrichtung zur Erzeugung einer Stellkraft wird jedoch nicht eine Feder oder ein System von Federn verwendet, sondern ein Pneumatikzylinder in Verbindung mit einem Druckspeicher.
Es hat sich herausgestellt, daß sich auf diese Weise Eigengewicht und Einbauvolumen der Vorrichtung erheblich reduzieren lassen. Weiterhin eröffnet die erfindungsgemäße Unbalance-Ausgleichsvorrichtung die Möglichkeit, mit einfachsten Mitteln eine Temperaturkompensation des Ausgleichsmomentes zu erreichen, indem durch dem zusätzlich zuschaltbaren Druckspeicher der bei tiefen Temperaturen entstehende Druckabfall ausgeglichen wird und der Druckanstieg automatisch bei wieder steigender Temperatur durch entsprechende Steuerung von Ventilen kompensiert wird und somit der Arbeitsdruck des Pneumatikzylinders im gesamten Arbeitstemperaturbereich konstant gehalten werden kann.
Die erfindungsgemäße Unbalance-Ausgleichsvorrichtung ist vor allem zur Anwendung bei schweren, großkalibrigen Waffen gedacht, aber keineswegs auf diese Anwendungsart beschränkt. Auch bei mittelschweren und leichten Waffen und Waffen, die mit Handkraft gerichtet werden, kann die Ausgleichsvorrichtung mit großem Vorteil zur Reduzierung der Richtkräfte eingesetzt werden.
Das feste Gestell, in dem der das Waffenrohr enthaltende schwenkbare Teil der Waffe gelagert ist, kann die Lafette eines Geschützes oder auch das Turmgehäuse einer Panzerhaubitze bzw. eines Kampfpanzers sein.
Je nach Größe der Waffenunbalance und dem vorhandenen Bauraum können ein oder mehrere Unbalance-Ausgleichsvorrichtungen nach der Erfindung an einer Waffe eingesetzt werden.
Im Folgenden werden anhand der beigefügten Zeichnungen Ausführungsbeispiele für eine Unbalance-Ausgleichsvorrichtung nach der Erfindung näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: in Seitenansicht eine im Turmgehäuse eines Kampfpanzers gelagerte Waffe mit einer Unbalance-Ausgleichsvorrichtung;
Fig. 2: in einem Schaltplan den pneumatischen Teil der Unbalance-Ausgleichsvorrichtung nach Fig. 1;
Fig. 3: in einem Schaltplan analog Fig. 2 eine zweite Ausführungsform des pneumatischen Teils einer Unbalance-Ausgleichsvorrichtung nach Fig. 1;
Fig. 4: in einer graphischen Darstellung die Unbalance-Kurve der Waffe zusammen mit der Kennlinie der Ausgleichsvorrichtung;
Fig. 5: in einer Teildarstellung eine mögliche Kurvenform des Kurvensegments der Unbalance-Ausgleichsvorrichtung nach Fig. 1 bis 3.

Fig. 1 zeigt in stark schematisierter Darstellung die im Turmgehäuse 6 eines im übrigen nicht dargestellten Kampfpanzers gelagerte Waffenanlage, wobei von der Waffenanlage der aus Waffenrohr und Wiegenkörper bestehende schwenkbare Teil 1 dargestellt ist, der über Schildzapfen 8 im festen Gestell, also dem die Lafette bildenden Turm 6, in Elevationsrichtung schwenkbar gelagert ist und durch einen nicht dargestellten Richtantrieb bekannter Bauart verschwenkt werden kann. Die Unbalance-Ausgleichsvorrichtung weist einen am Turmdach befestigten Pneumatikzylinder 3 auf, dessen Kolbenstange 3.1 mit einem flexiblen Zugelement, beispielsweise einem Drahtseil 2, verbunden ist, dessen anderes Ende mit dem schwenkbaren Teil 1 der Waffe verbunden ist und dabei über eine mit dem schwenkbaren Teil 1 der Waffe verbundene Kurvenscheibe geführt ist. Die Führung über die Kurvenscheibe 5 hat zur Folge, daß jeder Winkelstellung des schwenkbaren Teils 1 der Waffe ein vorgegebener wirksamer Krafthebelarm r zugeordnet ist, der dem jeweiligen Abstand des Angriffspunktes des Zugelementes 2 an der Kurvenscheibe 5 von der Drehachse des Schildzapfens 8 entspricht. Die Ausbildung der Kurve dieser Kurvenscheibe 5 wird weiter unten erläutert.
Der Innenraum des Pneumatikzylinders 3 ist über eine Leitung 9 an einen Druckspeicher 4 angeschlossen. Dieses pneumatische System wird weiter unten anhand der Fig. 2 und 3 näher erläutert.
In Fig. 1 ist die Lage des schwenkbaren Teils 1 der Waffe bei Elevation 0 dargestellt und bei einem erhöhten Elevationswinkel in strichpunktierten Linien angedeutet.
In Fig. 2 ist das pneumatische System der Unbalance-Ausgleichsvorrichtung nach Fig. 1 in einer Ausführungsform ohne Temperaturkompensation dargestellt. Der Pneumatikzylinder 3 ist mit dem Druckspeicher 4 über eine Leitung 9, in welche ein Handventil 10 eingeschaltet ist, verbunden. Weiterhin ist der Druckspeicher 4 mit einem Füll- und Prüfanschluß 11 verbunden. Das Handventil 10 dient als Absperrventil für Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten.
Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform des Pneumatiksystems erlaubt eine Temperaturkompensation. Die mit der Ausführungsform nach Fig. 2 identischen Bauteile der Ausführungsform nach Fig. 3 sind dort mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
Der erste Druckspeicher 4 mit dem Füll- und Prüfanschluß 11 ist über ein erstes Steuerventil 12.1 und die das Handventil 10.1 enthaltende Leitung 9 mit dem Innenraum des Pneumatikzylinders 3 verbunden. Außerdem ist ein zweiter Druckspeicher 13 in Parallelschaltung zum ersten Druckspeicher 4 über ein zweites Steuerventil 12.2 mit der Leitung 9 verbunden, wobei dem zweiten Steuerventil 12.2 ein weiteres Handventil 10.2 parallelgeschaltet ist. Zur Kontrolle des Drucks in der Leitung 9 dient ein Manometer 14. Die Ansteuerung der beiden Steuerventile 12.1 und 12.2 erfolgt in Abhängigkeit vom Druck in der Leitung 9. Der Vorspanndruck des zweiten Druckspeichers 13 wird auf einen Wert eingestellt, der höher ist als der Vorspanndruck des ersten Druckspeichers 4. Das erste Steuerventil 12.1 ist so ausgebildet, daß es in einer Stellung öffnet und in einer zweiten Stellung als in Richtung zum ersten Druckspeicher 4 sperrendes Rückschlagventil wirkt. Das zweite Steuerventil 12.2 ist so ausgebildet, daß es in einer ersten Stellung öffnet und in einer zweiten Stellung als in Richtung zum Pneumatikzylinder 3 bzw. zur Leitung 9 sperrendes Rückschlagventil wirkt. Wenn infolge Temperaturerniedrigung am Manometer 14 ein Abfall des Arbeitsdrucks festgestellt wird, kann durch Öffnen des Handventils 10.2 der Zweite Druckspeicher 13 kurzzeitig hinzugeschaltet und damit der Sollwert des Druckes wieder eingestellt werden. Der Druck kann am Manometer 14 kontrolliert werden. Das Handventil 10.2 wird nach Einstellung des Sollwertes sogleich wieder geschlossen.
Die beiden Steuerventile 12.1 und 12.2 treten automatisch in Funktion, wenn sich das System über den Normaltemperaturbereich hinaus erwärmt. Bei einem Druckanstieg in der Leitung 9, die über einen vorgegebenen Druckwert hinausgeht, wird das erste Steuerventil 12.1 in die zweite Stellung gesteuert, so daß es schließt und den Druckspeicher 4 absperrt. Gleichzeitig wird das zweite Steuerventil 12.2 in die erste Stellung gesteuert, so daß das Überdruckvolumen vom zweiten Druckspeicher 13 aufgenommen wird. Die Füllung der Speicher 4 und 13 erfolgt dabei jeweils durch die Abwärtsbewegung der Waffe und entsprechende Betätigung des Pneumatikzylinders 3. Bei der Aufwärtsbewegung der Waffe sinkt der Druck in der Leitung 9 wieder, was zur Folge hat, daß das zweite Steuerventil 12.2 in die zweite Stellung gesteuert wird, also schließt und das erste Steuerventil 12.1 in die erste Stellung gesteuert wird und damit öffnet. Das System arbeitet nun wieder im Normaltemperaturbereich, in dem es an den Druckspeicher 4 angeschlossen ist.
Im Folgenden wird anhand der Fig. 4 und 5 erläutert, wie die Kennlinie der Ausgleichsvorrichtung durch entsprechende Formgebung der Kurve am Kurvensegment 5 die Unbalance-Kurve der Waffe angeglichen werden kann.
Nach bekannten Beziehungen gilt für das Unbalance-Moment: MU = g · G · s · cos α.
Hierbei ist:

g =: Erdbeschleunigung
G =: Waffengewicht
s =: Abstand des Schwerpunktes 7 der Waffe von der Achse des Schildzapfens 8;
α =: Elevationswinkel.

Für das Ausgleichsmoment gilt: Ma = r · pi · A.
Hierbei ist:

r =: Länge des wirksamen Hebelarms an der Kurvenscheibe 5
pi =: wirksamer Arbeitsdruck
A =: wirksame Kolbenfläche.

Bei einer vollständigen Kompensation muß für alle Elevationswinkel gelten: MU (α) = MA (α), wobei beide Momente als Funktionen des Elevationswinkels aufzufassen sind.
Hieraus ergibt sich für den wirksamen Hebelarm und damit den jeweiligen Abstand eines Kurvenpunktes auf dem Kurvensegment 5 vom Drehpunkt in der Achse des Schildzapfens 8 folgende Beziehung: $r (α) = \frac{g · G · s · cosα}{pi · A}$
In der nachfolgenden Tabelle werden für ein konkretes Ausführungsbeispiel mit zwei baugleichen, an der Waffe angreifenden Ausgleichsvorrichtungen aus der oben angegebenen Beziehung ermittelte Werte für die Größe r bei verschiedenen Elevationswinkel angegeben, aus denen die Form des Kurvensegmentes berechnet und als homogene Kurve ausgelegt wurde, die in Fig. 5 dargestellt ist.
In Fig. 4 ist in einer Kurve I der Verlauf des Unbalance-Moments der Waffe und in einer Kurve II das Gegendrehmoment der Ausgleichsvorrichtung wiedergegeben in Abhängigkeit vom Elevationswinkel α. Dabei folgt die Kurve für das Unbalance-Moment, wie oben angegeben, einer Kosinus-Funktion und aus Fig. 4 ist gut abzulesen, daß es gelingt, die Kurve für das Gegendrehmoment über einen weiten Bereich von Elevationswinkeln sehr gut an die Kurve für das Unbalance-Moment anzunähern, so daß nur geringe Differenzmomente übrig bleiben, die vom Richtantrieb ausgeglichen werden müssen.
Mit der beschriebenen Ausgleichsvorrichtung können folgende Vorteile erzielt werden:
Der Ein- und Ausbau der Ausgleichsvorrichtung ist in unterster Waffenstellung bzw. in Zurr-Position möglich, da die Druckspeicher abschaltbar installiert werden können, oder das System drucklos gemacht werden kann;
die Einzelkomponenten besitzen nur geringes Gewicht und geringes Bauvolumen. Hierdurch entsteht eine gute Verstauungsmöglichkeit im Turm unter Panzerschutz;
beim Einsatz von zwei baugleichen Ausgleichsvorrichtungen ergibt sich eine Sicherheitsredundanz mit positiven Auswirkungen auf den Richtantrieb, nämlich eine Halbierung des Haltemoments sowie eine Halbierung der Bruchzahnkräfte am Höhenrichtgetriebe;
es wird nur eine kleinere Gesamtübersetzung des Richtantriebes benötigt;
das Gewicht des Richtantriebes kann verringert werden; es sind höhere Richtgeschwindigkeiten bei geringerer Leistungsaufnahme möglich;
bei manuellem Richtbetrieb sind nur kleine Handkräfte erforderlich.

Claims

Unbalance-Ausgleichsvorrichtung für eine Waffe, insbesondere eine großkalibrige Waffe mit langem Rohr, mit einem in Elevationsrichtung schwenkbaren, das Waffenrohr enthaltenden Teil (1), das über Schildzapfen (8) in einem festen Gestell (6) gelagert ist, wobei der Schwerpunkt (7) des schwenkbaren Teils außerhalb der Drehachse der Schildzapfen liegt, bei der ein dem Unbalance-Moment entgegenwirkendes Drehmoment erzeugt wird, indem das schwenkbare Teil (1) der Waffe über ein flexibles Zugelement (2) mit einer am festen Gestell (6) angeordneten Vorrichtung (3) zur Erzeugung einer Stellkraft verbunden ist, wobei das flexible Zugelement (2) über ein mit dem schwenkbaren Teil (1) der Waffe verbundenes, den wirksamen Krafthebelarm bestimmendes Kurvensegment (5) mit vorgegebener Kurvenform geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung einer Stellkraft ein Pneumatikzylinder (3) aufweist, dessen Kolbenstange (3.1) mit dem flexiblen Zugelement (2) verbunden ist und dessen Innenraum an einen Druckspeicher (4) angeschlossen ist und zusätzlich über ein Betätigungsventil (10.2) an einen zweiten Druckspeicher (13) anschließbar ist, dessen Vorspanndruck höher ist als der Vorspanndruck des ersten Druckspeichers (4).
Unbalance-Ausgleichsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Druckspeicher (4) über ein erstes Steuerventil (12.1) mit dem Pneumatikzylinder (3) verbunden ist, das in einer ersten Stellung öffnet und in einer zweiten Stellung als in Richtung zum ersten Druckspeicher sperrendes Rückschlagventil wirkt, während der zweite Druckspeicher (13) über ein zweites Steuerventil (12.2) mit dem Pneumatikzylinder (3) verbunden ist, das in einer ersten Stellung öffnet und in einer zweiten Stellung als in Richtung zum Pneumatikzylinder (3) sperrendes Rückschlagventil wirkt, wobei beide Steuerventile (12.1, 12.2) durch den am Pneumatikzylinder (3) herrschenden Druck derart ansteuerbar sind, daß bei geschlossenem Betätigungsventil (10.2) unterhalb eines vorgegebenen Druckwertes sich das erste Steuerventil (12.1) in der ersten Stellung und das zweite Steuerventil (12.2) in der zweiten Stellung befindet, während bei Überschreitung dieses Druckwertes das erste Steuerventil (12.1) in die zweite Stellung und das zweite Steuerventil (12.2) in die erste Stellung umgesteuert wird.
Unbalance-Ausgleichsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Zugelement (2) als Stahlseil ausgebildet ist.