EP1494347A1 - Antriebsvorrichtung zum Ausrichten einer Waffe - Google Patents

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EP1494347A1
EP1494347A1 EP04014268A EP04014268A EP1494347A1 EP 1494347 A1 EP1494347 A1 EP 1494347A1 EP 04014268 A EP04014268 A EP 04014268A EP 04014268 A EP04014268 A EP 04014268A EP 1494347 A1 EP1494347 A1 EP 1494347A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
motors
weapon
motor
speed
torque
Prior art date
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Granted
Application number
EP04014268A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1494347B1 (de
Inventor
Thomas Czeppel
Roger Sembtner
Bernhard Stehlin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Moog GmbH
Original Assignee
Moog GmbH
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Publication date
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Publication of EP1494347B1 publication Critical patent/EP1494347B1/de
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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
    • F41A27/28—Electrically-operated systems

Definitions

  • the invention relates to a drive device for aligning a weapon, which is connected to at least one axis rotatably connected to a base, and / or to Balancing movements of the base, with a first electric motor and at least a second electric motor used to hold and move the weapon around the axle are in operative connection with this, according to the preamble of claim 1.
  • a generic drive device is known from DE 33 41 320 C2. These Drive device comprises two drive motors, which together with a sprocket for aligning a weapon are engaged and operated in one direction only be in order to achieve the highest possible setting accuracy of the weapon.
  • weapons that are rotatably mounted on a base and with a regulated drive device can be aimed at a target, in their Center of gravity stored to minimize the required drive power and order to reduce the torque disturbances that act on the weapon when the base is moved.
  • a weapon is only for the acceleration of the weapon and for the compensation of the bearing friction drive energy needed.
  • the drive is only needed if the weapon is to be aimed at a target or to hold the Weapon on target with moving base.
  • the springs are based on the one hand on a base, one Underlay or a weapon platform and on the other hand at the weapon itself, that a torque arises, which is preferably just as large as that Torque, which arises because the weapon is not in its center of gravity is stored, the unbalance of the weapon.
  • a major disadvantage of these springs is that at different angles of inclination of the base to the environment a different Torque arises. Especially with a constantly moving base with a weapon mounted rotatably on it therefore acts a constantly changing Torque on the weapon, which are compensated by the drive device got to.
  • auxiliary drive devices are known, in addition to a main electric drive via a manually connectable electric auxiliary drive
  • the auxiliary drive only a limited performance and thus also has a lower power consumption.
  • This with mobile weapon carriers used concept allows for a standstill of the weapon and the weapon carrier the shutdown of the main drive, what the necessary drive energy for the electric drive device and thus also the heat development in the mobile Kumarlich reduced.
  • main and Auxiliary engine can only be used as an alternative to the drive of the weapon.
  • the auxiliary drive can in case of failure of the main engine, the operability of the drive device maintained at least limited.
  • a disadvantage of these drives is that a mechanical or electrical switching coupling is needed with this second auxiliary motor can be disconnected from the drive of the weapon. Also needed the switching on and off of the auxiliary drive a certain period in which this Drive device is only partially functional.
  • the present invention is therefore based on the object, a drive device to provide for aligning a weapon that has low drive power needed and avoids the disadvantages of known drives.
  • the automatic control of this drive device according to the invention in dependence a measured amount of movement allows in particular for weapons the are not stored in their center of gravity, i. have a large imbalance, the Reduction of the required drive power for aligning the weapon and / or for Balancing movements of the base and / or holding the weapon in one big imbalance.
  • Due to the positively coupled active connection of the motors with the Weapon is in operation no mechanical switching on and off of the motors necessary or possible. This can also affect a coupling between the engines and the Weapon be waived.
  • the motors have a permanent mechanical Connection with the weapon to their drive, which may also include a transmission includes.
  • the selection of a suitable translation between the rotational movement the engines and the movement of the weapon allows the adaptation of the drive corresponding specifications for the alignment and / or compensation movements of the engine as well as to hold the weapon.
  • the automatic control of the drive device also be directed to the energy efficient power consumption of the motors, i. that in addition to a movement size and the power consumption of the engines as Manipulated variable is used for the control device.
  • the invention provides that the control device at least in the specific Speed range controls both motors and the motors in this speed range jointly apply the torque for the drive of the weapon.
  • the control of the motors must be in this particular speed range of Drive the weapon can not be applied only by a motor, but it is a Joint drive of the weapon by at least two motors possible. Outside This area is the drive of the weapon only by a motor.
  • Speed range is the total drive torque between the weapon and the base is larger than the torques in this speed range of one Motor to be applied alone. This can also be done in this speed range a higher acceleration can be achieved.
  • the invention provides that by means of the control device in the specific Speed range of a motor is driven so that its torque increases with increasing Speed decreases and the other motor is driven so that its Torque increases with increasing speed.
  • the overlaying one with increasing Decreasing speed and an increasing torque results in the certain speed range to a relatively balanced torque.
  • By controlling the one motor with a decreasing with increasing speed Torque allows even at low speeds, especially at a speed 0 already has a high torque, thereby holding a not Focused weapon is facilitated on a target.
  • the course of the sloping Torque of a motor limited from a high Torque at a low speed up to a torque 0 at a higher Speed, the specific speed range in which both motors of the control device be controlled.
  • control device can be designed so that the control the motors are driven according to certain drive characteristics, and that a falling drive characteristic for the one motor and a rising drive characteristic for the other engine so superimpose in the specific speed range, that in this particular speed range the sum of the torques of the motors remains essentially the same. While the speed is in the specific speed range changes, remains the torque acting between the weapon and the base equal, whereby achieved independently of the speed of the same effect drive will, which is a precise alignment of the weapon and / or compensation for movement the base allows. Especially with weapons that are not in their focus are stored on a base, balancing the imbalance requires a hold the gun on the target necessary nominal torque, regardless of the on the weapon acting rotary motion are provided by the drive device got to.
  • This can be the torque of the other Motor with a speed increasing torque above the overlay area at further increasing speed on a constant Torque corresponding to the sum of the torques in the specific speed range remain.
  • Such an engine may interfere with the engine with a declining torque over a very wide speed range to one lead constant drive torque.
  • the control device can the engines related to the movement of the weapon around the axis have a different speed-torque behavior.
  • a translation between the engine and the weapon which is the speed of the engine Engines implemented in a rotary motion of the weapon, e.g. through a gearbox, already by referring the speed-torque behavior to the movement of the weapon considered.
  • the engines between weapon and base can have a different ratio exhibit.
  • a modification of the drive device provides that the motors in a motor housing are arranged and have a common motor shaft.
  • the common Arrangement of the motors in a common motor housing and around a common motor shaft allows a very simple design and operation the drive device.
  • the windings of the motors are according to a desired Speed-torque behavior interpret and on the common To arrange motor shaft and must during operation of the drive device by the Regulating device are controlled accordingly.
  • a variant of the drive device according to the invention provides that the motors are brushless electric motors. Brushless electric motors make possible by their low wear high reliability of the drive device.
  • the motors have an electronic commutation, which is one for the motors common position encoder is derived.
  • An advantageous embodiment provides that at least one engine, preferably the engine with a lower maximum speed, by means of a circuit breaker of his Power electronics separable and designed to be switchable again.
  • the shutdown of an engine considering its speed-torque behavior of Its power electronics can increase the load on the electronics and thus prevent long-term damage.
  • the Switching range in which a disconnection and connection of the engine should take place, exactly preferably within a range of ⁇ 10% of the maximum speed.
  • a motor At a speed above the maximum speed, a motor generates an induced Voltage that counteracts the supply voltage applied to the motor and in its amount is greater than the applied supply voltage.
  • the present invention relates to a control method for driving a weapon which is rotatable about at least one axis with a base is connected to a first electric motor and at least one second electric motor, for holding and moving the weapon about the axis with this in operative connection stand, wherein for applying a certain torque both motors at positively coupled active connection with the weapon at least over a certain Speed range as a function of a measured amount of movement and to achieve automatically controlled as energy-efficient as possible power consumption of the engines and apply the torque together about the axis, with a Motor is driven so that its torque with increasing speed decreases and the other motor is driven so that its torque with increasing speed increases.
  • the motors may preferably be in dependence on at least one measured Controlled variable are controlled, the torque to drive the weapon in Dependence on this controlled variable according to at least one predetermined characteristic is divided on the engines.
  • the consideration of a measured controlled variable for the allocation of the torque on the engines allows a faster and targeted regulation.
  • the controlled variable In order to enable a fast, accurate control of the drive device, can the controlled variable a measured speed between weapon and basis or one of be derived from this speed derived size.
  • the direct correlation between the measured Speed of the weapon and the impressed by the motors speed allows the fast and accurate control of the weapon.
  • a variant of the control method provides that at least one engine is preferred the motor with a lower maximum speed, by means of a circuit breaker disconnected from its power electronics and switched back on. is the motor is in a critical operating power range for the power electronics, The motor can be protected by a controlled circuit breaker to protect the power electronics be separated from this. Likewise, a disconnection from the power electronics conceivable when the engine is in an inefficient operating range.
  • An embodiment of the invention provides that the engine in response to a certain speed, preferably above its maximum speed, and separated depending on a certain speed, preferably below its maximum Speed, is switched back on. This regulation allows optimum utilization the specific speed range and safely prevents stress on the power electronics.
  • connection and / or disconnection of a motor also time-dependent be controlled.
  • the time-dependent control of switching on and / or off can cause frequent cycling of the circuit breaker with a corresponding load prevent the electronics and the engine.
  • by the time-dependent Controlling the connection and / or switching off a delay of the renewed connection the one motor after a recent separation from the power electronics reached. This is especially important when driving the weapon in the Speed range is moved, in which also the threshold for disconnecting and connecting of a motor is located.
  • Another implementation of the regulatory procedure provides that the engines of two separate electronic units are supplied. This can be the case of failure Drive chain from electronics unit and motor another chain at least one in maintained its efficiency limited drive of the weapon.
  • the inventive drive device of a weapon shown in FIG. 1 shows a weapon 1 mounted on a shaft 2 rotatable about an axis A on a base 3 is.
  • the shaft 2 is connected to a drive wheel 4, to which the motors 5 and 6 engage in direct mechanical connection through their output gears 7 and 8.
  • the desired by a user speed of the weapon 1 is the control device 10 predetermined by a signal 11.
  • This signal 11 can be both from a Control handle generated manually as well as generated by a parent position controller become.
  • the signal 11 for the desired speed of the weapon 1 is at a Summation point 12 compared to the signal 13 for the measured speed of the weapon 1.
  • the measured speed signal 13 can both from one to the base 3 of the Weapon 1 related rotary signal transmitter 9 come, as well as from an inertial measuring Rate of rotation encoder, e.g. a gyroscope.
  • the weapon formed difference signal 14 is forwarded to a speed controller 15.
  • the speed controller 15 forms from the difference signal 14 to reach the desired speed of the weapon required signal 16, which in the same Way is forwarded to the two signal amplifiers 17 and 18.
  • the signal amplifier 17 and 18 receive as a further input from the rotary signal generator. 9 measured speed between the weapon 1 and the base 3 or one of these Speed derived variable, the signal 19.
  • the two signal amplifiers 17 and 18 generate from the signals 16 and 19, the output signals 21 and 22, to the respective current controller with subsequent power electronics 23 and 24 of the two Motors 5 and 6 are forwarded.
  • the characteristic of the signal amplifier 17 is designed so that the gain of the Signal 16 is proportional to the height of the signal level of the signal 19. there initially takes the gain of the signal 10 linearly with the signal 19, wherein at a signal value zero from the signal 19, the signal value of the output signal 21st is also zero. With increasing signal value of the input variable 19 takes the Amplification of the signal 16 proportional to a maximum value. At a further increase of the input signal 19, the output signal 21 remains on the maximum value. Depending on the speed-torque behavior of the motors and power electronics, it may be advantageous to amplify the input signal 16 is not in a linear relationship to input 19 too but to select a customized context.
  • the signal amplifier 18 has in contrast to the signal amplifier 17 at low speeds between the weapon 1 and the base 3 its maximum gain, with increasing signal level of signal 19 decreases. Also in this signal amplifier 18 is a linear relationship between the gain of the signal 16 and the input signal 19, again depending on the characteristics of the Motors 6 and the power electronics 24 selected a non-linear relationship can be. Above a certain level for the signal 19 is connected to the Current controller with subsequent power electronics 24 through the output 22 a signal level zero forwarded. Since in this state of gain of the current controller with subsequent power electronics 24 the motor 6 is de-energized, that must entire torque to drive the weapon 1 by the motor 5 are applied.
  • the current regulators with subsequent power electronics 23 and 24 convert the output signals 21 and 22 of the two signal amplifiers 17 and 18 in the motors. 5 and 6 tuned streams around. These currents are in the motors 5 and 6 depending from the speed-torque behavior of the motors into a corresponding one output torque converted via the output pinion 7 and 8, the drive wheel 4 and the shaft 2 acts on the weapon 1.
  • a switch 25 preferably an electronic Switch, arranged by the motor 6 separated from the power electronics 24 can be.
  • the switch 25 is driven by a signal amplifier 26, the in this embodiment has a two-point characteristic.
  • the signal amplifier 26 receives as input the speed-dependent signal 19.
  • the two-point characteristic in the signal amplifier 26 is set so that the motor 6 always from Current controller 24 is disconnected when a certain speed is exceeded. there This speed preferably correlates with the maximum speed of the motor 6.
  • the dependent of the speed between weapon 1 and base 3 signal 19 its polarity and amplitude change frequently.
  • Fig. 2 shows a further embodiment of the drive device according to the invention.
  • the speed controller 15 signal 16 formed only to a signal amplifier 18 passed.
  • the signal amplifier 18 receives the speed from between Weapon 1 and base 3 dependent signal 19 as the second input.
  • the output signal 22 of the signal amplifier 18 is the one directly to the current regulator with subsequent power electronics 24 and on the other to a summing point 27 passed. At the summing point 27 is formed by the formation of the difference Signals 16 and 22, the output signal 21 is generated, which is connected to the current controller with subsequent Power electronics 23 is forwarded.
  • the signal amplifier 18 has its maximum gain at low speeds.
  • the maximum gain remains starting from a signal value zero of the signal 19 at a rising Signal level initially constant and only falls from a certain signal level of the signal 19 linearly to a signal value zero of the output 22 from.
  • the weapon 1 is provided solely by the motor 6, as located at the summing 27, the signals 16 and 22 cancel and the output 21, a signal level Zero passes, the power to the current controller 23, the motor 5 is de-energized.
  • the drive is performed the weapon 1 through both motors 5 and 6. If the signal level of the signal 19 Further, the output 22 of the signal amplifier 18 switches the motor 6 de-energized, which then moves the drive device only by the motor 5 becomes.
  • FIG. 3 shows the drive characteristics D M5 , D M6 of the motors 5 and 6 as well as the sum torque D A4 jointly applied by the motors 5 and 6 on the drive wheel 4.
  • the drive characteristics D M5 , D M6 of the motors 5 and 6 overlap in the entire operating range of the motor 6, wherein the initial torque of the motor 6 corresponds to the maximum torque M max of the motor 5.
  • the drive characteristics D M5 , D M6 each have a linear course in the overlapping area, which is why its torques add up to a constant total torque D A4 on the drive wheel 4.
  • this total torque D A4 initially corresponds to both the initial torque M max of the motor 6 and the maximum torque M max of the engine falls 5.
  • the torque M of the motor 5 from its maximum value M max to a value 0 at a maximum speed n max , M5 off again. This course at high speeds n is followed by the total torque D A4 on the drive wheel 4.
  • FIG. 4 shows the course of the current consumption I M5 , I M6 of the motors 5 and 6, which correlates with the drive characteristics D M5 , D M6 from FIG. 3, over the rotational speed n.
  • the progression of the current consumption I M5 , I M6 clearly shows that the motor current I of the motor 6 despite the high torque M of the motor 6 at a low speed n is relatively small and continues to decrease linearly up to its maximum speed.
  • the motor current I of the motor 5 increases in proportion to the torque M linearly up to a maximum value.
  • the curves of the motor currents of the motors 5 and 6 are proportional to their drive characteristics D M5 . D M6 .
  • the sum of the current absorbed by the motors 5 and 6 is low at low speeds n, although a high torque M is already applied by the motors 5 and 6 on the drive wheel 4.
  • the recorded motor current I increases linearly in the overlapping area to the extent that the total torque is provided at the drive wheel 4 to an increasing proportion of the motor 5.
  • the drive device is suitable for aligning a weapon 1, for compensating movements of the base 3 and for holding the weapon 1, if it can not be stored in its center of gravity.
  • the motors used are designed for the full performance of the drive device, ie the required maximum speed and the required maximum torque M max . Therefore, these motors require even at a standstill or at low rotational speeds n a very high current I, especially if constantly a nominal torque must be applied to compensate for an imbalance. In such drives, a reduction of the maximum speed can reduce the power consumption, which, however, also limits the operability of the drive device.
  • the drive task at standstill and low speeds n is taken from the motor 6 with a decreasing drive characteristic D M6 , while the motor 5 is connected proportional to increasing speeds n and a part the drive task takes over.
  • the drive device Since the motor 6 receives a significantly lower motor current I than the motor 5 and, as described above, since the drive device is operated mainly at low speeds n, the drive device according to the invention for aligning a weapon 1 and / or for compensating for movements of a base. 3 or the control method for driving a weapon 1 a significantly reduced energy consumption during operation.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsvorrichtung zum Ausrichten einer Waffe (1), die um mindestens eine Achse (4) drehbar mit einer Basis (3) verbunden ist, und/oder zum Ausgleichen von Bewegungen der Basis (3), mit einem ersten Elektromotor (5) und mindestens einem zweiten Elektromotor (6), die zum Halten und Bewegen der Waffe (1) um die Achse (A) mit dieser in Wirkverbindung stehen, und mit einer Regelungseinrichtung, wobei mittels der Regelungseinrichtung zum Aufbringen eines bestimmten Drehmoments um die Achse beide Motoren (5,6) bei zwangsgekoppelter Wirkverbindung mit der Waffe (1) zumindest über einen bestimmten Drehzahlbereich in Abhängigkeit einer gemessenen Bewegungsgröße und zum Erzielen einer energieeffizienten Leistungsaufnahme der Motoren (5,6) automatisch geregelt sind. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsvorrichtung zum Ausrichten einer Waffe, die um mindestens eine Achse drehbar mit einer Basis verbunden ist, und/oder zum Ausgleichen von Bewegungen der Basis, mit einem ersten Elektromotor und mindestens einem zweiten Elektromotor, die zum Halten und Bewegen der Waffe um die Achse mit dieser in Wirkverbindung stehen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine gattungsgemäße Antriebsvorrichtung ist aus der DE 33 41 320 C2 bekannt. Diese Antriebsvorrichtung umfasst zwei Antriebsmotore, die gemeinsam mit einem Zahnkranz zum Ausrichten einer Waffe in Eingriff stehen und jeweils nur in einer Drehrichtung betrieben werden, um eine möglichst hohe Einstellgenauigkeit der Waffe zu erreichen.
Üblicherweise werden Waffen, die auf einer Unterlage drehbar gelagert sind und mit einer geregelten Antriebsvorrichtung auf ein Ziel ausgerichtet werden können, in ihrem Schwerpunkt gelagert, um die benötigte Antriebsleistung zu minimieren und um die Momentenstörungen, die bei einer bewegten Basis auf die Waffe wirken, zu reduzieren. Bei einer solchen Waffe wird nur für die Beschleunigung der Waffe und für den Ausgleich der Lagerreibung Antriebsenergie benötigt. Auch wird der Antrieb nur benötigt, wenn die Waffe auf ein Ziel ausgerichtet werden soll oder zum Halten der Waffe auf dem Ziel bei sich bewegender Basis.
Es gibt jedoch auch Anwendungen, bei denen die Waffe nicht in ihrem Schwerpunkt gelagert werden kann. Bei solchen Waffen wird neben der Antriebsenergie zum Ausrichten der Waffe und zum Ausgleichen der sich bewegenden Basis auch für das Halten der Waffe auf einem Ziel eine Kraft benötigt. Zum Halten der Waffe auf dem Ziel lassen sich gleichfalls die elektrischen Antriebsvorrichtungen zum Ausrichten der Waffe und/oder zum Ausgleich der sich bewegenden Basis einsetzen.
Bei solchen elektrischen Antriebsvorrichtungen können jedoch je nach Art der Antriebstechnik sehr hohe Verlustleistungen entstehen. Zur Aufrechterhaltung einer Kraft zum Halten der Waffe ist ein elektrischer Strom erforderlich, der im Motor, den Kabeln und in der Leistungselektronik zu einer erheblichen Wärmeentwicklung führt. Die Wärmeentwicklung kann sich belastend auf die Umgebung auswirken, da die Ableitung der entstandenen Wärme mittels einer aktiven Kühlung gerade bei mobilen Waffenträgern sehr begrenzt ist. Auch erfolgt bei solchen mobilen Waffenträgern die Spannungsversorgung der Antriebsvorrichtung häufig von einer Fahrzeugbatterie, die sich entlädt, wenn die Waffe auch bei abgeschaltetem Fahrzeugantrieb bewegt wird. Daher ist bei mobilen Waffenträgem der Betrieb solcher Antriebsvorrichtungen nur zeitlich begrenzt möglich.
Mechanische, pneumatische oder hydro-pneumatische Federn, sogenannte Unbalance-Ausgleicher, können die notwendige Antriebsenergie zum Halten der Waffe auf einem Ziel reduzieren. Dabei stützen sich die Federn einerseits auf einer Basis, einer Unterlage oder einer Waffenplattform und andererseits an der Waffe selbst so ab, dass ein Drehmoment entsteht, welches vorzugsweise gerade so groß ist wie das Drehmoment, welches dadurch entsteht, dass die Waffe nicht in ihrem Schwerpunkt gelagert ist, der Unbalance der Waffe. Ein wesentlicher Nachteil dieser Federn ist es, dass bei unterschiedlichen Neigungswinkeln der Basis zur Umgebung ein unterschiedliches Drehmoment entsteht. Insbesondere bei einer ständig bewegten Basis mit einer darauf drehbar gelagerten Waffe wirkt daher ein sich ständig änderndes Drehmoment auf die Waffe, welches von der Antriebsvorrichtung ausgeglichen werden muss. Dies ist mit den vorhandenen Waffenantrieben und ihren Regelungseinrichtungen nur eingeschränkt möglich. Des Weiteren können mechanische, pneumatische oder hydro-pneumatische Federn dynamische Kräfte, die bei einer linearen Beschleunigung der Basis in einer Richtung senkrecht zum Wirkarm der Unbalance stehen und die daraus resultierenden Drehmomente um die Drehachse der Waffe nicht ausgleichen.
Ein weiterer Nachteil von mechanischen Federn ist das große Bauvolumen und das große Gewicht dieser Federn. Andererseits weisen pneumatische Federn, die ein kleineres Volumen und ein geringeres Gewicht als die mechanischen Federn haben, eine sehr hohe Reibung auf, was bei einer bewegten Basis mit einer darauf stabilisierten Waffe zu Störmomenten und schlechten Stabilisierungsergebnissen für die Waffe führt.
Des Weiteren sind auch elektrische Antriebsvorrichtungen bekannt, die neben einem elektrischen Hauptantrieb über einen manuell zuschaltbaren elektrischen Hilfsantrieb verfügen, wobei der Hilfsantrieb nur eine eingeschränkte Leistungsfähigkeit und damit auch eine geringere Leistungsaufnahme aufweist. Dieses bei mobilen Waffenträgem eingesetzte Konzept ermöglicht bei einem Stillstand der Waffe und des Waffenträgers das Abschalten des Hauptantriebs, was die notwendige Antriebsenergie für die elektrische Antriebsvorrichtung und damit auch die Wärmeentwicklung im mobilen Waffenträger verringert. Sobald sich der Waffenträger wieder bewegt ist zum Ausrichten und Halten der Waffe der Einsatz des Hauptantriebs notwendig, wobei Haupt- und Hilfsmotor nur alternativ zum Antrieb der Waffe genutzt werden. Der Hilfsantrieb kann bei einem Ausfall des Hauptmotors die Funktionsfähigkeit der Antriebsvorrichtung zumindest eingeschränkt aufrechterhalten. Ein Nachteil dieser Antriebe ist es, dass eine mechanisch oder elektrische schaltende Kupplung benötigt wird, mit der dieser zweite Hilfsmotor von dem Antrieb der Waffe getrennt werden kann. Auch benötigt das Zu- und Abschalten des Hilfsantriebs einen bestimmten Zeitraum, in dem diese Antriebsvorrichtung nur eingeschränkt funktionsfähig ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung zum Ausrichten einer Waffe bereitzustellen, die nur eine geringe Antriebsleistung benötigt und die Nachteile bekannter Antriebe vermeidet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst mit einer gattungsgemäßen Antriebsvorrichtung nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1.
Die automatische Regelung dieser erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung in Abhängigkeit einer gemessenen Bewegungsgröße ermöglicht insbesondere bei Waffen die nicht in ihrem Schwerpunkt gelagert sind, d.h. eine große Unbalance aufweisen, die Reduzierung der benötigten Antriebsleistung zum Ausrichten der Waffe und/oder zum Ausgleichen von Bewegungen der Basis und/oder zum Halten der Waffe bei einer großen Unbalance. Durch die zwangsgekoppelte Wirkverbindung der Motoren mit der Waffe ist im Betrieb kein mechanisches Zu- und Abschalten der Motoren notwendig bzw. möglich. Dadurch kann auch auf eine Kupplung zwischen den Motoren und der Waffe verzichtet werden. Bevorzugt weisen die Motoren eine dauerhafte mechanische Verbindung mit der Waffe zu deren Antrieb auf, die gegebenenfalls auch ein Getriebe umfasst. Die Auswahl einer geeigneten Übersetzung zwischen der Drehbewegung der Motoren und der Bewegung der Waffe ermöglicht die Anpassung des Antriebs an entsprechende Vorgaben für die Ausricht- und/oder Ausgleichsbewegungen des Motors sowie zum Halten der Waffe. Neben der Abhängigkeit von einer gemessenen Bewegungsgröße kann die automatischen Regelung der Antriebsvorrichtung auch auf die energieeffiziente Leistungsaufnahme der Motoren ausgerichtet sein, d.h. dass neben einer Bewegungsgröße auch die Leistungsaufnahme der Motoren als Stellgröße für die Regelungseinrichtung genutzt wird.
Die Erfindung sieht vor, dass die Regelungseinrichtung zumindest in dem bestimmten Drehzahlbereich beide Motoren ansteuert und die Motoren in diesem Drehzahlbereich gemeinsam das Drehmoment für den Antrieb der Waffe aufbringen. Durch die Überlagerung der Ansteuerung der Motoren muss in diesem bestimmten Drehzahlbereich der Antrieb der Waffe nicht nur durch einen Motor aufgebracht werden, sondern es ist ein gemeinsamer Antrieb der Waffe durch zumindest zwei Motoren möglich. Außerhalb dieses Bereichs erfolgt der Antrieb der Waffe nur durch einen Motor. In dem bestimmten Drehzahlbereich ist das gesamte Antriebsdrehmoment zwischen der Waffe und der Basis größer als die Drehmomente, die in diesem Drehzahlbereich von einem Motor alleine aufgebracht werden. Dadurch kann in diesem Drehzahlbereich auch eine höhere Beschleunigung erreicht werden.
Weiter sieht die Erfindung vor, dass mittels der Regelungseinrichtung in dem bestimmten Drehzahlbereich ein Motor so angesteuert ist, dass dessen Drehmoment mit zunehmender Drehzahl abnimmt und der andere Motors so angesteuert ist, dass dessen Drehmoment mit zunehmender Drehzahl zunimmt. Die Überlagerung eines mit zunehmender Drehzahl abnehmenden und eines ansteigenden Drehmoments führt in dem bestimmten Drehzahlbereich zu einem verhältnismäßig ausgeglichenen Drehmoment. Durch die Ansteuerung des einen Motors mit einem bei zunehmender Drehzahl abfallenden Drehmoment ermöglicht auch bei geringen Drehzahlen, insbesondere auch bei einer Drehzahl 0 bereits ein hohes Drehmoment, wodurch das Halten einer nicht im Schwerpunkt gelagerten Waffe auf ein Ziel erleichtert wird. Der Verlauf des abfallenden Drehmoments des einen Motors begrenzt ausgehend von einem hohen Drehmoment bei einer geringen Drehzahl bis zu einem Drehmoment 0 bei einer höheren Drehzahl, den bestimmten Drehzahlbereich, in dem beide Motoren von der Regelungseinrichtung angesteuert werden.
Vorteilhafterweise kann die Regelungseinrichtung so ausgebildet sein, dass die Regelung der Motoren entsprechend bestimmter Ansteuer-Kennlinien erfolgt, und dass sich eine abfallende Ansteuer-Kennlinie für den einen Motor und eine ansteigende Ansteuer-Kennlinie für den anderen Motor derart in dem bestimmten Drehzahlbereich überlagern, dass in diesem bestimmten Drehzahlbereich die Summe der Drehmomente der Motoren im Wesentlichen gleich bleibt. Während sich die Drehzahl in dem bestimmten Drehzahlbereich ändert, bleibt das zwischen der Waffe und der Basis wirkende Drehmoment gleich, wodurch ein unabhängig von der Drehzahl gleichwirkender Antrieb erreicht wird, der eine präzise Ausrichtung der Waffe und/oder Ausgleich von Bewegungen der Basis ermöglicht. Insbesondere bei Waffen, die nicht in ihrem Schwerpunkt auf einer Basis gelagert sind, erfordert der Ausgleich der Unbalance ein zum Halten der Waffe auf dem Ziel notwendiges Nenndrehmoment, das unabhängig von der auf die Waffe wirkende Drehbewegung von der Antriebsvorrichtung bereitgestellt werden muss. Bevorzugt wird durch eine solche Antriebsvorrichtung für Waffen mit einer großen Unbalance zumindest über einen großen Drehzahlbereich ein Drehmoment oberhalb des Nenndrehmoments bereitgestellt. Dazu kann das Drehmoment des anderen Motors mit einem mit der Drehzahl ansteigenden Drehmoment oberhalb des Überlagerungsbereichs bei weiter steigender Drehzahl auf einem gleichbleibenden Drehmoment entsprechend der Summe der Drehmomente in dem bestimmten Drehzahlbereich verbleiben. Ein solcher Motor kann in der Überlagerung mit dem Motor mit einem abfallenden Drehmoment über einen sehr großen Drehzahlbereich zu einem gleichbleibenden Antriebsdrehmoment führen.
Zur besseren Abstimmung der Motoren aufeinander hinsichtlich der Regelung durch die Regelungseinrichtung können die Motoren bezogen auf die Bewegung der Waffe um die Achse ein unterschiedliches Drehzahl-Drehmomentverhalten aufweisen. Hierbei ist eine Übersetzung zwischen dem Motor und der Waffe, die die Drehzahl der Motoren in eine Drehbewegung der Waffe umgesetzt, z.B. durch ein Getriebe, bereits durch den Bezug des Drehzahl-Drehmomentverhaltens auf die Bewegung der Waffe berücksichtigt.
Um eine einfache Anbindung der Motoren an die Waffe zu realisieren, können die Motoren über ein gemeinsames Antriebsrad mit der Waffe in mechanischer Verbindung stehen.
Zur Anpassung der Motoren an die zu erfüllenden Antriebsaufgaben zum Halten und/oder zum Ausrichten der Waffe und/oder zum Ausgleichen von Bewegungen der Basis, können die Motoren zwischen Waffe und Basis eine unterschiedliche Übersetzung aufweisen.
Eine Modifikation der Antriebsvorrichtung sieht vor, dass die Motoren in einem Motorgehäuse angeordnet sind und eine gemeinsame Motorwelle aufweisen. Die gemeinsame Anordnung der Motoren in einem gemeinsamen Motorgehäuse und um eine gemeinsame Motorwelle ermöglicht eine sehr einfache Konstruktion und Betriebsweise der Antriebsvorrichtung. Die Wicklungen der Motoren sind entsprechend eines gewünschten Drehzahl-Drehmomentverhaltens auszulegen und auf der gemeinsamen Motorwelle anzuordnen und müssen beim Betrieb der Antriebsvorrichtung durch die Regungseinrichtung entsprechend angesteuert werden.
Eine Variante der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung sieht vor, dass die Motoren bürstenlose Elektromotoren sind. Bürstenlose Elektromotoren ermöglichen durch ihren geringen Verschleiß eine hohe Betriebssicherheit der Antriebsvorrichtung.
Um die notwendige Elektronik zur Ansteuerung der Motoren zu vereinfachen, können die Motoren eine elektronische Kommutierung aufweisen, die aus einem für die Motoren gemeinsamen Lagegeber abgeleitet ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass zumindest ein Motor, bevorzugt der Motor mit einer geringeren maximalen Drehzahl, mittels eines Leistungsschalters von seiner Leistungselektronik trennbar und wieder zuschaltbar ausgestaltet ist. Die Abschaltung eines Motors unter Berücksichtigung seines Drehzahl-Drehmomentverhaltens von seiner Leistungselektronik kann eine erhöhte Belastung der Elektronik und damit langfristige Schäden verhindern.
Von Vorteil ist es weiter, wenn gemäß einer Ausführungsvariante der Motor in Abhängigkeit einer bestimmten Drehzahl, vorzugsweise oberhalb seiner maximalen Drehzahl, trennbar und in Abhängigkeit einer bestimmten Drehzahl, vorzugsweise unterhalb seiner maximalen Drehzahl, wieder zuschaltbar ausgestaltet ist. Das Trennen, bevorzugt des Motors mit einer geringeren maximalen Drehzahl, erfolgt in geeigneter weise in Abhängigkeit seiner Ansteuerung durch die Regelungseinrichtung, d.h. bei oder kurz oberhalb der Drehzahl mit einem Drehmoment 0, seiner maximalen Drehzahl. So kann der bestimmte Drehzahlbereich, in dem sich die Ansteuerung der Motoren überlagert, optimal genutzt werden. Da das Trennen und das Zuschalten des Motors die obere Grenze des Überlagerungsbereichs bestimmt und damit auch die Summe der Drehmomente sowie den Verlauf des zwischen der Waffe und der Basis wirkenden Drehmoments im gesamten Betriebsbereich der Antriebsvorrichtung beeinflusst, ist der Schaltbereich, in dem ein Trennen und Zuschalten des Motors erfolgen sollte, genau auszuwählen, vorzugsweise in einem Bereich von ± 10 % der maximalen Drehzahl. Bei einer Drehzahl oberhalb der maximalen Drehzahl erzeugt ein Motor eine induzierte Spannung, die der am Motor anliegenden Versorgungsspannung entgegenwirkt und in ihrem Betrag größer als die angelegte Versorgungsspannung ist.
Darüber hinaus bezieht sich die hier vorliegende Erfindung auf ein Regelungsverfahren zum Ansteuern einer Waffe, die um mindestens eine Achse drehbar mit einer Basis verbunden ist, mit einem ersten Elektromotor und mindestens einem zweiten Elektromotor, die zum Halten und Bewegen der Waffe um die Achse mit dieser in Wirkverbindung stehen, wobei zum Aufbringen eines bestimmten Drehmoments beide Motoren bei zwangsgekoppelter Wirkverbindung mit der Waffe zumindest über einen bestimmten Drehzahlbereich in Abhängigkeit einer gemessenen Bewegungsgröße und zum Erzielen einer möglichst energieeffizienten Leistungsaufnahme der Motoren automatisch geregelt werden und das Drehmoment um die Achse gemeinsam aufbringen, wobei ein Motor so angesteuert wird, dass dessen Drehmoment mit zunehmender Drehzahl abnimmt und der andere Motor so angesteuert wird, dass dessen Drehmoment mit zunehmender Drehzahl zunimmt. Dieses Regelungsverfahren ermöglicht es, das zum Antrieb einer Waffe notwendige Drehmoment additiv von mehreren Motoren bereitzustellen und damit im Vergleich zu herkömmlichen Waffenantrieben die Leistungsaufnahme zu reduzieren und die Funktionsfähigkeit zu verbessern. Durch die abgestimmte automatische Regelung der Motoren wird das zum Antrieb der Waffe notwendige Drehmoment, für Ausrichtbewegungen und/oder Ausgleichsbewegungen und/oder zum Ausgleichen einer Unbalance, gemeinsam von mehreren Motoren oder auch allein von einem Motor in Abhängigkeit von der der Waffe aufgeprägten Drehzahl oder Bewegung erzeugt. Zusätzlich kann die Lastaufnahme der Motoren als weitere Stellgröße die Wirkung der Regelungseinrichtung optimieren.
Bevorzugt können die Motoren in Abhängigkeit von mindestens einer gemessenen Regelgröße angesteuert werden, wobei das Drehmoment zum Antrieb der Waffe in Abhängigkeit von dieser Regelgröße nach mindestens einer vorgegebenen Kennlinie auf die Motoren aufgeteilt wird. Die Berücksichtigung einer gemessenen Regelgröße für die Aufteilung des Drehmoments auf die Motoren ermöglicht eine schnellere und zielgerichtete Regelung.
Um eine schnelle, genaue Regelung der Antriebsvorrichtung zu ermöglichen, kann die Regelgröße eine gemessene Drehzahl zwischen Waffe und Basis oder eine von dieser Drehzahl abgeleitete Größe sein. Die direkte Korrelation zwischen der gemessenen Drehzahl der Waffe und der durch die Motoren aufgeprägten Drehzahl ermöglicht die schnelle und zielgenaue Ansteuerung der Waffe. Dabei kann die Regelgröße von einer am Antrieb gemessenen Bewegung, oder von einer am Antrieb gemessenen Position oder sowohl von einer am Antrieb gemessenen Position als auch einer gemessenen Bewegung abgeleitet werden.
Eine Variante des Regelungsverfahrens sieht vor, dass zumindest ein Motor, bevorzugt der Motor mit einer geringeren maximalen Drehzahl, mittels eines Leistungsschalters von seiner Leistungselektronik getrennt und wieder zugeschaltet wird. Befindet sich der Motor in einem für die Leistungselektronik kritischen Betriebsbereich, kann der Motor zum Schutz der Leistungselektronik durch einen gesteuerten Leistungsschalter von dieser getrennt werden. Ebenso ist ein Trennen von der Leistungselektronik denkbar, wenn sich der Motor in einem ineffizienten Betriebsbereich befindet.
Eine erfindungsgemäße Ausgestaltung sieht vor, dass der Motor in Abhängigkeit einer bestimmten Drehzahl, vorzugsweise oberhalb seiner maximalen Drehzahl, getrennt und in Abhängigkeit einer bestimmten Drehzahl, vorzugsweise unterhalb seiner maximalen Drehzahl, wieder zugeschaltet wird. Diese Regelung ermöglicht eine optimale Ausnutzung des bestimmten Drehzahlbereichs und verhindert sicher eine Belastung der Leistungselektronik.
Günstigerweise kann das Zu- und/oder Abschalten des einen Motors zusätzlich zeitabhängig gesteuert sein. Die zeitabhängige Steuerung des Zu- und/oder Abschaltens kann ein häufiges Takten des Leistungsschalters mit einer entsprechenden Belastung der Elektronik und des Motors verhindern. Insbesondere wird durch die zeitabhängige Steuerung des Zu- und/oder Abschaltens eine Verzögerung des erneuten Zuschaltens des einen Motors nach einer gerade erfolgten Trennung von der Leistungselektronik erreicht. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn der Antrieb der Waffe in dem Drehzahlbereich bewegt wird, in dem auch die Schwelle zum Trennen und Zuschalten des einen Motors liegt.
Eine weitere Ausführung des Regelungsverfahrens sieht vor, dass die Motoren von zwei getrennten Elektronikeinheiten versorgt werden. Dadurch kann beim Ausfall einer Antriebskette aus Elektronikeinheit und Motor eine andere Kette zumindest ein in seiner Leistungsfähigkeit eingeschränkten Antrieb der Waffe aufrechterhalten.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand einer Zeichen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung,
Fig. 2
ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung,
Fig. 3
die Drehmoment-Ansteuer-Kennlinien zweier Motoren über ihrer Drehzahl sowie deren Summendrehmoment zum Antrieb der Waffe und
Fig. 4
die Stromkennlinien der Motoren über ihrer Drehzahl.
Die in der Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung einer Waffe zeigt eine Waffe 1, die auf einer Welle 2 drehbar um eine Achse A auf einer Basis 3 gelagert ist. Die Welle 2 ist mit einem Antriebsrad 4 verbunden, auf das die Motoren 5 und 6 in direkter mechanischer Verbindung durch ihre Abtriebsräder 7 und 8 eingreifen.
Die von einem Nutzer gewünschte Drehzahl der Waffe 1 wird der Regelungseinrichtung 10 von einem Signal 11 vorgegeben. Dieses Signal 11 kann sowohl von einem Steuergriff manuell erzeugt als auch von einem übergeordneten Positionsregler generiert werden. Das Signal 11 für die gewünschte Drehzahl der Waffe 1 wird an einem Summierpunkt 12 mit dem Signal 13 für die gemessene Drehzahl der Waffe 1 verglichen. Das gemessene Drehzahlsignal 13 kann sowohl von einem auf die Basis 3 der Waffe 1 bezogenen Drehsignalgeber 9 stammen, als auch von einem inertial messenden Drehratengeber, z.B. einem Kreisel, ermittelt werden.
Ein am Summierpunkt 12 aus der gewünschten Drehzahl und der gemessenen Drehzahl der Waffe gebildetes Differenzsignal 14 wird an einen Drehzahlregler 15 weitergeleitet. Der Drehzahlregler 15 bildet aus dem Differenzsignal 14 ein zum Erreichen der gewünschten Drehzahl der Waffe erforderliches Signal 16, welches in gleicher Weise an die beiden Signalverstärker 17 und 18 weitergeleitet wird. Die Signalverstärker 17 und 18 erhalten als weitere Eingangsgröße die vom Drehsignalgeber 9 gemessene Drehzahl zwischen der Waffe 1 und der Basis 3 oder eine von dieser Drehzahl abgeleitete Größe, das Signal 19. Die beiden Signalverstärker 17 und 18 erzeugen aus den Signalen 16 und 19 die Ausgangssignale 21 und 22, die an die jeweiligen Stromregler mit nachfolgender Leistungselektronik 23 und 24 der beiden Motoren 5 und 6 weitergeleitet werden.
Die Kennlinie des Signalverstärkers 17 ist so ausgelegt, dass die Verstärkung des Signals 16 proportional von der Höhe des Signalpegels des Signals 19 abhängt. Dabei nimmt die Verstärkung des Signals 10 zunächst linear mit dem Signal 19 zu, wobei bei einem Signalwert Null vom Signal 19 der Signalwert des Ausgangssignals 21 ebenfalls Null beträgt. Mit zunehmendem Signalwert der Eingangsgröße 19 nimmt die Verstärkung des Signals 16 proportional bis zu einem maximalen Wert zu. Bei einer weiteren Steigerung des Eingangssignals 19 verbleibt das Ausgangssignal 21 auf dem maximalen Wert. In Abhängigkeit vom Drehzahl-Drehmomentverhalten der Motoren und der Leistungselektronik kann es vorteilhaft sein, die Verstärkung des Eingangssignals 16 nicht in einem linearen Zusammenhang zur Eingangsgröße 19 zu stellen, sondern einen angepassten Zusammenhang auszuwählen.
Der Signalverstärker 18 hat im Gegensatz zum Signalverstärker 17 bei kleinen Drehzahlen zwischen der Waffe 1 und der Basis 3 seine maximale Verstärkung, die mit zunehmendem Signalpegel von Signal 19 abnimmt. Auch in diesem Signalverstärker 18 besteht ein linearer Zusammenhang zwischen der Verstärkung des Signals 16 und dem Eingangssignal 19, wobei auch hier in Abhängigkeit von der Charakteristik des Motors 6 und der Leistungselektronik 24 ein nicht linearer Zusammenhang gewählt werden kann. Oberhalb eines bestimmten Pegels für das Signal 19 wird an den Stromregler mit nachfolgender Leistungselektronik 24 durch die Ausgangsgröße 22 ein Signalpegel Null weitergeleitet. Da in diesem Verstärkungszustand der Stromregler mit nachfolgender Leistungselektronik 24 den Motor 6 stromlos schaltet, muss das gesamte Drehmoment zum Antrieb der Waffe 1 durch den Motor 5 aufgebracht werden.
Die Stromregler mit nachfolgender Leistungselektronik 23 und 24 wandeln die Ausgangssignale 21 und 22 der beiden Signalverstärker 17 und 18 in auf die Motoren 5 und 6 abgestimmte Ströme um. Diese Ströme werden in den Motoren 5 und 6 in Abhängigkeit von den Drehzahl-Drehmomentverhalten der Motoren in ein entsprechendes abtriebsseitiges Drehmoment umgewandelt, das über die Abtriebsritzel 7 und 8, das Antriebsrad 4 und die Welle 2 auf die Waffe 1 wirkt.
Zwischen dem Stromregler 24 ist ein Schalter 25, vorzugsweise ein elektronischer Schalter, angeordnet, durch den der Motor 6 von der Leistungselektronik 24 getrennt werden kann. Der Schalter 25 wird durch einen Signalverstärker 26 angesteuert, der in dieser Ausführungsform eine Zweipunktkennlinie aufweist. Auch der Signalverstärker 26 erhält als Eingangsgröße das drehzahlabhängige Signal 19. Die Zweipunktkennlinie im Signalverstärker 26 ist so eingestellt, dass der Motor 6 immer dann vom Stromregler 24 getrennt wird, wenn eine bestimmte Drehzahl überschritten wird. Dabei korreliert diese Drehzahl vorzugsweise mit der Maximaldrehzahl des Motors 6. Insbesondere bei einer stabilisierten, nicht im Schwerpunkt gelagerten Waffe kann das von der Drehzahl zwischen Waffe 1 und Basis 3 abhängige Signal 19 seine Polarität und Amplitude häufig wechseln. Um in einem solchen Fall ein häufiges Trennen und wieder Zuschalten des Motors 6 durch den Schalter 25 zu vermeiden, kann im Signalverstärker 26 zusätzlich zur Zweipunktkennlinie eine zeitabhängige Schaltung vorgesehen werden, die die Verbindung des Motors 6 mit dem Stromregler 24 nach einer erfolgten Trennung verzögert. Dadurch bleibt die Stromversorgung nach einer Trennung für einen bestimmten Zeitraum abgeschaltet, auch wenn das Signal 19 unter den für das Trennen des Motors 6 vom Stromregler 24 vorgegebenen Schaltpegels zurückgefallen ist. Der Signalverstärker 26 verbindet den Motor 6 erst dann mit der Stromversorgung, wenn der Signalpegel des Signals 19 in dem zugelassenen Betriebsbereich des Motors 6 liegt und der vorgegebene Zeitraum der Zeitverzögerung abgelaufen ist. Vorteilhafterweise beginnt die Zeitverzögerung bei jedem Überschreiten der Schaltschwelle durch das Signal 19 wieder von vorne.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung. Da diese Ausführungsform in weiten Bereichen mit der oben beschriebenen Antriebsvorrichtung übereinstimmt, sind im Folgenden nur die Unterschiede zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführung beschrieben. Bei der in Fig. 2 dargestellten Antriebsvorrichtung zum Ausrichten einer Waffe 1 und/oder zum Ausgleichen von Bewegungen der Basis 3, und/oder zum Halten der Waffe 1 bei einer großen Unbalance wird das im Drehzahlregler 15 gebildete Signal 16 nur an einen Signalverstärker 18 geleitet. Auch in dieser Ausführungsform erhält der Signalverstärker 18 das von der Drehzahl zwischen Waffe 1 und Basis 3 abhängige Signal 19 als zweite Eingangsgröße. Das Ausgangssignal 22 des Signalverstärkers 18 wird zum einen direkt an den Stromregler mit nachfolgender Leistungselektronik 24 und zum anderen an einen Summierpunkt 27 weitergegeben. An dem Summierpunkt 27 wird durch die Bildung der Differenz der Signale 16 und 22 das Ausgangssignal 21 erzeugt, das an den Stromregler mit nachfolgender Leistungselektronik 23 weitergeleitet wird.
Auch in der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform hat der Signalverstärker 18 seine maximale Verstärkung bei kleinen Drehzahlen. Hier bleibt jedoch die maximale Verstärkung ausgehend von einem Signalwert Null des Signals 19 bei einem ansteigenden Signalpegel zunächst konstant und fällt erst dann ab einem bestimmten Signalpegel des Signals 19 linear bis zu einem Signalwert Null des Ausgangsgröße 22 ab. Durch diese Regelung wird bis zu dem bestimmten Signalpegel des Signals 19 der Antrieb der Waffe 1 allein durch den Motor 6 bereitgestellt, da sich an dem Summierpunkt 27 die Signale 16 und 22 aufheben und die Ausgangsgröße 21 ein Signalpegel Null weiterleitet, der am Stromregler 23 den Motor 5 stromlos schaltet. In dem Übergangsbereich bis zu einem Signalwert Null für die Ausgangsgröße 22 erfolgt der Antrieb der Waffe 1 durch beide Motoren 5 und 6. Steigt der Signalpegel des Signals 19 weiter an schaltet die Ausgangsgröße 22 des Signalverstärkers 18 den Motor 6 stromlos, wodurch dann die Antriebsvorrichtung nur noch durch den Motor 5 bewegt wird.
Fig. 3 zeigt die Ansteuer-Kennlinien DM5, DM6 der Motoren 5 und 6 sowie das von den Motoren 5 und 6 am Antriebsrad 4 gemeinsam aufgebrachte Summendrehmoment DA4. Das Drehmoment M des Motors 6 nimmt von seinem maximalen Wert Mmax bei der Drehzahl n = 0, mit steigender Drehzahl n ab. Demgegenüber steigt das Drehmoment M des Motors 5 ausgehend von einem Wert 0, bei einer Drehzahl n = 0, auf einen maximalen Wert Mmax an, auf dem das Drehmoment M des Motors 5 auch bei einer weiter ansteigenden Drehzahl n verbleibt. Die Ansteuer-Kennlinien DM5, DM6 der Motoren 5 und 6 überlagern sich in dem gesamten Betriebsbereich des Motors 6, wobei das Anfangsdrehmoment des Motors 6 dem maximalen Drehmoment Mmax des Motors 5 entspricht. Der Motor 5 erreicht sein maximales Drehmoment Mmax bei der Drehzahl nmax,M6, bei der der Motor 6 ein Drehmoment M = 0 erreicht, d.h. die Obergrenze seines Betriebsbereiches und damit auch des Überlagerungsbereiches der Ansteuer-Kennlinien DM5, DMS der Motoren 5 und 6, erreicht. Die Ansteuer-Kennlinien DM5, DM6 weisen jeweils im Überlagerungsbereich einen linearen Verlauf auf, weshalb sich dessen Drehmomente zu einem konstanten Summendrehmoment DA4 am Antriebsrad 4 addieren. Dabei entspricht dieses Summendrehmoment DA4 zunächst sowohl dem Anfangsdrehmoment Mmax des Motors 6 als auch dem maximalen Drehmoment Mmax des Motors 5. Bei sehr hohen Drehzahlen n fällt das Drehmoment M des Motors 5 von seinem Maximalwert Mmax bis zu einem Wert 0 bei einer maximalen Drehzahl nmax,M5 wieder ab. Diesem Verlauf bei hohen Drehzahlen n folgt auch das Summendrehmoment DA4 am Antriebsrad 4.
Fig. 4 zeigt den mit den Ansteuer-Kennlinien DM5, DM6 aus Fig. 3 korrelierenden Verlauf der Stromaufnahme IM5, IM6 der Motoren 5 und 6 über der Drehzahl n. Der Verlauf der Stromaufnahme IM5, IM6 zeigt deutlich, dass der Motorstrom I des Motors 6 trotz des hohen Drehmoments M des Motors 6 bei einer geringen Drehzahl n verhältnismäßig klein ist und weiter linear bis zu seiner maximalen Drehzahl abnimmt. Demgegenüber steigt der Motorstrom I des Motors 5 proportional zum Drehmoment M linear bis zu einem maximalen Wert an. Die Kurven der Motorströme der Motoren 5 und 6 verlaufen proportional zu deren Ansteuer-Kennlinien DM5. DM6. Die Summe des von den Motoren 5 und 6 aufgenommenen Stroms ist bei kleinen Drehzahlen n gering, obwohl durch die Motoren 5 und 6 am Antriebsrad 4 bereits ein hohes Drehmoment M aufgebracht wird. Der aufgenommene Motorstrom I steigt im Überlagerungsbereich linear in dem Maße an, in dem das Summendrehmoment am Antriebsrad 4 zu einem ansteigenden Anteil vom Motor 5 bereitgestellt wird.
Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung ist zum Ausrichten einer Waffe 1, zum Ausgleichen von Bewegungen der Basis 3 sowie zum Halten der Waffe 1, wenn diese nicht in ihrem Schwerpunkt gelagert werden kann, geeignet. In herkömmlichen Antrieben werden die eingesetzten Motoren auf die volle Leistungsfähigkeit der Antriebsvorrichtung ausgelegt, d.h. auf die erforderliche maximale Geschwindigkeit und das erforderliche maximale Drehmoment Mmax. Daher benötigen diese Motoren auch im Stillstand oder bei kleinen Drehgeschwindigkeiten n einen sehr hohen Strom I, insbesondere wenn ständig ein Nenndrehmoment zum Ausgleich einer Unbalance aufgebracht werden muss. Bei solchen Antrieben kann eine Reduzierung der Maximalgeschwindigkeit die Stromaufnahme verringern, wodurch jedoch auch die Funktionsfähigkeit der Antriebsvorrichtung eingeschränkt wird. Auch wenn der Betriebszustand bei dem der Antriebsvorrichtung eine hohe Drehzahl n abverlangt wird nur dann auftritt, wenn die Waffe 1 schnell auf ein neues Ziel gerichtet werden muss oder wenn die Basis 3, auf der die Waffe 1 befestigt ist, sich sehr schnell in ihrer Lage verändert, d.h. nur in einem sehr kleinen Zeitfenster des Betriebs auftritt, ist diese Einschränkung hinsichtlich der Funktionsfähigkeit der Antriebsvorrichtung unakzeptabel. Bei den in den Fig. 1 und 2 dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsformen einer Antriebsvorrichtung wird die Antriebsaufgabe bei Stillstand und kleinen Drehzahlen n vom Motor 6 mit einer abfallenden Ansteuer-Kennlinie DM6 übernommen, während der Motor 5 proportional zu steigenden Drehzahlen n dazugeschaltet wird und einen Teil der Antriebsaufgabe übernimmt. Da der Motor 6 einen deutlich geringeren Motorstrom I als der Motor 5 aufnimmt und, wie oben beschrieben, da die Antriebsvorrichtung hauptsächlich bei geringen Drehzahlen n betrieben wird, weist die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung zum Ausrichten einer Waffe 1 und/oder zum Ausgleichen von Bewegungen einer Basis 3 bzw. das Regelungsverfahren zum Ansteuern einer Waffe 1 ein im Betrieb deutlich verringerte Energieaufnahme auf.

Claims (17)

  1. Antriebsvorrichtung zum Ausrichten einer Waffe (1), die um mindestens eine Achse (A) drehbar mit einer Basis (3) verbunden ist, und/oder zum Ausgleichen von Bewegungen der Basis (3), mit einem ersten Elektromotor (5) und mindestens einem zweiten Elektromotor (6), die zum Halten und Bewegen der Waffe (1) um die Achse (A) mit dieser in zwangsgekoppelter Wirkverbindung stehen, und mit einer Regelungseinrichtung, mittels der zum Aufbringen eines bestimmten Drehmoments um die Achse (A) beide Motoren (5,6) zumindest über einen bestimmten Drehzahlbereich und zum Erzielen einer möglichst energieeffizienten Leistungsaufnahme der Motoren (5,6) automatisch geregelt sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung zumindest in dem bestimmten Drehzahlbereich beide Motoren (5,6) in Abhängigkeit einer gemessenen Bewegungsgröße (13) ansteuert und die Motoren (5,6) in diesem Drehzahlbereich gemeinsam das Drehmoment für den Antrieb der Waffe (1) aufbringen, wobei ein Motor (6) so angesteuert ist, dass dessen Drehmoment mit zunehmender Drehzahl abnimmt und der andere Motors (5) so angesteuert ist, dass dessen Drehmoment mit zunehmender Drehzahl zunimmt.
  2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung so ausgebildet ist, dass die Regelung der Motoren (5,6) entsprechend bestimmterAnsteuer-Kennlinien erfolgt, und dass sich eine abfallende Ansteuer-Kennlinie für den einen Motor (6) und eine ansteigende Ansteuer-Kennlinie für den anderen Motor (5) derart in dem bestimmten Drehzahlbereich überlagern, dass in diesem bestimmten Drehzahlbereich die Summe der Drehmomente der Motoren (5,6) im Wesentlichen gleich bleibt.
  3. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Motoren (5,6) bezogen auf die Bewegung der Waffe (1) um die Achse (A) ein unterschiedliches Drehzahl-Drehmomentverhalten aufweisen.
  4. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Motoren (5,6) über ein gemeinsames Antriebsrad (4) mit der Waffe (1) in mechanischer Verbindung stehen.
  5. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Motoren (5,6) zwischen Waffe (1) und Basis (3) eine unterschiedliche Übersetzung aufweisen.
  6. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Motoren (5,6) in einem Motorgehäuse angeordnet sind und eine gemeinsame Motorwelle aufweisen.
  7. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Motoren (5,6) bürstenlose Elektromotoren sind.
  8. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Motoren (5,6) eine elektronische Kommutierung aufweisen, die aus einem für die Motoren (5,6) gemeinsamen Lagegeber abgeleitet ist.
  9. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Motor (5,6), bevorzugt der Motor (6) mit einer geringeren maximalen Drehzahl, mittels eines Leistungsschalters (25) von seiner Leistungselektronik (24) trennbar und wieder zuschaltbar ausgestaltet ist.
  10. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (6) in Abhängigkeit einer bestimmten Drehzahl, vorzugsweise oberhalb seiner maximalen Drehzahl, trennbar und in Abhängigkeit einer bestimmten Drehzahl, vorzugsweise unterhalb seiner maximalen Drehzahl, wieder zuschaltbar ausgestaltet ist.
  11. Regelungsverfahren zum Ansteuern einer Waffe (1), die um mindestens eine Achse (A) drehbar mit einer Basis (3) verbunden ist, mit einem ersten Elektromotor (5) und mindestens einem zweiten Elektromotor (6), die zum Halten und Bewegen der Waffe (1) um die Achse (A) mit dieser in zwangsgekoppelter Wirkverbindung stehen, wobei zum Aufbringen eines bestimmten Drehmoments beide Motoren (5,6) zumindest über einen bestimmten Drehzahlbereich und zum Erzielen einer möglichst energieeffizienten Leistungsaufnahme der Motoren (5,6) automatisch geregelt werden,
    dadurch gekennzeichnet, dass in dem bestimmten Drehzahlbereich beide Motoren (5,6) in Abhängigkeit einer gemessenen Bewegungsgröße (13) angesteuert werden und das Drehmoment um die Achse (A) gemeinsam aufbringen, wobei ein Motor (6) so angesteuert wird, dass dessen Drehmoment mit zunehmender Drehzahl abnimmt und der andere Motor (5) so angesteuert wird, dass dessen Drehmoment mit zunehmender Drehzahl zunimmt.
  12. Regelungsverfahren nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Motoren (5,6) in Abhängigkeit von mindestens einer gemessenen Regelgröße (19) angesteuert werden, wobei das Drehmoment zum Antrieb der Waffe (1) in Abhängigkeit von dieser Regelgröße (19) nach mindestens einer vorgegebenen Ansteuer-Kennlinie auf die Motoren (5,6) aufgeteilt wird.
  13. Regelungsverfahren nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Regelgröße (19) eine gemessene Drehzahl zwischen Waffe (1) und Basis (3) oder eine von dieser Drehzahl abgeleitete Größe ist.
  14. Regelungsverfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Motor, bevorzugt der Motor (6) mit einer geringeren maximalen Drehzahl, mittels eines Leistungsschalters (25) von seiner Leistungselektronik (24) getrennt und wieder zugeschaltet wird.
  15. Regelungsverfahren nach Anspruch 14,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (6) in Abhängigkeit einer bestimmten Drehzahl, vorzugsweise oberhalb seiner maximalen Drehzahl, getrennt und in Abhängigkeit einer bestimmten Drehzahl, vorzugsweise unterhalb seiner maximalen Drehzahl, wieder zugeschaltet wird.
  16. Regelungsverfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Zu- und/oder Abschalten des einen Motors (6) zusätzlich zeitabhängig gesteuert wird.
  17. Regelungsverfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Motoren (5,6) von zwei getrennten Elektronikeinheiten (23,24) versorgt werden.
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