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Richtvorrichtung zum Verfolgen beweglicher Ziele, insbesondere zur
Flugzeugabwehr Die Erfindung bezieht sich auf eine Richtvorrichtung zum Verfolgen
beweglicher Ziele, insbesondere zur Flugzeugabwehr, deren gegenüber einer Waffe
nach der Höhe und/oder der Seite bewegbare Visiervorrichtung mindestens durch einen
Servomechanistnus mit der Waffe und dem Waffensockel derart verbunden ist, daß bei
der laufenden Verfolgung des Zieles mit der Visiervorrichtung ein nach einem bestimmten
Gesetz in Abhängigkeit von mindestens einer Kenngröße der Zielbewegung (vorzugsweise
der Winkelgeschwindigkeit der Verstellung der Visierlinie) veränderlicher Vorhaltewinkel
zwischen der optischen Achse der V isiervorrichtung und der Schußlinie aufrechterhalten
wird.
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Um nun die Möglichkeit zu schaffen, das Schießen den jeweiligen Verhältnissen
anzupassen, besteht die Erfindung darin, daß der Servomechanismus auch noch Getriebe
zur Anwendung mindestens eines zweiten, von dem genannten Gesetz verschiedenen Relationsgesetzes
für die Verstellung der optischen Achse der Visiereinrichtung und der Schußachse
enthält und daß Umschaltmittel vorgesehen sind, mit deren Hilfe der Schütze nach
seiner Wahl die zur Durchführung des einen oder des anderen Relationsgesetzes dienenden
Getriebe des Servomechanismus wirksam macht. Das zweite wahlweise vom Schützen anzuwendende
Relationsgesetz entspricht einer bloßen Servosteuerungsbetätigung, die der Waffe
eine Verstellung in dieselbe Richtung erteilt, in die die Visierv orrichtung verstellt
wird, und zwar vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit, die um so größer wird, je
mehr die Visiervorrichtung der Waffe voreilt, oder dieses zweite wählbare Relationsgesetz
besteht darin, die Schußlinie im wesentlichen parallel zur Visierlinie zu halten.
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Um die Erfindung näher zu erläutern, wird sie an Hand eines Ausführungsbeispiels
nach der Zeichnung beschrieben, Es zeigt Fig, 1 schematisch in schaubildlicher Darstellung
unter Wegbrechung von Teilen eine erfindungsgemäße Richtvorrichtung, Fig. 2 eine
schematische Aufsicht mit geschnittenen Teilen des Hydraulikgetriebes für eine derartige
Richtvorrichtung, Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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In der Beschreibung wird vorausgesetzt, daß die Erfindung auf Konstruktionen
von Flugzeugabwehr-Artillerieanlagen angewendet wird, bei denen die bewegliche Visiervorrichtung
mit der Waffe auf demselben Sockel montiert ist.
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Auf einem Sockel 1, welcher auf dem Boden oder einer geeigneten Plattform
steht, ist eine selbsttätige Waffe 2 angeordnet, die in der Höhe um eine waagerechte
Achse X-X (Fig.1) gegenüber einem Rahmen 3 verschwenkbar ist, der seinerseits gegenüber
dem Sockel in Seitenrichtung um eine vorzugsweise lotrechte Achse Y-Y (Fig. 1) verdrehbar
ist.
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Die Visiervorrichtung 5 ist beweglich auf einer Stütze 4 montiert,
welche direkt oder indirekt mit dem Waffensockel 1 verbunden ist, so daß der Schütze
die Visiervorrichtung 5 gegenüber der Waffe wenigstens innerhalb einer Winkelzone
oder eines beträchtlichen Winkels frei bewegen kann. Der Winkel beträgt wenigstens
annähernd 10° beiderseits der Schußlinie der Waffe, vorzugsweise etwa 30°.
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Die Visiervorrichtung weist eine zu ihm festliegende optische Achse
auf, wodurch der Schütze durch Verstellung dieser Vorrichtung die optische Achse
auf das Ziel richten und halten kann.
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Gemäß dem ersten Beispiel der Erfindung hat die Stütze 4 die gleichen
Seitenverstellungen wie die Waffe. Zu diesem Zweck ist die Stütze 4, wie in Fig.1
gezeigt ist, fest mit dem Rahmen 3 verbunden, welcher die Seitenverstellungen der
Waffe mitmacht, nicht aber die Höhenverstellungen derselben. Die V isiervorrichtung
5 ist zur Stütze 4 um zwei Achsen verdrehbar, von denen eine horizontal und die
andere in einer senkrechten Ebene parallel zur Schußlinie der Waffe liegt.
In
der Konstruktion nach Fig. 1 liegt die zuletzt erwähnte Achse senkrecht und ist
gegenüber dem Rahmen 3 fest. Auf diese Weise bestellt zwischen der Visiervorrichtung
5 und dem Halter 4 eine Universalverbindung.
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Die verstellbare V isieryorrichtung 5, die Waffe 2 und der Sockel
1 werden nun durch einen Servomechanismus miteinander verbunden, der so, ausgebildet
ist, daß, sobald der Schütze das Ziel mit der Visierlinie zu verfolgen sucht, zwischen
der optischen Achse der Visiervorrichtung und der Schußlinie infolge der von dem
Schützen der Vorrichtung erteilten Verstellungen eine Winkelrelation vorhanden ist,
die einem vorher festgelegten Gesetz folgt, und zwar kann der Schütze nach Belieben
zwischen einer begrenzten Zahl (z. B. zwei) derartiger Gesetze wählen und jederzeit
dasjenige verwenden, welches den Schußbedingungen am besten angepaßt ist.
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Fig. 2 zeigt einen solchen Servomechanismus, der es dem Schützen ermöglicht,
zwischen den beiden folgenden Gesetzen zu wählen, nämlich zunächst einem ersten
Gesetz, welches im folgenden mit »automatisches Servo-Visiergesetz« bezeichnet wird,
nach welchem zwischen der optischen Achse der Visiervorrichtung und der Schußlinie
der Waffe ständig ein Vorhalte`,vinkel aufrechterhalten wird, der wenigstens von
einer der Kenngrößen der Zielbewegung abhängt, und sodann einem zweiten Gesetz,
welches nachstehend mit »Servo-Steuerungsgesetz« bezeichnet wird und welches verursacht.
daß die Waffe sich in der gleichen Richtung wie die Visiervorrichtung 5 bewegt,
aber mit einer Winkelgeschwindigkeit, die um so größer wird, je mehr die Visiervorrichtung
der Waffe voreilt.
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Dieser Servoinechallismus arbeitet bei Anwendung des automatischen
Serv o-Visiergesetzes tachometrisch, d. h., die Winkelgeschwindigkeit der Verstellung
der Visierlinie ist die einzige Größe, welche zur Bestimmung der Verbindung zwischen
der Visiervorrichtung der Waffe und dem Sockel in Betracht kommt. Natürlich kann
dieser nur schematisch dargestellte Servomechanismus vorteilhaft durch zahlreiche
all sich bekannte zusätzliche Einrichtungen zur Erhöhung der Genauigkeit ergänzt
werden.
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Bekanntlich, kann eine derartige tachonietrische Visiervorrichtung
als wesentlichen Teil entweder ein elektrisches Tachometer oder einen mechanischen
Variator oder ein Gyroskop oder ein anderes Gerät enthalten. In der folgenden Beschreibung
wird allgenommen, daß diese Grundeinrichtung ein inechaiiischer Variator, z. B.
ein stufenloses Geschwindigkeitswechselgetriebe ist.
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Die Visiervorrichtung 5 (Fernrohr od. dgl.), welche durch Betätigungsgriffe
21 um eine zu der Achse I'- I' parallele oder finit dieser zusammenfallenden Achse
verstellt werden kann, ist mit einem Zahnsektor 22 starr verbunden, welcher mit
einer Zahnstange 23 im Eingriff steht, die mit der Gleithülse 24 eines Ventilsystems
ein Stück bildet: Diese Hülse 24 gleitet in einem äußeren Ventilgehäuse 25 und ist
einer in ihr gleitenden Stange 26 angepa.ßt.
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Das Ventilgehäuse 25, die Hülse 24 und die Stange 26 sind illit Durchlässen
versehen, welche, wie in Fig. 2 gezeigt, so angeordnet sind, daß eine von einer
Druckmittelquelle 27 kommende Flüssigkeit einer der beiden Leitungen 28. 29 zugeführt
wird, je nachdem. ob die Hülse 24 und die Stange 26 gegenüber einer neutralen Stellung,
in der jeder Durchfluß unterbunden ist, in die eine oder die andere Richtung verschoben
werden. Die Leitungen 28 und 29 sind mit einem hydraulischen Motor 30 derart verbunden.
daß er, sobald ihm Flüssigkeit durch eine der beiden Leitungen zugeführt wird, in
einer gegebenen Richtung dreht. während er sich in entgegengesetzter Richtung dreht,
wenn er über die andere Leitung gespeist wird, wobei dann der Rückfluß der Flüssigkeit
durch diejenige der beiden Leitungen 28, 29 erfolgt, welche nicht mit Druckflüssigkeit
gespeist wird.
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Die Welle 31 des hydraulischen Motors 30, welche im Waffenrahmen 3
gelagert ist, ist einerseits durch ein Zahnrad 17 mit einem Zahnrad 18, desssen
Achse 1"-I' (s. auch Fig. 1) eine feste Lage gegenüber dein Sockel bat, und andererseits
durch einen Zahnradsatz 32, 33, 34 mit einem der Sonnenräder eines Planetengetriebes
verbunden, dessen Planetenradträger 36 gemeinsam illit einer Schraube 37 dreht,
während das andere Sonnenrad 38 durch den Zylinder 39 eines üblichen, mit Kugeln
arbeitenden Geschwindigkeitswechselgetriebes in Umdrehung versetzt wird.
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Die Schraube 37 faßt in eilte Gewindehülse 40. welche mit dein Käfig
41 des Wechselgetriebes und auch mit der Stange 26 starr verbunden und so geführt
ist, daß sie in alialer Richtung verschiebbar, aber um ihre Achse nicht vierdrehbar
ist.
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Die im Käfig 41 gehaltenen Kugeln des Geschwindigkeitswechselgetriebes
liegen zwischen dein Zylinder 39 und einer Scheibe 42, welche durch einen Motor
43 in Umdrehung versetzt wird, voll dein zunächst angenommen wird, dafl er sich
finit konstanter Geschwindigkeit dreht.
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Wenn auf das zuerst genannte Gesetz Bezug genommen wird, ist die Arbeitsweise
folgende (dieDrellrichtungen sind durch die Pfeile der Fig. 2 angedeutet) `Fenn
der Schütze, voll der Ruhestellung ausgehend, bei welcher die Visierachse und die
Schußlinie in derselben lotrechten Ebene (oder gegebenenfalls in parallelen Ebenen)
liegen, das Fernrohr winklig im Uhrzeigersinn verdreht, um einem sich in Richtung
des Pfeiles c, bewegenden Ziel zu folgen. gleitet die Hülse 24 nach rechts, und
damit wird dein Motor 30 Druckflüssigkeit durch die Leitung 28 -zugeführt. Der Motor
dreht sich dann in der durch den Pfeil auf der Welle 31 angegebenen Richtung. und
damit wird, da das Zahnrad 18 feststellt, der '\@Taflenrahilien iin Uhrzeigersinn
in Umdrehung versetzt.
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Gleichzeitig wird das Sonnenrad 35 in die durch den Pfeil angegebene
Drehrichtung angetrieben, und da das Zentralrad 38 stillsteht, drehen sich die Planetenräder
mit ihrem Träger 36 in eine solche Richtung, daß der Käfig 41 und die Stange 26
infolge des Eingriffs der Schraube 37 in die Gewindegänge der Hülse 40 nach links
verschoben werden.
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Unter der Annahme, daß sich die Scheibe 42 des Kugelgetriebes in Pfeilrichtung
dreht, tritt die Verstellung der Kugeln nach links ein, bis sie der Walze 39 eine
solche Geschwindigkeit erteilen. <laß die Geschwindigkeit des Sonnenrades 38
gleich und eiltgegengesetzt der Geschwindigkeit des Sonnenrades 35 wird. Damit hört
die Mitnahinebewegung des Käfigs 41 auf.
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Dabei entspricht die Amplitude der Verstellung des Käfigs 41 zu diesem
Zeitpunkt dein Wert der Winkelgeschivindigkeit des Rahmens 3.
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Sodann tritt eine Seitenrichtbewegung im Uhrzeigersinn ein, die größer
bzw. schneller ist als die der Visierlinie, bis. wenn der Schütze die Visierlinie
auf das Ziel hält, die Plattform 3 sich gegenüber der
Visierlinie
durch einen ausreichenden Winkel gedeckt hat, um die Schußlinie der Waffe der Visierlinie
um den gewünschten Winkel voraus zu bringen bzw. voreilen zu lassen. Diese Bewegung
der Plattform 3 im Verhältnis zur Visierlinie verschiebt die Stange 26 gegenüber
der Hülse 24 nach rechts und vermindert die Durchflußmenge durch die Leitung 28,
wobei die Stange 26 und die Hülse 24 ständig eine ausbalancierte Stellung anzunehmen
versuchen, in der die Durchflußmenge gerade ausreicht, die Plattform 3 um den gleichen
Betrag zu bewegen -wie die Visierlinie.
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Falls beispielsweise das Ziel gleichförmig um die Artillerieanlage
kreist, so. bleibt der Vorhaltewinkel konstant. Dieser Vorhaltewinkel nimmt jedoch
zu, wenn die Winkelgeschwindigkeit des Zieles wächst, und nimmt ab, wenn sie sich
verkleinert.
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Wenn das Fernrohr im Raum in fester Lage abgestoppt wird, -:ehren
alle Teile in ihre in Fig. 2 gezeigten Relativstellungen zurück, wobei insbesondere
die Hülse 24 und die Stange 26 in ihre neutrale Relativstellung zurückkehren, so
daß die Visierlinie und die Schußlinie von neuem zueinander parallel sind.
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Man kann auch, anstatt nur die Winkelgeschwindigkeit des Ziels zur
Bestimmung des Vorhaltelsinkels zu berücksichtigen, eine andere Einrichtung mit
anderen, der Art nach bekannten Faktoren benutzen, um sich dem theoretischen Vorhaltewinkel
noch weiter zu nähern. So kann man z. B. unter Benutzung der oben beschriebenen
Einrichtung die Entfernung des Ziels berücksichtigen (welche durch einen Entfernungsmesser
oder durch Radar bestimmt wird), indem man in Abhängigkeit von dieser Entfernung
die Drehgeschwindigkeit der Scheibe 42 verändert (-welche konstant ist, wenn. wie
oben angenommen, nur die Winkelgeschwindigkeit des Ziels berücksichtigt ist). Ein
mit Kugeln arbeitendes Geschwindigkeitswechselgetriebe 44, -welches in Abhängigkeit
von der Entfernung des Ziels arbeitet, -würde die Drehgeschwindigkeit der Scheibe
42 vergrößern, wenn die Entfernung des Ziels zunimmt, und umgekehrt.
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Die Einrichtungen der unter Bezugnahme auf Fig.2 beschriebenen Art
weisen den großen Vorteil auf, daß sie die Bestimmung des Vorhaltelvinkels nicht
dem Gutdünken des Schützen überlassen, der nur noch die Visierlinie auf das Ziel
zu halten braucht. Diese Geräte erfordern jedoch eine große Übung des Schützen.
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Wenn man z. B. annimmt, daß der Schütze von der Ruhestellung aus,
in welcher die optische Achse des Zielgerätes und die Schußlinie zueinander parallel
sind, die optische Achse schnell auf ein Ziel richten -will, -welches rechts von
der Schußlinie liegt und sich in bezug auf die Waffe im Uhr zeigersinn bewegt, so
verstellt er die Vorrichtung 5 in diese Richtung, wobei die Waffe jedoch zunächst
zurückbleibt.
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Die Aufgabe des Servomechanismus besteht dann darin, dieses Nacheilen
aufzuholen und die Schußlinie vor die neutrale Stellung zu bringen, um ihr schließlich
den genauen Voreilwinkel vor der Visierlinie zu geben. Während die Steuerung der
Visierlinie durch den Schützen mit natürlichen Reflexen erfolgt, wird der Schütze,
wenn sich sein Sitz auf dem Rahmen 3 befindet, die gleichen Winkelverstellungen
mitmachen -wie die Waffe und abwechselnd auf beide Seiten der Visierlinie geschleudert,
-was zu Störungen führen kann.
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Gemäß der Erfindung ist dieser Nachteil vermieden worden, da, wie
vorstehend auseinandergesetzt, die Anlage mit Mitteln ausgerüstet ist, welche es
dem Schützen gestatten, nach Belieben zwischen einer begrenzten Zahl (z. B. zwei)
von Gesetzen zur Betätigung des Servomechanismus zu -wählen.
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In dem obenerwähnten Fall, in dem zwei Gesetze, nämlich das automatische
Servo-Visiergesetz und das Servo-Steuergesetz, vorhanden sind, wird der Schütze
sicherlich das zweite Gesetz wählen, wenn er die Visierlinie aus der Ruhestellung
auf ein gegebenes Ziel richten oder von einem Ziel auf ein anderes überwechseln
will, weil nach diesem Gesetz die obenerwähnten Nachteile nicht eintreten. Sodann
wird er für den Beschuß auf das erstere automatische Servo-Visiergesetz übergehen.
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Um das oben beschriebene Getriebe nach Fig.2 auch beim Richten entsprechend
dem Serv o,-Steuergesetz anwenden zu können, weist das Getriebe Mittel zum Entkuppeln
der Welle 31 vom Sonnenrad 35 auf. Zu diesem Zweck ist das zwischengeschaltete Zahnrad
33 des Zahnradsatzes 32, 33, 34 axial gegen die Wirkung der Feder 45 verschiebbar.
Nach Einschalten bringt ein feststehender Elektromagnet 46 da Zahnrad 33 außer Eingriff
mit dein Zahnrad 32, -während es mit dem Zahnrad 34 im Eingriff bleibt, welches
damit stillsteht. Ein Schalter 47, welcher z. B. auf einem der Betätigungshandgriffe
21 angeordnet ist, gestattet dem Schützen, den Elektromagneten nach Wunsch einzuschalten.
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Wenn nun der Schalter 21 geschlossen wird, folgt die Waffe den Winkelbewegungen
der Visiervorrichtung ohne jede Voreilung. Dies ist darauf zurückzuführen, daß,
-wenn der Schalter 21 geschlossen ist, bevor eine Waffenbedienung begonnen hat,
die- Stange 26 nicht aus ihrer neutralen Stellung herausbewegt ist, -wogegen, -nenn
der Schalter während einer Waffenbedienung geschlossen -wird, die Stange26 in ihre
neutrale Position zurückgebracht wird, dadurch, daß das Zahnrad 35, welches mit
dem Zahnrad 33 im Eingriff steht, angehalten ist, während das Zahnrad 38 durch den
Zylinder 39 angetrieben wird, bis beide Zahnräder 35 und 38 stillstehen, -weil die
Stange 26 durch Verdrehung der Schraubenspindel 37 in ihre neutrale Stellung
zurückgebracht ist (in dieser neutralen Stellung wird durch die Kugeln keine Bewegung
auf den Zylinder 39 übertragen). Der Vorhaltewinkel wird beim Öffnen des Schalters
wiederhergestellt.
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Die oben beschriebenen Anordnungen sind zur Steuerung des seitlichen
Richtens der Waffe geeignet. Entsprechende Einrichtungen können in jedem Fall für
das Richten nach der Höhe vorgesehen -werden, wobei dann ein dem Zahnrad 17 entsprechendes
Zahnrad 19 (Fig. 1), z. B. einen dem Rad 18 vergleichbaren Zahnsektor 20 antreibt.
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Beide Getriebe (-welche z. B. entsprechend der in Fig. 2 dargestellten
Ausführungsform ausgebildet sind) sind vorzugsweise in -wenigstens einem Gehäuse
66 untergebracht, welches auf dem Rahmen 3 sitzt (Fig. 1 und 3).
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In der Konstruktion nach Fig. 1 trägt der Rahmen 3 den Sitz 67 des
Schützen. Mit dein Rahmen 3 sind weiter die Lagerwangen 68, gegenüber denen sich
die Waffe um die Achse X-X verschwenlten läßt, das Gehäuse 66 für den Servomechanismus
und die Stütze 4. für die Visiervorrichtung verbunden.
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Die gleiche Anordnung ist in der Konstruktion nach Fig. 3 verwendet,
-welche sich auf eine Konstruktion bezieht, nach der die zweite Drehachse Y-Y der
Vorrichtung 5 in bezug auf die Stütze 4 (diese Achse liegt in einer vertikalen Ebene
parallel zur Schußlinie der Waffe) senkrecht sowohl zur Visierlinie der Visiervorrichtung
als auch zur ersten waagerechten Achse X-X steht, um die die Visiervorrichtung 5
gegenüber
der Stütze 4 drehbar ist. Diese zweite Achse ist daher
winklig zur gleichen Zeit verstellbar, während der die Visierlinie um die Achse
X-Y verstellbar ist.
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Man kann zweckmäßig als eines der beiden durch den Schützen zu wählenden
Verhältnisgesetze dasjenige wählen, welches die Schußlinie der Waffe im wesentlichen
parallel zur Visierlinie der Vorrichtung 5 hält. Ein solches Gesetz kann abwechselnd
mit einem automatischen Servo-Visiergesetz benutzt werden.
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Die Erfindung ist nicht nur auf Kanonen, sondern auch auf ähnliche
Feuerwaffen, wie z. B. -Maschinengewehre, Vorrichtungen zum Abschuß von Raketen
usw., anwendbar.