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Waffenstabilisator Add On der Firma Cadillac Gage Company

Ende der 30er Jahre hatten die US-amerikanischen Panzerkonstrukteure bereits eine hydraulische Turmschwenkeinrichtung für die Panzer M3 Stuart und M4 Sherman entwickelt, die eine recht beachtliche Richtgeschwindigkeit von 20 bis 24 Grad je Sekunde erlaubten. Zusätzlich war eine Stabilisierungsanlage für die Kanone fertiggestellt worden, die mit Hilfe einer Kreiseleinrichtung die Kanone in der Vertikalen in einer stabilen Position halten konnte. Die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit überzeugte aber die Panzerbesatzungen nur wenig, so dass diese Waffenstabilisierung im Kriegsverlauf kaum genutzt wurde. Während der Produktion verzichtete man später sogar auf den Einbau. Nach dem Kriegsende führte man die Entwicklungsarbeiten an Waffenstabilisatoren weiter, ohne jedoch übermäßige Eile an den Tag zu legen. Waren doch die maßgeblichen Militärs wenig von der Notwendigkeit einer Waffenstabilisierung und der Effektivität des Schießens aus der Bewegung überzeugt. Gefordert war allerdings eine zuverlässige Richtanlage, die das hydraulische Richten von Turm und Kanone sowohl durch den Richtschützen, als auch durch den Kommandanten ermöglichen sollte.
Anfang der 60er Jahre formulierten die Entwickler der Firma Cadillac Gage ein Patent einer Waffenstabilisierung für Kanone und Turm. Die Konstruktionsarbeiten waren erfolgversprechend und so wurde die Stabilisierungsanlage im Jahre 1964 offiziell zum Patent angemeldet. Bemerkenswert ist der Umstand, dass diese kreiselgesteuerte Stabilisierungsanlage vollständig auf die bereits im Jahre 1953 von Cadillac Gage entworfenen hydraulische Waffenrichtanlage aufsetzt ohne diese in besonderer Weise zu verändern. Diese neue Stabilisierungsanlage sollte dann auch als ein "Add On" in die mit der hydraulichen Richtanlage von Cadillac Gage ausgestatteten Kampfpanzer nachzurüsten sein. Am Ende der 60er Jahre, die sowjetischen Kampfpanzer waren bereits seit mehr als 10 Jahren serienmäßig mit einem zuverlässigen und leistungsfähigen Waffenstabilisator in zwei Ebenen ausgestattet, hatten sich die verantwortlichen Militärs endlich davon überzeugt, dass eine Waffenstabilisierung als Bestandteil einer modernen Feuerleitanlage unverzichtbar geworden war.

Die hydraulische Richtanlage. Zum Richten des Turms in der Seite und der Kanone in der Höhe dient eine elektrohydraulisch betriebene Richtanlage. Sie besteht im Wesentlichen aus einem Pumpenblock mit Ölbehälter und Druckspeicher, den entsprechenden Hydraulikleitungen, dem Turmschwenkwerkmotor, dem Höhenrichtzylinder und den Richtgriffen von Kommandant und Richtschütze sowie weiteren Bauteilen. Der notwendige Arbeitsdruck zum Betrieb der Richtanlage wird ausschließlich vom hydro-pneumatischen Hauptdruckspeicher zur Verfügung gestellt. Der elektrische Pumpenblock wird nur dann automatisch in Betrieb genommen, wenn der geforderte Minimaldruck von 6,5 MPa im Druckspeicher unterschritten wird. Zur Steuerung der Richtung und Geschwindigkeit der Hydraulikölströme beim Richten von Turm und Kanone dient ein Ventilblock oberhalb des Druckspeichers. Mit diesem Ventilblock mechanisch verbunden ist der Richtgriff des Richtschützen, bei dessen Betätigung die entsprechenden Ventile geöffnet oder geschlossen werden. Der Richtgriff des Kommandanten ist mit einem Gestänge direkt mit dem selben Ventilblock am Arbeitsplatz des Richtschützen verbunden. Beim Umschalten in die Betriebsstufe "Richten durch den Kommandanten" wird die mechanische Verbindung zwischen Richtschützenrichtgriff und Ventilblock elektromechanisch getrennt und auf den Kommandantenrichtgriff umgeschaltet. Aus Sicherheitsgründen ist das Richten durch Kommandant bzw. Richtschütze nur dann möglich, wenn die Sicherheitsklinke am jeweiligen Richtgriff gedrückt und so die Steuerung der Richtanlage elektromechanisch freigegeben wird. Ebenso sperrt eine elektromechanische Sicherheitsschaltung die Handkurbel für das manuelle Richten in Höhe bzw. Seite, wenn sich die Richtanlage in der Hauptbetriebsstufe befindet.

Bei Ausfall der Stromversorgung kann der Richtschütze die Kanone mit Hilfe einer manuell angetriebenen Hydraulikpumpe vertikal richten. Das Richten des Turms erfolgt bei Handbetrieb mit Hilfe einer Kurbel, die über eine Kardanwelle mit dem Seitenrichtgetriebe verbunden ist. Dieses Seitenrichtgetriebe bildet mit dem Hydraulikmotor eine gemeinsame Baugruppe. Insbesondere diese Seitenrichtanlage ist durch die hohe Trägheitsmasse des Turmes enormen Belastungen ausgesetzt. Im Verlaufe der Jahre wurden deswegen Hydraulikmotor und Getriebe mehrmals verstärkt und modifiziert. Ein später angefügter Hydraulikpuffer soll Druckspitzen beim Anlaufen und Stoppen des Seitenrichtmotors abfangen um so Überlastungsschäden zu vermeiden. Eine gesonderte elektromechanisch angesteuerte Ventileinrichtung überwacht die Turmstellung und hebt die Kanone automatisch um einige Grad an, wenn sich das Rohr der Kanone im Hindernisbereich des leicht erhöhten Wannenhecks befindet.

Bild 4 zeigt den Arbeitsplatz des Richtschützen mit den Richtgriffen die unmittelbar am Ventilblock angebaut sind und direkt auf die entsprechenden Steuerventile wirken. Unterhalb der Richtgriffe ist der Pumpenblock mit Hydraulikölbehälter zu erkennen. Aus ergonomischer Sicht eine eher unzweckmäßige Lösung, die aus der Notwendigkeit geboren ist eine so große Baugruppe im engen Kampfraum unterbringen zu müssen. Der Hauptdruckspeicher befindet sich hinter dem Hydraulikölbehälter. Unmittelbar rechts der Richtgriffe ist die Handkurbel des Seitenschwenkwerks zu sehen, die über eine mehrfach gelagerte Welle mit dem Seitenrichtgetriebe verbunden ist. Die Bilder 5 und 6 zeigen verschiedene Varianten der Bedienpulte der Richt- und Stabilisierungsanlage. In ihren Grundfunktionen sind sie identisch. Die Richtanlage wird über den Schalter ELEV/TRAV-POWER bzw. HYDRAUKLIK mit Strom versorgt und ist nach kurzzeitig anlaufendem Pumpenblock und dem Erreichen des Betriebsdruckes innerhalb etwa 10 - 15 Sekunden arbeitsbereit. Die Stabilisierungsanlage wird nach Betätigen des Schalters "POWER" bzw. STAB BEREIT mit Strom versorgt, wobei die Kreisel der Lagegeber innerhalb 1,5 bis 2 Minuten auf ihre Betriebsdrehzahl hochlaufen. Nach dieser Zeit kann mit dem zweiten Schalter STAB bzw. STAB EIN die Stabilisierungsanlage in die Betriebsart Vollstabilisierung geschaltet werden.

Bild 7 zeigt den Richtgriff des Kommandanten in einem M60A3. Der Richtgriff ist am Gehäuse des Seitenrichtantriebes angebaut und über die beiden Zugstangen mit dem Ventilblock beim Richtschützen verbunden. Beim Leopard 1erfolgt die Verbindung mit dem Ventilblock über zwei Bowdenzüge. Lediglich beim Leopard 1A5 mit der Feuerleitanlage EMES sind die Richtgriffe mit elektrischen Gebern versehen und wirken nicht mehr unmittelbar und mechanisch auf die Steuerventile der Richtanlage. Die Baugruppe des Seitenschwenkwerks mit dem Hydraulikmotor, dem Getriebe und der Rutschkupplung ist im Bild 9 gut erkennbar.

Als ein Vorteil dieser Richtanlage wird immer wieder das gute Richtverhalten und die hohe Richtgeschwindigkeit genannt, die gerade beim Schwenken des Turms zur Zielzuweisung ein wichtiges Leistungskriterium ist. Ein gravierender Nachteil der Richtanlage von Cadillac Gage ist dagegen das notwendige große Hydraulikölvolumen in der Anlage. Kommt es zu einem Treffer im Panzer und in der Folge zu einem Leck in der Hydraulikanlage, wird das unter hohem Druck stehende Hydrauliköl durch den Druckspeicher aus der Anlage herausgepresst und im Kampfraum versprüht. Dieses Hydrauliköl-Aerosol ist stark explosionsgefährdet, wie sich im Verlaufe verschiedener Kriege zeigte. Im Leopard 2 wurde deshalb der Druckspeicher aus dem Kampfraum in eine isolierte Kammer im Turmheck verlagert und später die hydraulische Richtanlage generell durch eine elektromechanische Richtanlage ersetzt.

Die Waffenstabilisierungsanlage. Im Gegensatz zu den sowjetischen Konkurrenten, die ihre Waffenstabilisierung zusammen mit der Richtanlage als eine in sich geschlossene Anlage entwickelten, ging man bei Cadillac Gage einen anderen Weg. Die hydraulische Richtanlage schien den Konstrukteuren so erfolgreich zu sein, dass sie die Stabilisierungsanlage als ein Add On auf die Richtanlage aufsetzten ohne diese dabei funktionell zu verändern. Auch die Anordnung der Kreiselgeber für die Stabilisierungsanlage unterscheidet sich vom sowjetischen Pendant. Cadillac Gage entschloss sich für die Vertikalstabilisierung einen Geber als Waffenkreisel an der Kanone und eine zweiten Geber als Turmkreisel im Turm anzuordnen. Für die Horizontalstabilisierung befindet sich analog ein Geber als Waffenkreisel an der Kanone und ein zweiter Kreisel als Wannenkreisel auf dem Wanneboden. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass die Konstrukteure ausschließlich integrierende Mikrokreisel mit zwei Freiheitsgraden verwendeten. Diese Kreisel geben ein Ausgangssignal aus, dass der Winkelgeschwindigkeit der Auswanderung von Kanone bzw. Turm entspricht. Das für die Stabilisierung benötigte Signal für die Größe der Winkelabweichung wird nach Verstärkung aus dem Signal der Winkelgeschwindigkeit durch Integration ermittelt. Einen der vier Kreiselblöcke zeigt beispielhaft Bild 11. Im Gehäuse befindet sich der eigentliche Kreisel und die erforderliche Elektronik, wie Verstärker sowie Integrator, bzw. Differentiator. Der Kreisel mit zwei Freiheitsgraden selbst ist als Mikrokreisel ausgeführt und hat einen Durchmesser von cirka 20 mm. Die wichtigsten Baugruppen und ihre Unterbringung in einem Kampfpanzer Leopard 1 zeigt Bild 10
Die Horizontalstabilisierung. Der Waffenkreisel ermittelt bei einer Störung die Winkelgeschwindigkeit der Abweichung. Diese wird verstärkt und in die Stabilisierungselektronik eingegeben. Zusätzlich wird nach dem Vorverstärker das Signal der Winkelabweichung durch einen Integrator ausgekoppelt und ebenfalls in die Stabilisierungselektronik eingespeist. Weiterhin wird aus dem vorverstärkten Ursprungssignal durch eine Differentiator die Größe der Beschleunigungskraft errechnet und in die Stabilisierungselektronik eingegeben. Der Wannenreisel als zusätzlicher Geber gibt als Ausgangssignal den Wert der Winkelgeschwindigkeit der Auswanderung der Wanne beim Lenken aus. Dieses Signal passiert einen Integrator und wird als Größe der Winkelabweichung in die Stabilisierungselektronik eingegeben. Der zusätzliche Wannenkreisel hat vorrangig die Funktion, zur Verbesserung der Stabilisierungsgüte ein Referenzsignal zu den Werten des Waffenkreisels zu erzeugen.
Ein Wegstreckengeber am Seitenrichtmotor gibt ein Signal proportional zu den erfolgten Richtbewegungen während der Stabilisierung aus. Dieses Signal wird als Rückkopplung in den Signalkkreislauf des Wannenkreisels zurückgeführt. Es wird zur Erhöhung der Synchronität von Turmdrehumg und Lenkbewegungen der Wanne und damit zur Erhöhung der Stabilisierungsgüte benötigt. Das Signal des Wegstreckengebers wird mit dem Signal des Wannenkreisels gemischt und wieder in die Stabilisierungselektronik eingespeist.
In der Stabilisierungselektronik werden die vier Signale Winkelgeschwindigkeit Turm, Winkelabweichung Turm, Winkelabweichung Wanne und Beschleunigung Turm verstärkt, gemischt und als Steuersignale an die Regelventile am Seitenschwenkmotor ausgegeben. Dadurch wird der Turm in der horizontalen in der festgelegten Richtung stabilisiert.

Um das Richten des Turms durch den Richtschützen zu ermöglichen, muss dem horizontalen Stabilisierungsmoment der Anlage entgegen gewirkt werden. Dazu ist am Seitenschwenkmotor ein Geber angebaut, der aus einem elektromechanischen Durchflussmesser besteht. Verdreht der Richtschütze die Richtgriffe und schwenkt dabei den Turm mit einer bestimmten Richtgeschwindigkeit, gibt der Durchflussmesser ein elektrisches Signal aus, das proportional zur Größe der Richtgeschwindigkeit, ist. Alternativ kann auch ein Differenzgeber eingebaut sein, der die Druckdifferenz beim Richtvorgang misst. Dieses Signal dämpft das Signal des Waffenkreisels so stark, dass ein Übersteuern des entgegenwirkenden Stabilisierungsmomentes der Stabilisierungsanlage möglich wird. Sind die Richtgriffe wieder in die Nullpositon zurückgeführt worden, werden die Signale des Waffenkreisels wieder ungedämpft und in voller Stärke in die Stabilisierungselektronik eingespeist.
Die Vertikalstabilisierung. Die Funktionsweise der Vertikalstabilisierung erfolgt prinzipiell in gleicher Weise wie die beschriebene Horizontalstabilisierung. Ein Geber befindet sich als Hauptkreisel an der Kanone und ein Geber als Zusatzkreisel im Turm. Wegen der größeren vertikalen Schwingungsfrequenz der Kanone ist jedoch zusätzlich ein gesonderter Geber für die Beschleunigung der Kanone eingebaut worden, um eine ausreichende Genauigkeit der Stabilisierung zu gewährleisten. Im Bild 12 ist die Funktion der gesamten Stabilisierungsanlage als Blockschaltbild dargestellt.

Die Waffenstabilisierungsanlage der Firma Cadillac Gage wurde ab 1970 in den Kampfpanzer M60A1 als Kampfwertsteigerung eingebaut. Er erhielt die Bezeichnung M60A1 AOS (Add On Stabilization). Auch eine Reihe von Kampfpanzern M48 und alle späteren Versionen des M60 erhielten die Add On Stabilisierung. Die deutschen Panzerkonstrukteure entschlossen sich ebenfalls den Kampfpanzer Leopard 1A1 mit diesem Stabilisator auszustatten. Die Praxis zeigte allerdings, dass dieser Waffenstabilisator beim Schießen aus der Bewegung bestenfalls zufriedenstellende Leistungsparameter aufwies. Erfahrungen der US-Armee und auch der Bundeswehr zeigten, dass die Stabilisierung eher dazu genutzt wurde ein erkanntes Ziel während der Vorwärtsbewegung nicht aus dem Blickfeld zu verlieren, während das Schießen überwiegend aus dem kurzen Halt oder von der Stelle erfolgte. Dies entsprach auch den damals vorherrschenden Ansichten zum Einsatz der Kampfpanzer. Die befriedigende Stabilisierungsgüte findet ihre Ursachen in der Gesamtkonzeption der Anlage, mit den Mikrokreiseln geringer Starrheit und der Beschränkung auf Kreisel mit zwei Freiheitsgraden, die nur das Signal der Winkelgeschwindigkeit ausgeben konnten. Der Umstand, dass die Stabilisierungsanlage kein integrierter Bestandteil der Richtanlage ist und faktisch nur auf diese aufgesetzt wurde, setzt der Leistungsfähigkeit der Stabilisierungsanlage ebenfalls Grenzen.
Interessant ist der Umstand, dass das Grundprinzip mit Waffen- und Turm- bzw. Wannenkreisel auch für die Stabilisierungsanlagen des M1A1 Abrams und des Leopard 2 übernommen worden ist. Allerdings sind diese Kampfpanzer mit einer Waffennachführanlage ausgestattet. Hier wird die Visierlinie mit höchstmöglicher Genauigkeit durch eine interne mechanisch-elektronische Einrichtung des Zielfernrohres stabilisiert, während Kanone und Turm mit Hilfe der Add-On-ähnlichen hydraulischen Stabilisierungs- und Richtanlage der Visierlinie nachgeführt werden.

Quellen:
US-Patent Hydraulische Waffenrichtanlage, Cadillac Gage Company, 1953
US-Patent Waffenstabilisator, Cadillac Gage Company, 1964
Ausbildungsmaterial Kampfpanzer M60A3
Automatische Anlagen in Militärfahrzeugen, Janecki/Wasenczuk/ Gorski, Verlag des Verteidigungsministeriums, Warschau, 1975

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