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Cadillac Gage - M1A1

Grundlagen 
STP-2 
2E15 
2E28M 
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Cadillac Gage - M1A1 

 

Waffenstabilisator Cadillac Gage für die Kampfpanzer M1 und M1A1

Der Kampfpanzer M1 Abrams entstand letztlich aus der gemeinsam mit Deutschland betriebenen Entwicklung des Kampfpanzers MBT 70. Ein wesentliches Element der Waffenstabilisierung des MBT 70 war die unabhängige Stabilisierung der Visierline des Hauptzielfernrohres in der vertikalen und der horizontalen Ebene bei Nachführung von Turm und Kanone auf die Visierlinie. Nach dem Abbruch der Entwicklungsarbeiten gingen die amerikanischen Konstrukteure für den neuem Standardkampfpanzer M1 einen anderen Weg. Sie verzichteten insbesondere auf die unabhängige Stabilisierung in der horizontalen Ebene. Die Gründe sind vermutlich im Ziel der Vereinfachung und der Kostenminimierung zu suchen. So entstand ein zuverlässiges und präzises Stabilisierungssystem, bei Inkaufnahme von Leistungseinbußen bei Teilparametern.

s_m1a1_1.jpgDas Stabilisierungssystem des M1 ist ein elektrohydraulisches System mit unabhängiger Stabilisierung der Visierlinie in der vertikalen Ebene und Strichbildstabilisierung in der horizontalen Ebene. Die Kanone wird in der Vertikalen dem stabilisierten Kopfspiegel des Hauptzielfernrohres nachgeführt. Der Turm wird zur Realisierung von Vorhalten entgegengesetzt zu den horizontalen Bewegungen des Strichbildes verdreht. In gewissen Grenzen können Turmbewegungen in der Horizontalen, infolge Lenkbewegungen, nach dem gleichen Prinzip ausgeglichen werden, um so dem Richtschützen ein relativ ruhiges Begleiten von Zielen zu ermöglichen. Die Hauptteile sind die Ausblickeinheit des Zielfernrohres (9), der Turmkreiselblock (5), Waffenkreiselblock (6), der Erhöhungsgeber der Kanone (7), die elektrohydraulische Richtanlage in der Vertikalen (10) und in der Horizontalen (13), der Turmhauptkasten (11), die Elektronikeinheit (12), die Richtgriffe des Richtschützen (15) und Kommandant (17), der Verkantungssensor (2), der Sensor der Richtgeschwindigkeit in der Seite und weitere Baugruppen.

Die Anlage ermöglicht drei Betriebsstufen:

Im NORMAL-Modus werden Turm, Kanone und Visierlinie (nur Vertikal) stabilisiert. Das Strichbild wird in der horizontalen Ebene stabilisiert, wobei der Turm entgegengesetzt zur Strichbildbewegung verdreht wird. Vorhalten werden über den Feuerleitrechner und die Strichbildsteuerung realisiert. Nur in diesem Modus ist das Schießen aus der Bewegung möglich. Beim Stabilisieren werden Signale von Turmkreisel, Wannenkreisel, Waffenkreisel und den Kreiseln in der Ausblickeinheit des Zielfernrohres sowie des Waffenerhöhungsgebers an den Feuerleitrechner gesendet. Dieser empfängt zusätzlich permanent Signale vom Windmesser, Entfernungsmesser und vom Richtgeschwindigkeitsgeber für die Vorhalteberechnung. Der Rechner steuert die Stabilisierungselektronik und die Strichbildverstellung an und hält somit Turm, Kanone und Strichbild in der Solllage. Beim Richten über die Richtgriffe werden die Stabilisierungssignale der Kreisel und Sensoren an die Elektronikbaugruppe elektrisch übersteuert. Gehen die Richtgriffe in die Nulllage zurück, wird die Stabilisierung kontinuierlich fortgesetzt. Die Stabilisierung der Visierlinie in der vertikalen Ebene erfolgt innerhalb der Baugruppe der Ausblickeinheit des Zielfernrohres. An den Richtgriffen muss der Sicherheitsschalter gedrückt werden, beim Loslassen der Sicherheitsschalter wird die Stabilisierungsanlage auf Standby umgeschaltet, Turm und Kanone sind in diesem Fall nicht länger stabilisiert.
Im EMERGENCY-Modus gehen die Richtsignale der Richtgriffe , unter Umgehung der Stabilisierungselektronik, direkt an die hydraulische Richtanlage. Die Kreisel werden abgekoppelt, das stabilisierte Schießen aus der Bewegung ist nicht möglich. Das Hauptzielfernrohr ist an die Bewegung der Kanone angekoppelt.
Nach dem Messen der Entfernung muss die Richtmarke erneut auf das Ziel nachgerichtet werden, da der Spiegel in eine neue Lage entsprechend der Entfernung geht. Für notwendige Vorhalte muss der Turm nachgerichtet werden, wenn das Strichbild die Position verändert.
Im MANUAL-Modus kann mit den Handkurbeln für Höhe und Seite manuell gerichtet werden, falls die Hydraulikanlage ausgefallen oder nicht betriebsbereit ist.

Das System der vertikalen Stabilisierung. Die zentrale Baugruppe des Stabilisierungssystems ist die Ausblickeinheit des Hauptzielfernrohres. Sie enthält einen hochpolierten Spiegel aus einer Aluminiumlegierung, der vertikal beweglich aufgehängt ist und durch einen speziellen Elektromotor direkt vertikal verdreht werden kann. Zusätzlich enthält die Ausblickbaugruppe zwei Kreisel mit zwei s_m1a1_1.jpgFreiheitsgraden, je einen für die Vertikale und einen für die Horizontale, sowie Resolver, und Winkelgeschwindigkeitsgeber.
Die Signale des Kreisels für die vertikale Ebene werden mit dem Signal der Winkelgeschwindigkeit gemischt und an die Stabilisierungselektronik übergeben, die den vertikalen Spiegelantrieb steuert. Der an der Turmbasis befestigte Kreiselblock hat die Aufgabe,die Signale für die Stabilisierung der Kanone in der vertikalen Ebene auszugeben. Dadurch wird die Kanone unabhängig von den Bewegungen des Kopfspiegels stabilisiert. Ein zusätzlicher Kreiselblock am beweglichen Teil der Kanone und der Vertikalresolver am Kopfspiegel erhöhen die Stabilisierungsgenauigkeit durch Messen des Fehlerwinkels und eine kontinuierliche Korrektur der Solllage der Kanone. Dabei wird die Lage der Kanone ständig mit der Lage des Kopfspiegels abgeglichen. die Kanone wird im NORMAL-Modus dem Kopfspiegel nachgeführt. Die Druckdifferenzen an den Anschlüssen des Höhenrichtzylinders werden durch Sensoren erfasst und das resultierende Signal ebenfalls an die Stabilisierungselektronik übergeben, um die Stabilisierungsgenauigkeit weiter zu erhöhen. Der Erhöhungsgeber an der Kanone gibt ein Signal aus, das die Winkeldifferenz zwischen Kanone und dem festen Turmteil anzeigt. Die Stabilisierungselektronik errechnet daraus die Winkeldifferenz zwischen Kanone und Visierlinie. Wird durch den ballistischen Rechner für das Schießen eine bestimmte Rohrerhöhung ausgegeben, dann geht dieses Signal in die Stabilisierungselektronik ein. Diese steuert den Höhenrichtzylinder an und die Kanone wird in die neue Solllage überführt, die Visierlinie bleibt auf das Ziel stabilisiert. Wird der gemessene Fehlerwinkel durch heftige Stabilisierungsbewegungen der Kanone zu groß,
wird die Abfeuerung solange blockiert, bis die Abweichung wieder im Toleranzbereich liegt. Das folgende Schema zeigt den prinzipiellen Aufbau der Vertikalstabilisierung:

s_m1a1_4.jpg

Bei Ausfall der Feuerleitanlage kann in den Notbetriebs-Modus umgeschaltet werden. In diesem Fall werden die Signale der Kreisel in der Ausblickeinheit und der Turmkreisel abgeschaltet. Die Kanone kann hydraulisch gerichtet werden, die Stabilisierung ist nicht in Funktion. Der Kopfspiegel wird elektromechanisch an die Bewegungen der Kanone angekoppelt. Nach dem Messen der Entfernung muss die Richtmarke erneut auf das Ziel nachgerichtet werden, da der Spiegel eine neue Lage entsprechend der Entfernung einnimmt.

Das System der horizontalen Stabilisierung. Der Turm ist über zwei Kreiselblöcke, die Stabilisierungselektronik und den hydraulischen Seitenrichtantrieb stabilisiert. Die Visierlinie ist nicht in der horizontalen Ebene stabilisiert.
Der erste Kreisel ist in der Wanne unter dem Turmkorbboden untergebracht. Er reagiert auf die Bewegungen der Wanne in der horizontalen Ebene. Sein Signal ist die Grundlage für die Erarbeitung der Stabilisierungssignale im Elektronikblock und die Ansteuerung des Seitenrichtantriebs. Der Turmkreisel misst die Signale in der Ebene des Turmdrehkranzes, die mit den Signalen des Wannenkreisels summiert werden. Dies erhöht die Stabilisierungsgenauigkeit erheblich. Das Schema zeigt den prinzipiellen Aufbau der Horizontalstabilisierung: 

s_m1a1_5.jpg

Bei Ausfall der Feuerleitanlage kann in den Notbetriebs-Modus umgeschaltet werden. In diesem Fall werden die Signale des Wannenkreisels und des Turmkreisel abgeschaltet. Der Turm kann hydraulisch gedreht werden, die Stabilisierung ist nicht in Funktion. Für notwendige Vorhalte muss der Turm nachgerichtet werden, wenn das Strichbild entsprechend der Signale des Feuerleitrechners die Position verändert.

 s_m1a1_2.jpgEine Besonderheit des M1 Abrams stellt die "Line of Sigth Compensation" dar, faktisch eine Stabilisierung des Strichbildes in der horizontalen Ebene. Auf eine vollwertige Stabilisierung der Visierlinie in der Horizontalen hatten die Entwickler, wie bereits erwähnt, aus Kostengründen verzichtet. Deshalb entschloss man sich, das Prinzip der Stabilisierung des Strichbildes zu nutzen. Dabei wird nur das Strichbild stabilisiert, das Sichtfeld wird in horizontaler Ebene nur durch den Turm stabilisiert. Der wesentlichste Nachteil besteht, insbesondere auf größere Entfernungen, in einer geringeren Bildauflösung im Okular infolge der relativen seitlichen Bildbewegung.
Das linke Schema zeigt das Funktionsprinzip der Strichbildstabilisierung. Der Laserentfernungsmessblock (violett) leuchtet das Strichbild durch den halbdurchlässigen Spiegel der horizontalen Sichtebene (dunkelgelb) hindurch auf ein Umkehrprisma, von dem das Strichbild auf die Spiegelrückseite reflektiert und von dieser um 90 Grad nach unten ins Sichtfeld des Richtschützen umgelenkt wird. Der Tagsichtkanal verläuft direkt und geradlinig durch den Spiegel. Der Spiegel wirkt als Strahlenteiler, in dem die Strahlenverläufe des Tagkanals (hellgelb), des Laser-Entfernungsmessers (violett) und des Strichbildes (violett) gebündelt und verteilt werden. Eine Leuchtdiode (rot) strahlt einen permanenten Lichtstrahl über den halbdurchlässigen Spiegel (dunkelgelb) auf einen Fotosensor (rot). In der Solllage trifft der Strahl der Leuchtdiode ins Zentrum des Fotosensors. Kommt es zu Bewegungen des Turmes in der horizontalen Ebene, die nicht vollständig von der Vorstabilisierung ausgeglichen werden können, so gibt der Horizontalkreisel in der Ausblickeinheit des Hauptzielfernrohres ein entsprechendes Signal aus, das von der Stabilisierungselektronik verarbeitet wird und in der Folge den Motor der mechanischen Verstellung (blau) des Fotossensors ansteuert. Der Fotosensor wird entsprechend der Abweichung von der Solllage seitlich verschoben. In der Folge geht der Lichtstrahl der Leuchtdiode vom Zentrum des Fotosensor weg in den Randbereich. Die Steuerelektronik erkennt die Abweichung vom Zentrum des Fotosensors, steuert den Signalverstärker (blau) des Verstellmotors des Spiegels an und der halbdurchlässige Spiegel wird soweit verdreht, bis der Lichtstrahl der Leuchtdiode wieder auf das Zentrum des Fotosensors trifft. Zur Erhöhung der Stabilisierungsgenauigkeit wird die Verstellgeschwindigkeit des halbdurchlässigen Spiegel gemessen und berücksichtigt.
Für das Berücksichtigung von Vorhalten beim Schießen aus der Bewegung und auf bewegliche Ziele wird beim Betätigen des Laser-Entfernungsmessers die Berechnung des Vorhaltemaßes ausgelöst. Ab diesem Zeitpunkt erfolgt eine gleitende Berechnung des Durchschnitts der Richtgeschwindigkeit der letzten 1,5 bis 2 Sekunden. Der Feuerleitrechner steuert nach dem Durchschnittswert den Verstellmotor des Fotosensors an, welcher entsprechend des errechneten Vorhaltemaßes verschoben wird. Wie schon weiter oben beschrieben, führt die Auslenkung des Lichtstrahls der Leuchtdiode aus dem Zentrum des Fotosensors zu einem Korrektursignal, der halbduchlässige Spiegel wird um die Vorhalte und gleichzeitig der Turm entgegengesetzt verdreht, so dass der Richtschütze das Ziel weiterhin mit der zentralen Richtmarke begleiten und bei Anzeige der Feuerbereitschaft bekämpfen kann. Trifft der Lichtstrahl der Leuchtdiode infolge starker Stabilisierungsbewegungen des Turms nicht das Zentrum des Fotosensors, wird die Abfeuerung solange blockiert, bis die Abweichung wieder im Toleranzbereich liegt.

Das hydraulische Richtsystem umfasst den Höhenrichtzylinder und den Hydromotor des Seitenrichtantriebes sowie die Hydraulikversorgung. . Der notwendige Arbeitsdruck von 105 bis 119 kp/cm2 wird von einer Pumpe am Haupttriebwerk als permanenter Druckstrom bereitgestellt. Ein Druckmesser links vom Hauptzielfernrohr zeigt den aktuellen Druck an. Das System fasst 75,7 Liter Hydrauliköl. Im Notfall kann ein über die Bordspannung elektrisch betriebenes System eine gewisse Zeit den erforderlichen Druck sicherstellen. Ein Großteil der Kampfpanzer ab Version M1A1 ist zusätzlich mit einem Hilfsgenerator am Turmheck ausgestattet..
Die wichtigsten Kenndaten:

 

NORMAL-Mode (Stab.)

MANUAL-Mode (Hand)

Richtgeschwindigkeit, vertikal,
normal

0,25 bis 25 Strich / sec

10 Strich / Umdrehung Handkurbel

Richtgeschwindigkeit, vertikal
maximal

400 Strich / sec (Richtgriffe)
750 Strich / sec (Stab.)

-

Richtgeschwindigkeit, vertikal,
externe Hydraulikversorgung

bis zu 25 Strich / sec

 

Richtgeschwindigkeit, horizontal,
normal

0,25 bis 75 Strich / sec

5 oder 10 Strich / Umdrehung Handkurbel

Richtgeschwindigkeit, horizontal, maximal

750 Strich / sec

-

Richtgeschwindigkeit, horizontal
externe Hydraulikversorgung

bis zu 75 Strich / sec

 

Richtbereich, vertikal,
(110 Grad links/rechts 12 Uhr)

-10 bis +20 Grad

-10 bis +20 Grad

Richtbereich, vertikal,
(70 Grad links/rechts 06 Uhr)

0 bis +20 Grad

0 bis +20 Grad

 

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