PL248002B1 - Replika broni z systemem wykrywania pozycji tłoka - Google Patents

Abstract

Na co najmniej jednej płytce drukowanej (9) znajdują się co najmniej dwa źródła światła D (10 i 11) i na co najmniej jednej płytce drukowanej (9") znajdują się co najmniej dwa detektory światła Q (12 i 13), przy czym płytki (9 i 9") usytuowane są na naprzeciwległych wewnętrznych ścianach szkieletu repliki w taki sposób, że powierzchnia aktywna każdego źródła światła D skierowana jest w stronę koła zębatego tłokowego (1) i powierzchni aktywnej jednego detektora światła Q, a środki geometryczne źródeł światła D i odpowiadających im detektorów światła Q, znajdują się na równoległych względem siebie prostych I przecinających prostopadle obie płytki drukowane (9, 9"). Odległość między sąsiednimi źródłami światła D (10 i 11) i odległość między sąsiednimi detektorami światła Q (12 i 13) jest równa połowie odległości między pionowymi osiami A zębów zazębienia zewnętrznego koła zębatego tłokowego (1) lub jej nieparzystej wielokrotności, tak, że podczas gdy jeden ząb stanowi przesłonę dla światła emitowanego przez źródło światła D, to przez wolną przestrzeń między tym zębem a zębem z nim sąsiadującym przepływa sygnał świetlny od źródła światła D do odpowiadającego mu detektora światła Q, przy czym źródła światła D (10 i 11) podłączone są do pinu mikrokontrolera, a detektory światła Q (12 i 13) podłączone są do pinów mikrokontrolera, wyposażonych w przetwornik analogowo-cyfrowy U lub do zewnętrznych przetworników analogowo-cyfrowych U.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest replika broni palnej z systemem wykrywania pozycji tłoka.

Air Soft Gun czyli ASG to zazwyczaj wierne kopie oryginalnej broni palnej wykonane w skali 1 : 1, które wystrzeliwują kulki przy użyciu sprężonego gazu.

Broń ASG wykorzystywana jest do rozgrywek airsoftowych, treningów, symulacji militarnych, a jej użytkownicy zwracają uwagę nie tylko na wierne odwzorowanie wyglądu zewnętrznego, ale oczekują również by działała w sposób najlepiej imitujący działanie prawdziwej broni palnej.

Automatic Electric Gun (AEG) to odmiana replik ASG, w których silnik elektryczny, za pośrednictwem przekładni zębatej, przesuwa tłok i ściska sprężynę. Tłok porusza się wewnątrz cylindra, który zakończony jest dyszą wylotową. Przesunięcie tłoka powoduje ściśnięcie sprężyny tłokowej i zassanie powietrza do wnętrza cylindra. Koło zębate tłokowe posiada zazębienie zewnętrzne i zazębienie wewnętrzne. Zęby zazębienia zewnętrznego koła zębatego tłokowego znajdują się tylko na części jego obwodu. Tłok posiada w swojej budowie listwę zębatą, która pracuje bezpośrednio z zazębieniem zewnętrznym koła zębatego tłokowego.

W fabrycznych modelach replik AEG nie ma żadnego układu do kontroli pozycji tłoka. Naciśnięcie języka spustowego powoduje uruchomienie silnika elektrycznego, który wprawia w ruch koła zębate przekładni. Kiedy obracające się koło zębate tłokowe zazębi się z listwą zębatą tłoka, następuje zamiana ruchu obrotowego na ruch posuwisty i tym samym przesunięcie tłoka wzdłuż osi cylindra, w kierunku powodującym ściśnięcie sprężyny tłoka. W chwili kiedy koło zębate tłokowe znajduje się w położeniu, w którym na jego obwodzie nie ma zębów, następuje zwolnienie tłoka i dekompresja sprężyny tłoka. Powietrze zassane do cylindra zostaje wówczas wyrzucone poprzez dyszę cylindra do lufy repliki. Puszczenie języka spustowego powoduje wyłączenie silnika elektrycznego. Rozpoczyna się wtedy niekontrolowany w żaden sposób proces zatrzymania przekładni zębatej. Zatrzymanie się koła zębatego tłokowego uzależnione jest w fabrycznych modelach replik od typu zastosowanego silnika, rodzaju przekładni kół zębatych oraz zastosowanej sprężyny tłoka.

Wadą takiego rozwiązania jest to, że użytkownik nie ma żadnej kontroli nad położeniem tłoka. Optymalny przypadek jest wtedy, kiedy po puszczeniu języka spustowego, tłok znajduje się w takiej pozycji, w której sprężyna tłoka jest rozprężona i w cylindrze nie ma powietrza. Wówczas na wszystkie części mechaniczne gearboxa repliki nie działają praktycznie żadne siły. W fabrycznych modelach replik AEG, po każdym zwolnieniu języka spustowego, tłok może znajdować się w innej pozycji. Skutkuje to zmniejszeniem żywotności części mechanicznych gearboxa repliki, a w szczególnych przypadkach oddanie dwóch strzałów w momencie kiedy wybrany tryb ognia powinien spowodować oddanie tylko jednego strzału po naciśnięciu spustu.

Pojawiły się próby rozwiązania tego problemu i tak na przykład ze zgłoszenia US200602243263 (A) znany jest pistolet pneumatyczny sterowany elektronicznie w taki sposób, że po dowolnej operacji strzelania obracające się koło zębate powraca do pozycji, w której nie zazębia się z zębatką, co poprawia niezawodność mechanizmu pistoletu, zapobiega degradacji sprężyny, a ponadto umożliwia otwieranie wnętrza pistoletu i łatwe przeprowadzanie konserwacji. Pistolet pneumatyczny składa się z: zębatki, która jest zintegrowana z tłokiem, koło tłokowe z częścią zębatą na części obwodu, która zazębia się z zębatką, oraz sekcją bezzębną, która nie zazębia się z zębatką, silnika, który napędza tłokowe koło zębate za pomocą mechanizmu zwalniania koła zębatego; położenie odniesienia obrotu (40), które znajduje się na kole tłokowym, w którym wykonany jest otwór oraz czujnik, który wykrywa położenie tego otworu. Gdy czujnik wykryje położenie punktu odniesienia obrotu, zasilanie silnika zostaje wyłączone, a tłokowe koło zębate zatrzymuje się w położeniu, w którym bezzębna sekcja koła zębatego tłokowego jest zwrócona w kierunku do listwy zębatej tłoka, przy czym tłok powraca do pozycji wyjściowej.

Replika broni palnej wyposażona w poruszający się wewnątrz cylindra zakończonego dyszą wylotową tłok z listwą zębatą naciskający na sprężynę, koło zębate tłokowe z zazębieniem zewnętrznym na części obwodu i zazębieniem wewnętrznym napędzane silnikiem oraz w co najmniej jedno źródło światła i co najmniej jeden detektor przetwarzający sygnał świetlny na sygnał elektryczny, przy czym źródło światła oraz odbierający od niego sygnał detektor światła umieszczone są na osobnych płytkach drukowanych. Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że na co najmniej jednej płytce drukowanej znajdują się co najmniej dwa źródła światła i na co najmniej jednej płytce drukowanej znajdują się co najmniej dwa detektory światła, przy czym płytki drukowane usytuowane są na naprzeciwległych wewnętrznych ścianach szkieletu repliki w taki sposób, że powierzchnia aktywna każdego źródła światła skierowana jest w stronę koła zębatego tłokowego i powierzchni aktywnej jednego detektora światła, a środki geometryczne źródeł światła i odpowiadających im detektorów światła znajdują się na równoległych względem siebie prostych przecinających prostopadle płytki drukowane. Odległość między sąsiednimi źródłami światła i odległość między sąsiednimi detektorami światła jest równa połowie odległości między pionowymi osiami zębów zazębienia zewnętrznego koła zębatego tłokowego lub jej nieparzystej wielokrotności, tak że podczas gdy jeden ząb stanowi przesłonę dla światła emitowanego przez źródło światła, to przez wolną przestrzeń między dwoma zębami przepływa sygnał świetlny od źródła światła do odpowiadającego mu detektora światła. Źródła światła podłączone są do pinów mikrokontrolera, a detektory światła podłączone są do pinów mikrokontrolera, wyposażonych w przetwornik analogowo-cyfrowy lub do zewnętrznych przetworników analogowo-cyfrowych.

Korzystnie źródłem światła jest dioda elektroluminescencyjna.

Korzystnie źródłem światła jest dioda laserowa.

Korzystnie detektorem światła jest fototranzystor.

Korzystnie detektorem światła jest fotodioda.

Korzystnie detektorem światła jest fotorezystor.

Korzystnie detektorem światła jest detektor CCD.

W korzystnym wykonaniu kąt między powierzchnią, na której znajdują się proste przechodzące przez środki geometryczne źródeł światła i detektorów światła a osią koła zębatego tłokowego jest nie większy niż 180°.

Najkorzystniej kąt między powierzchnią, na której znajdują się proste przechodzące przez środki geometryczne źródeł światła i odbiorników światła a osią koła zębatego tłokowego wynosi 111°.

Korzystnie każde źródło światła znajduje się na osobnej płytce drukowanej.

Korzystnie każdy detektor światła znajduje się na osobnej płytce drukowanej.

Zasadniczą zaletą rozwiązania według wynalazku jest zastosowanie i odpowiednie posadowienie czujnika w postaci zestawu dwóch płytek drukowanych, jednej ze źródłami światła i drugiej z detektorami światła, który nie ulega zniszczeniu poprzez zwykłą eksploatację, jest bezawaryjny i bezobsługowy. Użytkownik nie ingeruje w żaden sposób w mechanizm przekładni zębatej repliki, na przykład poprzez wywiercenie otworu w kole zębatym tłokowym, jak to zostało opisane w zgłoszeniu US200602243263 (A). Czujnik podłączony jest do wejść przetwornika analogowo-cyfrowego, którego wynik przetwarzania analizowany jest przez mikrokontroler, co daje możliwość precyzyjnej analizy otrzymanego sygnału i dokładnego ustalenia, w jakim położeniu znajduje się koło zębate tłokowe i pośrednio tłok repliki. Czujnik umożliwia pełną kontrolę pozycji tłoka, dzięki czemu cykl ruchu tłoka po puszczeniu spustu jest zawsze taki sam. Możliwe jest to poprzez precyzyjnie dostosowany czas wyłączenia silnika elektrycznego z uwzględnieniem danych z czujnika pozycji tłoka. Ponadto użytkownik może sam określić za pomocą aplikacji GCS, w jakiej pozycji ma się zatrzymać tłok po puszczeniu spustu. Zastosowanie czujnika pozwala także rozpoznać kierunek poruszania się koła zębatego tłokowego, co jest szczególnie istotne, kiedy replika nie posiada zapadki antyrewersyjnej.

Dzięki miniaturowym wymiarom można w zależności od potrzeb zastosować większą liczbę źródeł i detektorów światła, a co za tym idzie, jeszcze precyzyjniej kontrolować pozycję tłoka.

Fotoelementy elektroniczne zastosowane w układzie czujnika ze względu na swoją budowę są odporne na szeroki zakres temperatur, wilgoć, wibracje, udary i zakłócenia elektromagnetyczne.

Na rysunku Fig. 1 przedstawiono standardowe rozwiązanie w replikach AEG, które opisano dla porównania w przykładzie I, natomiast rozwiązanie według wynalazku zilustrowany jest przykładem wykonania przedstawionym na rysunku, gdzie Fig. 2 stanowi schemat rozmieszczenia elementów czujnika na pierwszej płytce drukowanej PCB w widoku z przodu, Fig. 3 przedstawia schemat rozmieszczenia elementów czujnika na drugiej płytce drukowanej PCB w widok z przodu, Fig. 4 - schemat rozmieszczenia elementów czujnika na pierwszej płytce drukowanej PCB względem koła zębatego tłokowego w widoku z przodu, Fig. 5 - schemat rozmieszczenia elementów czujnika obu płytek drukowanych PCB względem koła zębatego tłokowego w widoku z przodu, Fig. 6 - schemat rozmieszczenia elementów czujnika na pierwszej płytce drukowanej PCB względem koła zębatego tłokowego w przybliżeniu widok z przodu, Fig. 7 - schemat rozmieszczenia elementów czujnika obu płytek drukowanych PCB względem koła zębatego tłokowego w widoku z lewej strony, Fig. 8 - schemat elektroniczny czujnika optycznego położenia tłoka, w którym mikrokontroler jest wyposażony w przetwornik analogowo-cyfrowy, Fig. 9 - schemat elektroniczny czujnika optycznego, w którym mikrokontroler jest sprzężony z przetwornikami analogowo-cyfrowymi, Fig. 10 - przebieg sygnałów analizowanych przez mikrokontroler, Fig. 11 - widok koła zębatego z zaznaczonymi osiami.

Przykład I

Na rysunku Fig. 1 pokazano standardowe rozwiązanie stosowane w replikach AEG. Naciśnięcie języka spustowego 8 powoduje uruchomienie silnika elektrycznego 5, który wprawia w ruch koła zębate przekładni. Kiedy obracające się koło zębate tłokowe 1 zazębi się z listwą zębatą 3 tłoka 2, następuje zamiana ruchu obrotowego na ruch posuwisty i tym samym przesunięcie tłoka 2 wzdłuż osi cylindra 6, w kierunku powodującym ściśnięcie sprężyny 14 tłoka 2. W chwili kiedy koło zębate tłokowe 1 znajduje się w położeniu, w którym na jego obwodzie nie ma zębów, następuje zwolnienie tłoka 2 i dekompresja sprężyny 3 tłoka 2. Powietrze zassane do cylindra zostaje wówczas wyrzucone poprzez dyszę 7 cylindra 6 do lufy repliki. Puszczenie języka spustowego 8 powoduje wyłączenie silnika elektrycznego 5. Rozpoczyna się wtedy niekontrolowany w żaden sposób proces zatrzymania przekładni zębatej. Zatrzymanie się koła zębatego tłokowego 1 uzależnione jest w fabrycznych modelach replik od typu zastosowanego silnika 5, rodzaju przekładni kół zębatych oraz zastosowanej sprężyny 3 tłoka 2.

Przykład II

Replika broni o standardowej konstrukcji wyposażona jest w czujnik zbudowany z dwóch źródeł światła D1 10 i D2 11, którymi są dioda elektroluminescencyjna lub dioda laserowa, i dwóch detektorów Q1 12 i Q2 13 przetwarzających sygnał świetlny na sygnał elektryczny, którymi są fototranzystor lub fotodioda lub fotorezystor lub detektor CCD, przy czym źródła światła D1 10 i D2 11 umieszczone są na płytce drukowanej 9 zamocowanej na wewnętrznej powierzchni jednej połowy 14 szkieletu repliki a detektory światła Q1 12 i Q2 13 umieszczone są na płytce drukowanej 9” znajdującej się przy wewnętrznej powierzchni drugiej połowy 15 szkieletu repliki. Odległość między źródłami światła D1 10 i D2 11 oraz między detektorami światła Q1 12 i Q2 13 jest równa połowie odległości między pionowymi osiami sąsiednich zębów koła zębatego tłokowego 1 lub jej nieparzystej wielokrotności. Powierzchnie aktywne źródeł światła D1 10 i D2 11 skierowane są w stronę koła zębatego tłokowego 1 oraz w stronę odbiorników światła Q1 12 i Q2 13, tak że światło emitowane przez jedno źródło światła odbierane jest przez jeden detektor światła, a jeden z zębów zazębienia zewnętrznego koła zębatego tłokowego 1 uniemożliwia przepływ sygnału świetlnego z jednego źródła światła do odpowiadającego mu detektora światła.

Pozycje źródeł światła D1 10 i D2 11 oraz detektorów światła Q1 12 i Q2 13 są ściśle określone względem pozycji koła zębatego tłokowego 1 repliki. Środek geometryczny źródła światła D1 10 oraz odbiornika światła Q1 12 znajduje się na jednej prostej przecinającej prostopadle obie płytki drukowane 9 i 9” oraz środek geometryczny źródła światła D2 11 oraz odbiornika światła Q2 13 znajduje się na drugiej prostej przecinającej prostopadle obie płytki drukowane 9 i 9”. Powierzchnia, na której znajduje się prosta przechodząca przez środek geometryczny źródła światła D1 10 i odbiornika światła Q1 12 i oś koła zębatego tłokowego oraz powierzchnia, na której znajduje się prosta przechodząca przez środek geometryczny źródła światła D2 11 i odbiornika światła Q2 13 i oś koła zębatego tłokowego, tworzą kąt, jak pokazano na rysunku Fig. 11, o wartości 111°.

Źródła światła D1 10 i D2 11 podłączone są do pinu mikrokontrolera. Odbiorniki światła Q1 12 i Q2 13 podłączone są do analogowych pinów mikrokontrolera, wyposażonych w przetwornik analogowo-cyfrowy, jak to pokazano na Fig. 8, lub do przetworników analogowo-cyfrowych U1 i U2, które sprzężone są z mikrokontrolerem, jak pokazano na rysunku Fig. 9.

Źródłem światła D1 10 i D2 11 jest dioda elektroluminescencyjna lub dioda laserowa. Odbiornikiem światła Q1 12 i Q2 13 jest fototranzystor lub fotodioda lub fotorezystor lub detektor CCD. Obracające się koło zębate tłokowe 1 generuje na wyjściu detektorów światła Q1 12 i Q2 13 impulsy, których ilość odpowiada ilości zębów zazębienia zewnętrznego koła zębatego tłokowego 1. W momencie kiedy ząb zazębienia zewnętrznego koła zębatego tłokowego 1 znajduje się np. pomiędzy źródłem światła D1 10 i odbiornikiem światła Q1 12, powoduje zasłonięcie światła emitowanego przez źródło światła D1 10 i zmniejszeniem wartości prądu płynącego przez rezystor R3, który wywołuje mniejszy spadek napięcia na rezystorze R3. W tym samym momencie prąd płynący przez rezystor R4 podłączony do drugiego detektora światła Q2 13 wywołuje spadek napięcia na rezystorze R4 przesunięty w fazie o 90° w stosunku do spadku napięcia na rezystorze R3. Przebieg sygnałów analizowanych przez mikrokontroler przedstawiony został na rysunku Fig. 10.

Claims (11)

Zastrzeżenia patentowe

1. Replika broni z systemem wykrywania pozycji tłoka wyposażona w poruszający się wewnątrz cylindra (6) zakończonego dyszą wylotową (7) tłok (2) z listwą zębatą (3) naciskający na sprężynę (14), koło zębate tłokowe(1) z zazębieniem zewnętrznym na części obwodu i zazębieniem wewnętrznym napędzane silnikiem (5) oraz w co najmniej jedno źródło światła D i co najmniej jeden detektor Q przetwarzający sygnał świetlny na sygnał elektryczny, przy czym źródło światła D oraz odbierający od niego sygnał świetlny detektor światła Q umieszczone są na osobnych płytkach drukowanych, znamienny tym, że na co najmniej jednej płytce drukowanej (9) znajdują się co najmniej dwa źródła światła D (10 i 11) i na co najmniej jednej płytce drukowanej (9”) znajdują się co najmniej dwa detektory światła Q (12 i 13), przy czym płytki (9’ i 9”) usytuowane są na naprzeciwległych wewnętrznych ścianach szkieletu repliki w taki sposób, że powierzchnia aktywna każdego źródła światła D skierowana jest w stronę koła zębatego tłokowego (1) i powierzchni aktywnej jednego detektora światła Q, a środki geometryczne źródeł światła D i odpowiadających im detektorów światła Q, znajdują się na równoległych względem siebie prostych I przecinających prostopadle obie płytki drukowane (9, 9”), a odległość między sąsiednimi źródłami światła D (10 i 11 ) i odległość między sąsiednimi detektorami światła Q (12 i 13) jest równa połowie odległości między pionowymi osiami A zębów zazębienia zewnętrznego koła zębatego tłokowego (1) lub jej nieparzystej wielokrotności, tak że podczas gdy jeden ząb stanowi przesłonę dla światła emitowanego przez źródło światła D, to przez wolną przestrzeń między tym zębem a zębem z nim sąsiadującym przepływa sygnał świetlny od źródła światła D do odpowiadającego mu detektora światła Q, przy czym źródła światła D (10 i 11) podłączone jest do pinu mikrokontrolera, a detektory światła Q (12 i 13) podłączone są do pinów mikrokontrolera, wyposażonych w przetwornik analogowo-cyfrowy U lub do zewnętrznych przetworników analogowo-cyfrowych U.

2. Replika broni według zastrz. 1 znamienna tym, że źródłem światła D jest dioda elektroluminescencyjna.

3. Replika broni według zastrz. 1 znamienna tym, że źródłem światła D jest dioda laserowa.

4. Replika broni według zastrz. 1 znamienna tym, że detektorem światła Q jest fototranzystor.

5. Replika broni według zastrz. 1 znamienna tym, że detektorem światła Q jest fotodioda.

6. Replika broni według zastrz. 1 znamienna tym, że detektorem światła Q jest fotorezystor.

7. Replika broni według zastrz. 1 znamienna tym, że detektorem światła Q jest detektor CCD.

8. Replika broni według zastrz. 1 znamienna tym, że kąt między powierzchnią, na której znajdują się proste przechodzące przez środki geometryczne źródeł światła D (10 i 11) i detektorów światła Q (12 i 13) a osią B koła zębatego tłokowego (1) wynosi nie więcej niż 180°.

9. Replika broni według zastrz. 8 znamienna tym, że kąt między powierzchnią, na której znajdują się proste przechodzące przez środki geometryczne źródeł światła D (10 i 11) i detektorów światła Q (12 i 13) a osią B koła zębatego tłokowego (1) wynosi 111°.

10. Replika broni według zastrz. 1 znamienna tym, że każde źródło światła D (10 i 11) znajduje się na osobnej płytce drukowanej.

11. Replika broni według zastrz. 1 znamienna tym, że każdy detektor światła Q (12 i 13) znajduje się na osobnej płytce drukowanej.