DE10020037C1 - Elektronische Selbstzerlegereinrichtung - Google Patents
Elektronische SelbstzerlegereinrichtungInfo
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Abstract
Die Vorrichtung betrifft eine Vorrichtung für die zeitgesteuerte Selbstzerlegung eines Geschosses durch eine batterielose, elektronische Selbstzerlegereinrichtung. Zum Betrieb werden in der Flugphase mehrere während des Abschusses durch ein Piezoelement aufgeladene Kondensatoren verwendet. Mindestens zwei der Kondensatoren sind so mit dem Eingang eines Komparators verschaltet, daß sich sowohl die Einflüsse einer sich ständig verändernden Betriebsspannung als auch die Einflüsse der Abgabe von veränderlichen Spannungshöhen durch das Piezoelement nicht auf die Zeitfunktion auswirken.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Vorrichtung für eine elektronische
Selbstzerlegereinrichtung in einem Geschoßzünder ohne Verwendung einer im Zünder
eingebauten Batterie.
Für heutige Geschoß- oder Submunitionszünder wird neben den Hauptzündkriterien wie
Aufschlag- oder Zeitfunktion häufig auch eine Selbstzerlegungsfunktion gefordert, die das
Sprengmittel auch nach Nichtansprechen der primären Zündkriterien nach Ablauf einer
maximalen Funktionszeit zündet. Diese den anderen Zündkriterien parallelgeschaltete
Funktion soll den Gefährdungsbereich der Munition in Schußrichtung begrenzen und/oder
das Auftreten von Blindgängern minimieren. Dadurch werden Einsätze in vorher
erkämpften Gebieten wegen geringerer Gefährdung durch eigene Blindgänger sicherer.
Andererseits erlaubt diese Funktion auch den Beschuß eines eingeschlossenen Gegners
ohne gegenüberstehende eigene Truppen oder zivile Einrichtungen über ein vertretbares
Maß hinaus zu gefährden.
Mechanische, pyrotechnische und elektronische Selbstzerlegereinrichtungen sind in
verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Der vorliegenden Aufgabenstellung liegt der
geforderte Betrieb einer elektronischen Selbstzerlegereinrichtung ohne die Verwendung
einer Batterie zugrunde. Dies hat den Vorteil, daß die Selbstzerlegerfunktion derartig
ausgerüsteter Zünder mit sehr großer Zuverlässigkeit auch über einen langen
Lagerzeitraum des Zünders erhalten bleibt, da die Zuverlässigkeit von Zünderfunktionen
im wesentlichen von der Zuverlässigkeit der Energieversorgung abhängt. Die
Zuverlässigkeit der Selbstzerlegerfunktion ist jedoch über den taktischen Einsatz nicht nur
funktionskritisch sondern sicherheitskritisch. Deswegen sollen möglichst alle die
Funktionszuverlässigkeit beeinträchtigenden Bauelemente eliminiert werden.
Hinsichtlich druckschriftlichen Standes der Technik wird verwiesen auf DE 23 14 279 C3,
DE 195 04 870 C2, DE 43 24 486 C1 und DE 38 00 328 C1. So ist aus DE 23 14 273 C3
eine Zündschaltung zur Selbstzerlegung eines Geschosses bekannt, bei welcher eine
zeitgesteuerte Selbstzerlegung mittels eines Zündkondensators erfolgt, der über einen
Widerstand von zwei Kondensatoren aufgeladen wird. Eine weitere elektronische
Zünderschaltung zeigt die DE 38 00 328 C1, Kompensationsschaltungen zur
Kompensation von Veränderungen an Eingangssignalen zeigen DE 195 04 870 C2 und DE 43 24 486 C1.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine neue Vorrichtung mit der Selbstzerlegerfunktion, speziell von
Geschoßzündern anzugeben, die ohne Batterie auskommt.
Bekannt ist, zum elektrischen Betrieb der Selbstzerlegereinrichtung die elektrische Energie
eines oder mehrerer Piezoelemente zu verwenden. Das Piezoelement gibt beim
Abschußvorgang infolge der dort auftretenden hohen Beschleunigungen für eine Zeitdauer
von einigen Millisekunden eine hohe Spannung ab, die für den längerdauernden Betrieb
einer stromsparenden Elektronik mit veränderter Spannungshöhe in Speicherkondensatoren
umgeladen wird.
Das Problem einer derartigen Energieversorgung liegt beim Einsatz der Elektronik zur
Realisierung einer möglichst genauen Zeitfunktion, obwohl die Versorgungsspannung sich
sehr stark ändert, da die Energieversorgungskondensatoren nur durch den Abschuß
geladen, anschließend jedoch durch den zu liefernden Strom ständig entladen werden. Die
Zeitfunktion soll dabei statt durch mechanische Schwinger, wie Quarze oder Resonatoren,
die beim Abschuß beschädigt werden können, aus Kosten- und Zuverlässigkeitsgründen
mit RC-Gliedern realisiert werden. Die Schwingfrequenz von RC-Oszillatoren sind jedoch
so stark von der Betriebsspannung abhängig, daß ein Einsatz für eine Selbstzerlegung im
allgemeinen nicht in Frage kommt.
Nun könnte man die Ausgangsspannung eines Energiespeicherkondensators mit Hilfe eines
Schaltreglers stabilisieren, um der Elektronik eine möglichst konstante Spannung
anzubieten. Dies hat den Nachteil eines relativ großen Schaltungsaufwands verbunden mit
Energieverlusten durch die Spannungsumsetzung.
Eine zweite Lösung wäre, zur Realisierung der Zeitfunktion die Ausgangsspannung des
Piezoelements zu verwenden, damit einen Kondensator C auf die Spannung Uo aufzuladen
und diesen definiert über einen Widerstand R zu entladen, um mit Hilfe eines Komparators
das Unterschreiten einer bestimmten Spannungshöhe Us zu detektieren, das nach der Zeit
ts = -RC1n(Us/Uo) (1)
auftritt. Der Komparatorausgang wechselt nach dieser Zeit seinen Zustand. Dieser Wechsel
wird zum Zünden eines nachgeschalteten Zündthyristors verwendet, der einen ebenfalls
durch das Piezoelement getrennt aufgeladenen Zündkondensator in ein elektrisches
Zündmittel entlädt.
Bei dieser Lösung liegt der Nachteil in der Abhängigkeit der Selbstzerlegerzeit ts von Uo
und Us. Da Piezoelemente Fertigungschwankungen unterliegen und temperaturabhängig
sind, kann die Spannung Uo von Schuß zu Schuß schwanken und damit auch die
Selbstzerlegerzeiten. Zudem erfordert eine stabile Schaltschwelle Us bei veränderlicher
Betriebsspannung wiederum Schaltungsaufwand, der zu einer höheren Komplexität und
Stromaufnahme führt.
Es soll deshalb eine Schaltung bereitgestellt werden, die einerseits möglichst einfach und
deswegen möglichst energiesparend, preiswert und dabei (wegen reduzierter
Bauteileanzahl) zuverlässig ist und die andererseits die Zeitfunktion mit RC-Gliedern
unabhängig von einer schwankenden Versorgungsspannungshöhe zu realisieren gestattet.
Dies gelingt mit der im Patentanspruch 1 beschriebenen Vorrichtung. Eine alternative
Ausgestaltung kann dem Patentanspruch 2 entnommen werden. Im folgenden sei anhand
der beigefügten Fig. 1 die Erfindung kurz erläutert.
Über ein Piezoelement P, einen Vorwiderstand R0, eine Zenerdiode Z (zur
Spannungsbegrenzung) und die Dioden D0 bis D3 werden beim Abschuß die
Kondensatoren C0 bis C4 aufgeladen. Der aufgeladene Kondensator C0 stellt danach, über
den Widerstand R4 und den zweiten Speicherkondensator C3 verzögert, die
Versorgungsspannung für den Betrieb des Komparators K bereit. Der Komparator K ist
ein handelsüblicher integrierter Baustein mit extrem kleiner Stromaufnahme (< 1 µA), sehr
kleinen Eingangsströmen (< 1 pA) und einem bis an die Betriebsspannungsgrenzen
reichenden Gleichtaktbereich.
Die verzögerte Bereitstellung der Betriebsspannung soll eine Fehlfunktion während der
Rohrdurchgangsphase verhindern und der verzögert aufgeladene Kondensator C3 liefert
zum Zeitpunkt der Zündung die Energie zur Ansteuerung des Thyristors Th.
Der Zündkondensator C4 wird über die Diode D3 aufgeladen, und bleibt bis zur Zündung
des Thyristors auf einer ausreichenden Spannungshöhe.
Zur Realisierung einer von der durch das Piezoelement abgegebenen Spannung
unabhängigen Zeitfunktion werden erfindungsgemäß über die beiden hochsperrenden
Dioden D1 und D2 die beiden Kondensatoren C1 und C2 durch das Piezoelement auf die
gleiche Spannung Uo aufgeladen.
Der Kondensator C1 ist über einen Spannungsteiler R1 und R2 an den Pluseingang des
Komparators K angeschlossen. Der Kondensator C2 ist direkt mit dem Minuseingang des
Komparators verbunden und wird nach dem Abschuß über den Widerstand R3 entladen.
Zur schnellen und sicheren Umschaltung ist der Komparator K über den Widerstand R5
mitgekoppelt, besitzt also eine Hysterese. Nach dem Abschuß liegt wegen des
Spannungsteilers R1 und R2 am Minuseingang des Komparators K eine höhere positive
Spannung als am Pluseingang. Der Ausgang des Komparators befindet sich deshalb zu
diesem Zeitpunkt auf Nullpotential. Der Kondensator C1 wird dann über den
Ersatzwiderstand Re = R1 + R2* mit R2* = R2∥R5 = R2R5/(R2 + R5) entladen.
Die Zeitkonstanten τ1 = ReC1 und τ2 = R3C2 sind so gewählt, daß τ1 < τ2, d. h. C2 entlädt
sich schneller als C1. Zum Zeitpunkt der eingestellten Selbstzerlegerzeit
ts = τ1τ2/(τ2 - τ1)1n(R2*/Re) (2)
unterschreitet das Potential an C2 (am Minuseingang des Komparators K) das sich
langsamer ändernde und um den Faktor R2*/Re verminderte Potential von C1 am
Pluseingang des Komparators K. Danach schaltet der Komparator seine
Ausgangsspannung auf Pluspotential und zündet damit den Zündthyristor Th über den
Strombegrenzungswiderstand R6 und den Spannungsteiler R7 und R8. Der Kondensator
C5 dient zur Störunterdrückung und spielt für das Funktionsprinzip keine Rolle.
Die im Zündkondensator C4 gespeicherte Energie wird dadurch auf das elektrische
Zündmittel EZ durchgeschaltet und dieses damit zur Auslösung gebracht. Über den
skizzierten Eingang T kann der Thyristor Th von anderen hier nicht aufgezeigten
Schaltungsteilen auch über die Hauptzündkriterien gezündet werden.
Eine weitere Vereinfachung der Schaltung und der Berechnung ergibt sich, wenn man die
Kondensatoren C1 und C2 gleich groß wählt: C1 = C2 = C. Die Selbstzerlegerzeit ts ergibt
sich dann zu
ts = ReC/(1 - Re/R3)1n(R2*/Re) (3)
d. h. daß sie sich in weiten Bereichen fast linear durch alleinige Änderung des
Widerstands R3 einstellen läßt.
Durch die Differenzbildung der vorliegenden Komparatorbeschaltung geht weder in die
Gleichung (2) noch in die Gleichung (3) eine beim Schuß veränderliche Größe ein. Das
Ziel der Aufgabenstellung ist damit erreicht.
Ein verändertes Einsatzgebiet der Schaltung erschließt sich, wenn man die Aufladung der
Kondensatoren C0 bis C4 statt durch ein Piezoelement beim Abschuß durch eine Spannung
in einem Gefechtskopf erfolgen läßt, die entweder permanent anliegt oder kurz vor dem
Ausstoß von Submunition, durch eine Gefechtskopfelektronik gesteuert, erzeugt wird. Die
Schaltung dient dann zur zeitgesteuerten Auslösung einer Selbstzerlegung der
ausgestoßenen Submunition. Solange Bordspannung anliegt, entlädt sich weder C1 noch
C2 und am Komparatorausgang geschieht nichts. Erst wenn die Spannungsversorgung
abreißt (Ausstoß der Submunition) wird die Selbstzerlegevorrichtung aktiviert; die
Kondensatoren C1 und C2 beginnen sich zu entladen und leiten, wie beschrieben, den
Zündvorgang ein.
Claims (1)
1. Vorrichtung für die zeitgesteuerte Selbstzerlegung eines Geschosses durch eine
batterielose, elektronische Selbstzerlegereinrichtung, wobei zum Betrieb in der
Flugphase mehrere während des Abschusses durch ein Piezoelement (P) aufgeladene
Kondensatoren (C0, C1, C2, C3, C4) verwendet werden, wobei mindestens zwei der
Kondensatoren (C1, C2) so mit dem Eingang eines Komparators (K) verschaltet sind,
daß sich sowohl die Einflüsse einer sich ständig verändernden Betriebsspannung als
auch die Einflüsse der Abgabe von veränderlichen Spannungshöhen durch das
Piezoelement (P) nicht auf die Zeitfunktion auswirken.
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