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Die Erfindung betrifft eine Sicherungseinrichtung für einen Zünder eines Geschosses, das eine Zündkette zum Zünden des Zünders und ein Unterbrechungsmittel zum Unterbrechen der Zündkette aufweist.
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Eine Sicherungseinrichtung für einen Zünder dient dazu, eine unabsichtliche Aktivierung einer Hauptladung eines Geschosses zu verhindern, wobei jedoch eine Aktivierung der Hauptladung nach einer Entsicherung möglich sein soll. Die Sicherungseinrichtung ist hierfür Bestandteil eines Zünders zum Zünden der Hauptladung, der mit einer Zündkette aus zwei oder mehr Zündmitteln versehen ist. Zum Zünden der Hauptladung wird zunächst das erste Zündmittel aktiviert, z. B. ein anstichempfindlicher Minidetonator, der von einer Anstichnadel angestochen wird. Explosionsenergie des ersten Zündmittels wird durch eine entsprechende Anordnung der ersten beiden Zündmittel auf das zweite Zündmittel übertragen, der als Zündverstärker ausgeführt sein kann. Dieser kann seine Explosionsenergie auf eine Ausgangsladung oder Hauptladung übertragen.
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Bisherige Zünder, vor allem einfacher Geschosse, wie Mörsergranaten, weisen als ein erstes Sicherungsmittel einen Vorstecker und als zweites Sicherungsmittel eine Vorrichtung auf, welche den Abschussschock detektiert. Der Nachteil dieser Sicherungsmittel besteht darin, dass vor dem Laden der Mörsergranate der Vorstecker manuell gezogen werden muss. Relativ häufig kommt es vor, dass das Ziehen des Vorsteckers vergessen wird und die Mörsergranate zu einem Blindgänger wird.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sicherungseinrichtung für einen Zünder eines Geschosses anzugeben, die einen von einem Abschussparameter unabhängigen physikalischen Entsicherungsparameter zur Entriegelung des Sicherungsmittels nutzt, ohne dass ein Vorstecker gezogen werden muss.
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Diese Aufgabe wird durch eine Sicherungseinrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die eine Sensoreinheit aufweist, die dazu vorbereitet ist, bei einem Beschleunigungszustand im Zünder, der um zumindest einen festgelegten Wert unter der Erdbeschleunigung liegt, ein Freigabesignal auszugeben, und die ein Prozessmittel umfasst, das dazu vorbereitet ist, in Abhängigkeit vom Vorliegen des Freigabesignals ein Steuersignal zum Entsichern des Unterbrechungsmittels auszugeben. Zur Entsicherung der Zündkette kann somit die Schwerelosigkeit bzw. ein Zustand geringer Schwere, also geringer Beschleunigung genutzt werden. Dieser Parameter ist von einem Abschussparameter unabhängig und mit ihm kann, z. B. in Verbindung mit der Verwendung eines Abschussparameters, eine hohe Sicherheit gegen ungewolltes Zünden erreicht werden.
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Da ein ballistischer Flug durch einen im Wesentlichen schwerelosen Zustand des Geschosses gekennzeichnet ist, kann das Sensieren des schwerelosen Zustands bzw. eines Zustands mit einer geringen Beschleunigung als Entsicherungsparameter verwendet werden. Wird durch einen Beschleunigungssensor ein Beschleunigungszustand im Zünder oder des Zünders registriert, der weit unterhalb der Erdbeschleunigung liegt, so kann daraus auf das Vorliegen der Flugphase geschossen werden und das Unterbrechungsmittel kann entsichert werden.
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Die Erfindung ist besonders geeignet für ballistische Geschosse, insbesondere für als Mörsergranaten ausgeführte Geschosse. Ballistische Geschosse durchfliegen eine Flugbahn, die annähernd durch eine Flugparabel gekennzeichnet ist und in der das Geschoss – einmal abgesehen von der Verzögerungsbeschleunigung durch Luftwiderstand – in einem schwerelosen Zustand ist.
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Das Unterbrechungsmittel kann zum Aufnehmen und/oder Umlenken von Zündenergie eines Zündmittels dienen, so dass ein Zünden des weiteren Zündmittels durch Zündenergie des ersten Zündmittels zuverlässig unterbunden ist. Das Unterbrechungsmittel kann eine Barriere sein, ein Mittel zum Außerfluchtsetzen zweier Zündmittel oder ein anderes beliebiges Mittel zum Verhindern oder Unterbrechen eines Zündvorgangs durch die Zündkette. Das Unterbrechungsmittel kann mehrere Sicherungsmittel umfassen, die eine Barriere entriegeln und vorteilhafterweise voneinander unabhängig aktiviert werden müssen. Die Sicherungseinrichtung kann das Unterbrechungsmittel mit umfassen.
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Die Sensoreinheit enthält zweckmäßigerweise einen Beschleunigungssensor, der die momentan vorliegende Beschleunigung von sich selbst misst. Die Beschleunigung kann als Kraft gemessen werden, die als Resultat der Gravitation auf den Beschleunigungssenor wirkt und/oder die als Ergebnis einer Änderung der Geschwindigkeit des Sensors bei seiner Bewegung durch den Raum erfolgt. Die Sicherungseinrichtung ist dazu ausgelegt, einen Abschuss, insbesondere einen Beschleunigungsschock bis zu 100.000 g, unbeschadet zu überstehen. Zweckmäßigerweise ist sie nach einem Abschuss in der Lage, Beschleunigungen bis 20 m/s2 präzise, mindestens mit einer Toleranz von +/–10%, zu messen. Der gemessene Beschleunigungszustand betrifft die Gesamtbeschleunigung, die aus Komponenten in drei Raumrichtungen zusammengesetzt sein kann. Der Beschleunigungszustand im Zünder kann die momentane Beschleunigung der Sensoreinheit und/oder des Zünders sein. Der festgelegte Beschleunigungswert kann jeder Wert unterhalb der Erdbeschleunigung sein, die in etwa bei 9,81 m/s.2 liegt. Er kann durch eine entsprechende Einstellung in der Sensoreinheit, dem Prozessmittel und/oder oder in einer anderen Einheit hinterlegt sein.
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Das Prozessmittel ist dazu vorbereitet, das Vorliegen des Freigabesignals zu prüfen und in Abhängigkeit von dessen Vorliegen das Steuersignal zum Entsichern des Unterbrechungsmittels auszugeben. Eine solche Vorbereitung kann durch ein entsprechendes Steuerprogramm vorliegen, dessen Ablauf – beispielsweise in Verbindung mit den Eingangssignalen aus dem Beschleunigungssensor, eine solche Steuerung bewirkt. Das Steuersignal ist zweckmäßigerweise ein elektrisches Signal auf einer Datenleitung, das in Verbindung mit einer entsprechenden Entsicherungsvorrichtung ein Entsichern des Unterbrechungsmittels triggern kann. Auch das Freigabesignal ist zweckmäßigerweise ein elektrisches Signal, das über eine Datenleitung an das Prozessmittel übergeben wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Sensoreinheit zu messen von drei Richtungsbeschleunigungen in drei zueinander orthogonale Raumrichtungen vorbereitet. Hierdurch kann eine Gesamtbeschleunigung bzw. ein Beschleunigungszustand im Zünder in einfacher Weise aus den drei Richtungsbeschleunigungen errechnet werden.
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Vorteilhafterweise erfolgt das Freigabesignal erst, wenn jede der drei Richtungsbeschleunigungen zumindest um jeweils einen festgelegten Beschleunigungswert unter der Erdbeschleunigung liegt. Hierzu kann beispielsweise die Sensoreinheit eine logische Grund-Verknüpfung umfassen, die erst erfüllt ist, wenn jede Richtungsbeschleunigung zumindest um jeweils den festgelegten Beschleunigungswert unter der Erdbeschleunigung liegt.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass der festgelegte Beschleunigungswert in Flugrichtung geringer ist, als der festgelegte Wert in die beiden anderen Richtungen. Das Freigabesignal kann daher bereits erfolgen, wenn der Beschleunigungszustand in Flugrichtung noch etwas größer ist. Hierdurch wird dem Umstand Rechnung getragen, dass insbesondere schnelle Geschosse auch während des an sich schwerlosen ballistischen Flugs eine negative Beschleunigung durch den Luftwiderstand erfahren, durch den sie permanent verzögert werden. Um eine Entsicherung auch bei schnellen Geschossen zu ermöglichen, wird durch den festgelegten und geringen Wert in Flugrichtung eine Entsicherung auch bei einer relativ hohen negativen Beschleunigung durch den Luftwiderstand erlaubt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Prozessmittel dazu vorbereitet ist, den Beschleunigungswert in Flugrichtung zu überwachen und ein absolutes Minimum im Verlauf des Beschleunigungswerts zu erkennen. Das absolute Minimum deutet auf den geringsten Luftwiderstand während es Flugs und mithin auf das Erreichen des Scheitelpunkts der Flugbahn des Geschosses hin. Wird das Vorliegen dieses absoluten Minimums als Entsicherungskriterium verwendet, das zur Ausgabe des Steuersignals vorliegen muss, insbesondere zeitgleich mit dem Vorliegen des Freigabesignals, erfolgt das Steuersignal erst, nachdem das Geschoss den Scheitelpunkt seiner Bahn passiert hat. Hierdurch kann eine hohe Vorrohrsicherheit gewährleistet werden.
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Eine einfache Prüfung des Beschleunigungszustands auf einen Wert unterhalb des Grenzwerts, also um zumindest den festgelegten Beschleunigungswert unter der Erdbeschleunigung, kann mit einem Komparator erreicht werden, mit dem der Beschleunigungswert einstellbar ist. So kann ein Signal eines Beschleunigungssensors mit einem voreingestellten Wert verglichen und bei einem Über- oder Unterschreiten des festgelegten Signalwerts ein entsprechendes Freigabesignal ausgegeben werden.
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Zum Erhöhen der Sicherheit ist es vorteilhaft, wenn ein kurzfristiges und unbeabsichtigtes Herunterfallen des Geschosses nicht zu einem Entsichern der Sicherungseinrichtung führt sondern das Freigabesignal erst dann als solches weiter verwendet wird, wenn der schwerelose bzw. schwerearme Zustand eine festgelegte Zeitspanne vorliegt. Hierfür umfasst die Sicherungseinrichtung vorteilhafterweise ein Zeitelement zur Vorgabe eines Zeitintervalls, wobei das Prozessmittel zweckmäßigerweise das Steuersignal erst dann ausgibt, wenn das Freigabesignal während des Zeitintervalls vorliegt, insbesondere ununterbrochen vorliegt.
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Das Zeitelement kann Teil der Sensoreinheit, Teil des Prozessmittels oder separat ausgeführt sein. Eine besonders preisgünstige Schaltung kann erreicht werden, wenn das Zeitelement dazu vorbereitet ist, das Freigabesignal der Sensoreinheit während des Zeitintervalls zu blockieren. Durch ein RC-Glied und einen Potentialauswerter im RC-Glied kann das Zeitelement besonders preisgünstig und zuverlässig hergestellt werden. Zweckmäßigerweise ist das Zeitintervall größer als eine Sekunde, damit ein freier Fall länger als 5 m betragen muss, um das Freigabesignal zum Erzeugen des Steuersignals verwenden zu können. Ist das Zeitintervall größer als zwei Sekunden, muss ein entsichernder Fall mehr als 20 m betragen.
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Die Erfindung ist außerdem auf einen Zünder eines Geschosses gerichtet, der eine wie beschriebene Sicherungseinrichtung aufweist.
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Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Entsichern eines Zünders eines Geschosses, das eine Zündkette zum Zünden des Zünders und ein Unterbrechungsmittel zum Unterbrechen der Zündkette aufweist, bei dem Mittels einer Sensoreinheit ein Beschleunigungszustand im Zünder erfasst wird, nachdem der Beschleunigungszustand um zumindest einen festgelegten Beschleunigungswert unter die Erdbeschleunigung gefallen ist ein Freigabesignal ausgegeben wird und in Abhängigkeit vom Vorliegen des Freigabesignals das Unterbrechungsmittel entsichert wird.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung und die Beschreibung enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination, die der Fachmann zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen wird.
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Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine Sicherungseinrichtung 2 für einen die Sicherungseinrichtung 2 beherbergenden Zünder 4 eines Geschosses in einer schematischen Schaltungsdarstellung. Das Geschoss umfasst eine Zündkette mit zwei Zündmitteln 6, 8, wobei das Zündmittel 6 mit einer Zündenergie das Zündmittel 8 zündet. Zum Unterbrechen der Zündkette umfasst der Zünder 4 ein Unterbrechungsmittel 10 in Form einer beweglichen Barriere, die durch eine Mechanik 12 aus der Zündkette herausgeschwenkt werden kann, sodass das Zündmittel 6 auf das Zündmittel 8 überzünden kann. Die Mechanik 12 wird von einem Prozessmittel 14 über eine Signalleitung 16 angesteuert, auf der das Prozessmittel 14 ein Steuersignal zum Entsichern des Unterbrechungsmittels 10 an die Mechanik 12 sendet, die das Steuersignal in eine mechanische Bewegung zum Herausführen des Unterbrechungsmittels 10 aus der Zündkette umsetzt.
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Das Prozessmittel 14 ist mit einer Sensoreinheit 18 verbunden, die einen Sensor 20 mit drei Ausgängen 22, 24, 26 mit jeweils einem Filter 28, drei Komparatoren 30, 32, 34, einem Zeitelement 36 mit einem ohmschen Widerstand 38 und einem Kondensator 40 sowie einem Komparator 42 umfasst. Eine Ausgangsstufe 44, die Teil des Prozessmittels 14 sein kann, ist zum Ausgeben eines Freigabesignals ausgebildet. Weiter umfasst die Sicherungseinrichtung 2 eine Selbsttesteinheit 46 mit einer Steuerung 48.
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Nicht dargestellt ist eine weitere Sicherungseinrichtung in Form eines Doppelbolzenssystems, das auf einen Abschuss des Geschosses hin auslöst und das Unterbrechungsmittel 10 kurz nach Abschuss freigibt. In diesem Zustand ist das Unterbrechungsmittel 10 weiterhin durch die Mechanik 12 blockiert, sodass die Zündkette weiterhin unterbrochen ist.
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Während des Betriebs misst der Sensor 20, der ein Dreiachsenbeschleunigungssensor ist, die Beschleunigung in drei orthogonalen Raumrichtungen. Als Ergebnis seiner Messung gibt er für jede Raumrichtung ein Ausgangssignal aus, das in einer bekannten Relation zur Beschleunigung des Sensors 20 in die entsprechende Raumrichtung steht. Die drei Signale werden auf den drei Ausgängen 22, 24, 26 ausgegeben, wobei der Sensor 20 so in der Sicherungseinrichtung bzw. im Zünder 4 montiert ist, dass auf dem Ausgang 22 das Signal anliegt, das die Beschleunigung des Zünders 4 bzw. der Sicherungseinrichtung 2 in Flugrichtung des Geschosses angibt. Auf den beiden anderen Ausgängen 24, 26 liegen die beiden Signale an, die den Beschleunigen des Sensors 20 senkrecht zur Flugrichtung entsprechen.
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Die drei Signale werden durch jeweils einen der Filter 28 gefiltert, der ein Tiefpassfilter ist. Dieser Filter 28 filtert den hochfrequenten Anteil aus dem Signal oberhalb von 10 Hz heraus. Hierdurch werden das Rauschen und ein durch Vibration des Geschosses verursachtes Stören des Beschleunigungssignals zumindest weitgehend eliminiert. Die gefilterten Signale werden auf die drei Komparatoren 30, 32, 34 gegeben. An deren Eingängen liegt somit jeweils das entsprechend Signal und jeweils ein Vergleichssignal v1, v2, v3 an, wobei die Komparatoren 30, 32, 34 die Signale jeweils vergleichen. Die Vergleichssignale v1, v2, v3 bilden hierbei Schwellwerte. Bleibt beispielsweise das Eingangssignal des Komparators 30 vom Filter 28 im elektrischen Potential unterhalb des Vergleichssignals v1, so liegt das Ausgangssignal des Komparators 30 auf einem z. B. negativen oder tiefen Spannungswert in Relation zu Masse oder einem anderen Bezugs-Potentialwert. Überschreitet das Signal aus dem Filter 28 das Vergleichsignal v1, so ist das Ausgangssignal des Komparators 30 z. B. eine positive oder höhere Spannung.
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Die Signale aus den Ausgängen 22, 24, 26 entsprechen der jeweiligen Beschleunigung des Sensors 20 in eine Raumrichtung. Die Vergleichssignale v1, v2, v3 bilden Schwellwerte, wobei bei Übersteigen der Signale über die Vergleichssignale v1, v2, v3 das jeweilige Ausgangssignal der Komparatoren 30, 32, 34 vom z. B. negativen in ein z. B. positives Potential überführt. Auf diese Weise bilden die Vergleichssignale v1, v2, v3 Schwellwerte, die Beschleunigungsgrenzwerten in jeweils eine Raumrichtung entsprechen. Unterschreitet hierbei die Beschleunigung in eine Raumrichtung, beispielsweise in Flugrichtung, den Grenzwert, so steigt das Signal auf dem Ausgang 22 über das Vergleichssignal v1 und die Ausgangsspannung des Komparators 30 ist positiv.
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Die Grenzwerte liegen jeweils um einen festgelegten Wert unter der Erdbeschleunigung, sodass bei Unterschreiten der Beschleunigungen in allen drei Raumrichtungen unter ihre Grenzwerte auf jeden Fall ein Beschleunigungszustand vorliegt, der um einen festgelegten weiteren Wert unter der Erdbeschleunigung liegt. Liegt beispielsweise der Grenzwert in Flugrichtung bei 0,14 m/s2 und der Grenzwert für die beiden anderen Raumrichtungen jeweils bei 0,1 m/s2, so ist die Gesamtbeschleunigung bei Vorliegen des Freigabesignals < 0,2 m/s2.
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Durch die Parallelschaltung der Komparatoren 30, 32, 34 wird eine UND-Schaltung gebildet. Hat nur einer der Komparatoren 30, 32, 34 eine positives Ausgangssignal, liegt also nur ein Beschleunigungswert unter dem Grenzwert, so ist das Signal auf der Ausgangsleitung 50 negativ, das durch die beiden anderen Komparatoren 30, 32, 34 negativ gehalten wird. Sind die Ausgänge zweier Komparatoren 30, 32, 34 positiv, so sorgt eine Spannungsquelle 52 dafür, dass das Signal auf der Ausgangsleitung 50 ebenfalls negativ oder auf einem entsprechenden elektrischen Potential liegt. Erst wenn alle drei Ausgänge der Komparatoren 30, 32, 34 positiv sind, so ist auch das Signal auf der Ausgangsleitung 50 positiv.
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Hierdurch erreicht das positive Signal das Zeitelement 36, das durch den Widerstand 38 und den Kondensator 40 so ausgeführt ist, dass das positive Signal auf der Ausgangsleitung 50 während der Dauer von zwei Sekunden blockiert wird, so dass es die Leitung 54 nicht erreicht. Erst nach zwei Sekunden ist der Kondensator 40 aufgeladen und das Signal liegt auf der Leitung 54 an. Hierdurch ist das Potential auf der Leitung 54 höher als das Vergleichssignal v4 am Komparator 42. Der Ausgang des Komparators 42 wechselt von z. B. negativem zu positivem Potential und erzeugt hierdurch ein Freigabesignal an die Ausgangsstufe 44, die das Freigabesignal in gleicher oder veränderter Form an das Prozessmittel 14 weitergibt und zwar in zwei Ausgängen, einmal als positives Signal und zusätzlich zur Sicherheit als negatives Signal.
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Bei Vorliegen des Freigabesignals erzeugt das Prozessmittel 14 das Steuersignal zum Ansteuern der Mechanik 12 und Freigeben des Unterbrechungsmittels 10 bzw. der Zündkette. Alternativ ist es möglich, dass das Freigabesignal direkt an die Mechanik 12 bzw. das Unterbrechungsmittel 10 weitergeben wird zum Freischalten der Zündkette. Alternativ ist es möglich, dass bereits die Ausgangsstufe 44 das Steuersignal ausgibt, ohne dass das Prozessmittel 14 hierzu nötig wäre. Die Ausgangsstufe 44 kann hierbei selbst als Prozessmittel verstanden werden.
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Das Prozessmittel 14 ist außerdem direkt mit dem Ausgang 22 des Sensors 20 verbunden und überwacht hierdurch den Beschleunigungswert des Sensors 20 in Flugrichtung. Die Überwachung ist auf ein absolutes Minimum im Verlauf dieses Beschleunigungswerts gerichtet, wobei zweckmäßigerweise nur der Frequenzteil z. B. eines Fourierspektrums des Signals auf dem Ausgang 22 mit einer Frequenz im Bereich größer einer Sekunde zur Auswertung auf das absolute Minimum gelangen.
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Mit dem Erkennen des Minimums wird das Durchfliegen des Scheitelpunkts der Geschossbahn erkannt, und in einem weiteren Ausführungsbeispiel wird das Vorliegen dieses Minimums als weiteres Sicherungskriterium zum Erzeugen des Steuersignals auf der Signalleitung 16 verwendet. Liegt somit nur das Freigabesignal aus der Ausgangsstufe 44 an und wurde das Minimum noch nicht erkannt, so wird kein Steuersignal an die Mechanik 12 gegeben. Erst wenn das Minimum erkannt wurde und zeitgleich das Freigabesignal aus der Ausgangsstufe 44 über eine Dauer, die größer ist als ein vorgegebener Grenzwert ist, am Prozessmittel 14 vorlag, wird das Steuersignal auf die Signalleitung 16 geschaltet.
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Mit Hilfe der Selbsttesteinheit 46 kann die Sicherungseinheit 2 überprüft werden. Hierzu wird ein Schalter 56 durch die Steuerung 48 geschlossen und das Potential auf der Leitung 54 dauerhaft auf z. B. negativem Potential gehalten. Der Befehl für einen solchen Selbsttest wird vom Prozessmittel 14 erzeugt, das beispielsweise auf einen Befehl eines Bedieners reagiert. Die Steuerung 48 gibt ein entsprechendes Signal an den Sensor 20 aufgrund dessen die Potentiale auf den Ausgängen 22, 24, 26 um einen vorgegebenen Wert erhöht werden, entsprechend einer sehr niedrigen Beschleunigung. Die entsprechenden Werte werden von der Selbsttesteinheit 46 zur Kontrolle abgegriffen, ausgewertet und das Ergebnis wird der Steuerung 48 mitgeteilt. Hierdurch wird zwar das positive Signal auf der Ausgangsleitung 50 erzeugt und gegebenenfalls über das Zeitelement 36 hin weitergegeben, der geschlossene Schalter 56 sorgt jedoch dafür, dass der Komparator 42 kein Freigabesignal erzeugt. Zur Sicherheit gibt die Steuerung 48 ein zusätzliches blockierendes Signal auf die Ausgangsstufe 44.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Sicherungseinrichtung
- 4
- Zünder
- 6
- Zündmittel
- 8
- Zündmittel
- 10
- Unterbrechungsmittel
- 12
- Mechanik
- 14
- Prozessmittel
- 16
- Signalleitung
- 18
- Sensoreinheit
- 20
- Sensor
- 22
- Ausgang
- 24
- Ausgang
- 26
- Ausgang
- 28
- Filter
- 30
- Komparator
- 32
- Komparator
- 34
- Komparator
- 36
- Zeitelement
- 38
- Widerstand
- 40
- Kondensator
- 42
- Komparator
- 44
- Ausgangsstufe
- 46
- Selbsttesteinheit
- 48
- Steuerung
- 50
- Ausgangsleitung
- 52
- Spannungsquelle
- 54
- Leitung
- 56
- Schalter