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Die Erfindung betrifft eine elektrische Panzerung zum Schutz gegen Geschosse bzw. Projektile nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Neben Verfahren, bei denen mittels elektromagnetischen Vorrichtungen geeignete Metallteile zum Abfangen bzw. Stören eines anfliegenden Geschoss beschleunigt werden, sind Verfahren bekannt, bei denen das Geschoss selbst von sehr großen elektrischen Strömen durchflossen und durch thermische und/oder elektromechanische Wirkung zumindest gestört wird. Ein derartiges Verfahren ist z. B. aus der
DE 40 34 401 A1 bekannt und vereinfacht schematisch in
1 dargestellt. Die elektrische Panzerung
2 besteht aus einem elektrischen Kreis bzw. einer elektrischen Schaltung
4, in dem zwei leitfähige Platten
6,
8 in Flugrichtung eines Geschosses
10 so zueinander angeordnet sind, dass ihr Abstand kleiner als die zu erwartende Länge des Geschosses
10 ist. Die Platten
6,
8 stehen jeweils mit einem Pol eines Kondensators
12 in elektrischer Verbindung, der über eine Energiequelle
14 aufgeladen ist. Beim Durchdringen der Platten
6,
8 wird der elektrische Kreis
4 über das Geschoss
10 geschlossen, so dass der Kondensator
12 entladen wird. Das Geschoss
10 verursacht einen Kurzschluss, wodurch dieses innerhalb kürzester Zeit von einem hohen Strom durchflossen wird. Gleichzeitig wird zwischen den Platten
6,
8 ein elektromagnetisches Feld aufgebaut. Das Geschoss wird erwärmt und zusätzlich infolge der Lorentzkraft abgelenkt. Es hat sich jedoch bei harten Geschossen gezeigt, dass die thermische Wirkung nicht ausreicht, um deren zerstörerische Wirkung ausreichend zu reduzieren. Prinzipiell bleibt ein derartig abgelenktes Geschoss mit all seinen Konsequenzen hart. Der Grund hierfür liegt wahrscheinlich darin, dass die gesamte Leistung im Kondensator und in elektrischer Zuführung umgesetzt wird, da der elektrische Widerstand des Geschosses weit unter der Energiequelle und der Zuleitung liegt. Um eine destruktive thermische Wirkung zu erzielen müsste die zugeführte Energie übermäßig gesteigert werden, beispielsweise durch eine höhe Kondensatorspannung. Eine Kapazitätssteigerung ist nicht sinnvoll, da dadurch die Entladung über den Kreis ausgebremst werden würde.
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Aus der
WO 2004/057262 A2 und der
WO 2006/085989 A2 sind elektrische Panzerungen bekannt, bei denen mittels piezoelektrischer Elemente die Energie zwischen zwei Panzerungsplatten individuell beim Auftreffen des Geschosses eingestellt wird. Derartige Vorrichtungen eignen sich jedoch insbesondere zum Schutz gegen Hohlladungsgeschosse und deren plasmaartigen Materialstrahl. Bei harten Geschossen ist zwar eine thermische Wirkung zu erkennen, jedoch ist diese nicht ausreichend, um ein Schmelzen des Geschosses zu erreichen.
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In der
JP 03067999 A wird eine elektrische Panzerung zum Schutz gegen harte Geschosse vorgeschlagen, bei der zwischen zwei Panzerungsplatten zwei mit einem geladenen Kondensator verbundene Folien angeordnet sind. Beim Durchdringen der Folien mit einem harten Projektil gehen die Folien aufgrund der schnellen Kondensatorentladung in einen plasmaartigen Zustand über, wodurch ein derartiger Druck zwischen den Platten aufgebaut werden soll, dass diese auseinanderbewegt werden und das Projektil in Einzelteile zerbricht.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrische Panzerung zum Schutz gegen Geschosse zu schaffen, die die vorgenannten Nachteile beseitigt und insbesondere einen verlässlichen Schutz gegen harte Geschosse ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektrische Panzerung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Eine erfindungsgemäße elektrische Panzerung zum Schutz gegen Geschosse weist eine elektrische Schaltung auf, die zumindest zwei in Geschossflugrichtung voneinander beabstandete elektrisch leitfähige Platten, einen Kondensator und eine Energiequelle zum Aufladen des Kondensators umfasst. Erfindungsgemäß weist die Panzerung zumindest eine Transformatoranordnung zur Erhöhung des elektrischen Widerstandes des Geschosses beim Durchdringen der Platten auf. Es erfolgt eine Impedanzanpassung, bei der Lastwiderstand bzw. Geschosswiderstand aus Sicht der Energiequelle in die Größenordnung des Innenwiderstandes (Leistungsanpassung bei Z_L = Z_i* bzw. ohmsch R_L = R_i) der Schaltung transformiert wird. Die dem Geschoss zugeführte Energie wird bei. geeigneter Transformatorauslegung übermäßig gesteigert, so dass dieses nicht mehr hart ist und seine destruktive Wirkung verliert, ohne dass eine höhere Kondensatorspannung bzw. Kondensatorkapazität notwendig ist. Somit wird der Kreis beim Entladen des Kondensators nicht ausgebremst.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Transformatoranordnung zumindest zwei gegenüberliegende Spulen auf, die an jeweils einem Wicklungsabschnitt elektrisch miteinander verbunden sind. Hierdurch wird eine Art Spartransformator geschaffen, der eine minimale Verwendung von elektrischen Komponenten erfordert und somit kostengünstig in der Herstellung ist.
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Bei einer beispielhaften Variante ist die in Geschossflugrichtung erste Platte über einen Leitungsabgriff an der Transformatoranordnung derart angebunden, dass ein Primärkreis und ein Sekundärkreis ausgebildet sind, die über die verbundenen Wicklungsabschnitten galvanisch miteinander verbunden sind.
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Bei einer anderen beispielhaften Variante sind der Primärkreis und der Sekundärkreis galvanisch voneinander getrennt.
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Bei beiden Varianten kann der Kondensator in den Primärkreis und die in Geschossflugrichtung hintere Platte in den Sekundärkreis integriert sein. Ebenso können bei beiden Varianten der Kondensator und die in Geschossflugrichtung hintere Platte in den Primärkreis integriert sein.
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Bevorzugterweise ist in dem Primärkreis ein Schalter zum Öffnen und Schließen desselben angeordnet. Durch die Öffnung des Primärkreises wird verhindert, dass sich der Kondensator ungewollt aufgrund der Schwingkreischarakteristik des Primärkreises entlädt und immer wieder neu aufgeladen werden muss. Bevorzugterweise wird der Schalter erst unmittelbar vor dem Auftreffen des Geschosses geschlossen.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Schalter als eine dritte elektrisch leitfähige Platte ausgebildet, die in Geschossflugrichtung vor den beiden Platte in einem Abstand abgeordnet ist, der kleiner als die Geschosslänge ist. Hierdurch kann auf eine aufwendige Sensorik zum Schließen des Schalters verzichtet werden, da der Primärkreis automatisch beim Durchdringen der Platten durch das Geschoss geschlossen wird.
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Die Auslegung der Transformatoranordnung erfolgt bevorzugterweise durch Variation der Wicklungsanzahlen sowie der Wicklungsrichtungen ihrer Spulen. Sie werden in Abhängigkeit von der zu erzielenden thermischen Wirkung und/oder der auf das Geschoss wirkenden elektromagnetischen Kraft gewählt.
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Ein Ausführungsbeispiel sieht vor, in dem Primärkreis und in dem Sekundärkreis zumindest jeweils einen Kondensator anzuordnen. Hierdurch werden zwei gekoppelte Schwingkreise geschaffen, die entsprechend aufeinander anzustimmen sind. Selbstverständlich ist ebenfalls eine Staffelung und drgl. möglich.
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Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
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Selbstverständlich lässt sich die Anzahl der von dem Geschoss zu durchdringenden Platten, die Anzahl der Primärkreise und insbesondere die Anzahl der Sekundärkreise frei wählen. So sieht zum Beispiel eine Ausführungsform eine Vielzahl von Sekundärkreisen vor, wobei in jedem Sekundärkreis eine unterschiedliche thermische Wirkung und/oder elektromagnetische Wirkung erzielt wird. Ebenso lässt sich die Anzahl der Transformatoranordnungen erhöhen bzw. variieren.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Schaltbilder näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine elektrische Panzerung nach dem Stand der Technik,
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2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Panzerung,
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3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Panzerung,
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4 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Panzerung, und
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5 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Panzerung.
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Gemäß 2 hat ein bevorzugtes erstes Ausführungsbeispiel einer elektrischen Panzerung 16 zum Schutz gegen ein Geschoss 18 eine elektrische Schaltung, die einen Energieversorgungskreis 20, einen Primärkreis 22 und einen Sekundärkreis 24 aufweist.
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Der Energieversorgungskreis 20 weist einen Kondensator 26, eine Energiequelle 28 zum Aufladen des Kondensators 26 und einen Schalter 30 zum Zuschalten und Abtrennender Energiequelle 28 nach dem Aufladen des Kondensators 26, der vorzugsweise als ein Plattenkondensator ausgeführt ist, auf.
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Der aus Sicht der Energiequelle 28 betrachtete Primärkreis 22 weist den Kondensator 26, eine erste Spule 32 und eine in Geschossflugrichtung betrachtet vordere elektrisch leitfähige Platte 34 und eine nachgeschaltete mittlere elektrisch leitfähige Platte 36 auf. Die Geschossflugrichtung ist durch den Pfeil symbolisiert und verläuft gemäß der Darstellung von links nach rechts. Die Platten 34, 36 sind in Geschossflugrichtung in einem Abstand voneinander positioniert, der kleiner als eine zu erwartende Geschosslänge ist. Die vordere Platte 34 ist über eine Kondensatorleitung 38 mit einem Pol des Kondensators 26 und die mittlere Platte 36 ist über einen Leitungsabgriff 40 mit einem Wicklungsabschnitt 42 der ersten Spule 32 verbunden. Der andere Pol des Kondensators 26 ist über eine Kondensatorleitung 44 mit einem freien Wicklungsende 46 der ersten Spule 32 verbunden. Durch die vorbeschriebene Verschaltung des Kondensators 26 und der ersten Spule 32 wirkt der Primärkreis 22 als ein Schwingkreis, der jedoch durch die voneinander beabstandeten Platten 34, 36 geöffnet ist.
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Der aus Sicht der Energiequelle 28 betrachtete Sekundärkreis 24 weist eine zweite Spule 48, die mittlere Platte 36 und eine in Geschossflugrichtung betrachtet hintere Platte 50 aus einem elektrisch leitfähigen Material auf. Die mittlere und die hintere Platte 36, 50 sind in Geschossflugrichtung in einem Abstand voneinander positioniert, der kleiner als die zu erwartende Geschosslänge ist. Die zweite Spule 48 ist mit einem Wicklungsabschnitt 52 mit dem Wicklungsabschnitt 42 der ersten Spule 32 und somit über den Leitungsabgriff 40 mit der mittleren Platte 36 verbunden. Mit ihrem freien Wicklungsende 54 ist die zweite Spule 48 über eine Leitung 56 mit der hinteren Platte 50 verbunden. Durch die Beabstandung der mittleren und der hinteren Platte 36, 50 ist auch der Sekundärkreis 24 geöffnet.
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Die Spulen 32, 48 bilden eine Transformatoranordnung 58 – im Folgenden Transformator genannt – zur Impedanzanpassung des Geschosswiderstandes. Sie stehen über ihre Wicklungsabschnitte 32, 48 in elektrischer Wirkverbindung miteinander und somit quasi als ein Spartransformator ausgeführt. Zwischen den Spulen 32, 48 ist ein Luftspalt 60 vorgesehen, jedoch kann auch ein koppelnder Kern aus einem Material mit einer höheren Permeabilität eingesetzt werden. Allerdings ist dann das im Allgemeinen nicht lineare bzw. Sättigungsverhalten der verwendeten Materialien zu beachten. Zur Impedanzanpassung bzw. zur Erhöhung des Geschosswiderstandes, d. h. zur Anpassung des Lastwiderstandes an den Innenwiderstand der Panzerung 16, zur Erzielung einer ausreichenden destruktiven thermischen und/oder elektromagnetischen Wirkung am Geschoss 18 ist der Transformator 58 entsprechend auszulegen. Dies erfolgt vorrangig über die Wicklungsanzahl der Spulen 32, 48 oder deren Wicklungsrichtungen.
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Beim Auftreffen des Geschosses 18 wird dieses zuerst die vordere Platte 34 und die mittlere Platte 36 durchdringen und den Primärkreis 22 schließen. Die erste Platte dient somit als ein an sich geöffneter Schalter der durch das Geschoss 18 betätigt bzw. geschlossen wird. Es entsteht ein Schwingkreis, bei dem der Kondensator 26 abwechselnd entladen und geladen wird. Gleichzeitig wird über die wechselnde Stromrichtung in der ersten Spule 32 eine Spannung in der zweiten Spule 48 induziert. Der Sekundärkreis 24 ist jedoch noch geöffnet, so dass in diesem kein Strom fließen kann und die induzierte Spannung gegen unendlich steigt. Sobald das Geschoss 18 die mittlere Platte 36 und hintere Platte 50 durchdringt, wird der Sekundärkreis 24 geschlossen und es beginnt kurzschlussartig über das Geschoss 18 in dem Sekundärkreis 24 ein Strom zu fließen. Das Verhältnis der Windungszahlen/Induktivitäten der Spulen 32, 48 ist nun so gewählt, dass der Widerstand des Geschosses 18 aus Sicht des Primärkreises 22 hochtransformiert wird, so dass die Leistungsabgabe in das Geschoss 18 maximiert und insbesondere eine entsprechend destruktive thermische Wirkung zwischen der mittleren Platte 36 und der hinteren Platte 50 erreicht wird. Zusätzlich erfährt das Geschoss 18 über die sich einstellende Lorentzkraft eine Bahnänderung.
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3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der elektrischen Panzerung 16, bei dem aus Sicht der Energiequelle 28 zuerst der Sekundärkreis 24 und dann der Primärkreis 22 von dem Geschoss 18 geschlossen wird. Hierzu ist der Kondensator 26 der zweiten Spule 48 des Transformators 58 zugeordnet, wobei der eine Pol des Kondensators 26 mit der hinteren Platte 50 und der andere Pol des Kondensators 26 mit dem freien Wicklungsende 54 der zweiten Spule 48 elektrisch verbunden ist. Demgemäß wird bei diesem Ausführungsbeispiel der Primärkreis 22 von der mittleren Platte 36, der hinteren Platte 50 und der zweiten Spule 48 geschaffen. Der Sekundärkreis 24 wird von der vorderen Platte 34, der mittleren Platte 36 und der elektrisch zwischen diesen Platten 34, 36 positionierten ersten Spule 32 gebildet. Insofern handelt es sich bei diesem Ausführungsbeispiel um eine rückwärts durchschießbare Panzerung 16 nach 2. Da beim Schließen des Sekundärkreises 24 durch das Geschoss 18 der Primärkreis 22 noch geöffnet und somit noch keine Spannung in die erste Spule 32 induziert wird, ist auch noch keine thermische und/oder elektromagnetische Wirkung am Geschoss 18 zu erzielen. Erst wenn der Primärkreis 22 durch das Durchdringen der mittleren und hinteren Platte 36, 50 durch das Geschoss 18 geschlossen wird, fließt in den Sekundärkreis 24 ein Strom. Da der Primärkreis 22 dem Sekundärkreis 14 in Flugrichtung jedoch nachgeschaltet ist, bleibt hier im Vergleich zum Ausführungsbeispiel nach 2 weniger Zeit für eine thermische und/oder elektromagnetische Wirkung am Geschoss 18.
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4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der elektrischen Panzerung 16 basierend auf 2, bei dem anstelle der vordere Platte 34 des Primärkreises 22 ein Schalter 62 mit einer entsprechenden nicht gezeigten Sensorik zum Schließen des Primärkreises 22 beim Anflug eines Geschosses 18 vorgesehen ist, der über die Kondensatorleitung 38 mit dem einen Pol des Kondensators 26 in Verbindung steht. Somit weist diese Panzerung 16 lediglich zwei Platten 36, 50, und zwar die ehemals mittlere und die hintere Platte 36, 50, auf, wobei die ehemals mittlere Platte 36 über den Leitungsabgriff 40 mit dem Transformator 58 und über einen Leitungsabschnitt 64 mit dem Schalter 62 verbunden ist. Die hintere Platte 50 ist über die Leitung 56 mit dem freien Wicklungsende 54 der zweiten Spule 48 verbunden. Beim Anflug eines Geschosses 16 wird der Primärkreis 22 über den Schalter 62 geschlossen, so dass beim Durchdringen der Platten 36, 50 und folglich beim Schließen des Sekundärkreises 24 über eine Impedanzanpassung mittels des Transformators 58 eine thermische und/oder elektromagnetische Wirkung am Geschoss 16 erzielt wird.
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5 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der elektrischen Panzerung 16, basierend auf 4, jedoch ohne den Schalter 62 und ohne den Leitungsabgriff 40 der ehemals mittleren Platte 36 am Transformator 58. Somit weist dieses Ausführungsbeispiel zwei Platten 36, 50, nämlich die ehemals mittlere Platte 36, und die hintere Platte 50, und aus Sicht der Energiequelle 28 quasi nur einen Primärkreis 22 auf. Die ehemals mittlere Platte 36 ist über die Kondensatorleitung 38 mit dem einen Pol des Kondensators 26 verbunden. Der andere Pol des Kondensators 26 ist mit dem freien Wicklungsende 46 der ersten Spule 32 verbunden. Die hintere Platte 50 ist mit dem freien Wicklungsende 54 der zweiten Spule 48 verbunden. Sobald die Platten 36, 50 von dem Geschoss 18 durchdrungen werden, wird der Primärkreis 22 über das Geschoss 18 geschlossen und der Lastwiderstand wird über den Transformator 58 derart hochtransformiert, dass das Geschoss 18 einer destruktiven thermischen und/oder elektromagnetischen Wirkung ausgesetzt wird.
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Offenbart ist eine elektrische Panzerung zum Schutz gegen Geschosse, bei der beim Durchdringen von zumindest zwei elektrisch leitfähigen Platten durch ein Geschoss eine Impedanzanpassung zwischen dem Lastwiderstand des Geschosses und dem Innenwiderstand der elektrischen Panzerung mittels einer Transformatoranordnung erfolgt.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Panzerung
- 4
- Kreis
- 6
- erste Platte
- 8
- zweite Platte
- 10
- Geschoss
- 12
- Kondensator
- 14
- Energiequelle
- 16
- Panzerung
- 18
- Geschoss
- 20
- Energieversorgungskreis
- 22
- Primärkreis
- 24
- Sekundärkreis
- 26
- Kondensator
- 28
- Energiequelle
- 30
- Schalter
- 32
- erste Spule
- 34
- vordere Platte
- 36
- mittlere Platte
- 38
- Kondensatorleitung
- 40
- Leitungsabgriff
- 42
- Wicklungsabschnitt
- 44
- Kondensatorleitung
- 46
- Wicklungsende
- 48
- zweite Spule
- 50
- hintere Platte
- 52
- Wicklungsabschnitt
- 54
- Wicklungsende
- 56
- Leitung
- 58
- Transformator
- 60
- Luftspalt
- 62
- Schalter
- 64
- Leitungsabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4034401 A1 [0002]
- WO 2004/057262 A2 [0003]
- WO 2006/085989 A2 [0003]
- JP 03067999 A [0004]
