DE1638178C3 - Minenzündvorrichtung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Minenzündvorrichtung, bestehend aus einem Gleichspannungswandler mit einem aus einer Speisespannungsquelle von sehr geringer Ladungskapazität gespeisten Oszillator, der mindestens ein Verstärkerelement aufweist, in dessen Steuerkreis ein zweites Verstärkerelement eingefügt ist, das bei Absinken der von der Speisespannungsquelle abgegebenen Speisespannung unter einen vorbestimmten Wert die Schwingungen des Oszillators steuert, dessen Ausgangsspannung über die Sekundärwicklung eines im Ausgangskreis des Oszillators liegenden Übertragers und eine Gleichrichterschaltung an einem Ladekondensator anliegt, der parallel zu einem elektrischen Zünder geschaltet ist, wobei in Serie zu diesem elektrischen Zünder ein durch einen mechanischen Schalter überbrückbarer elektrisch gesteuerter Schalter liegt

Eine derartige Minenzündvorrichtung wird in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentschrift 15 78 443 vorgeschlagen. Dort speist eine Gleichspannungsquelle einen als Oszillator geschalteten Transistor. Die Basis dieses Transistors ist derart mit einem S:halttransistor zusammengeschaltet daß sich bei Absinken der von der Gleichspannungsquelle abgegebenen Speisespannung unter einen bestimmten Wert die Amplitude der Ausgangsspannung des Transistors stark vergrößert und mindestens ein am Ausgang aber eine Gleichrichterschaltung angeschlossener elektrischer Zünder Ober eine bei vergrößerter Ausgangsspannung ansprechende Schaltfunkenstrecke gezündet wird. Damit wird erreicht daß sich bei Absinken der Speisespannung unter einen vorgegebenen Grenzwert die Ausgangsspannung so stark erhöht daß ein den elektrischen Zünder noch sicher zum Ansprechen bringender Schaltvorgang ausgelöst wird. Eine Verlängerung der Scharfzeit der Minenzündvorrichtung bei gleicher Ladungskapazität der Gleichspannungsquelle ergibt sich dabei jedoch nicht

Bei militärischen Zündsystemen ist dagegen eine möglichst lange Scharfzeit bei geringem Energiebedarf und eine automatische Zerstörung der Mine nach Ablauf der Scharfzeit erwünscht

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Minenzündvorrichtung mit einem Gleichspannungswandler zu schaffen, die bei Verwendung sehr kleiner und damit extrem leistungsschwacher Batterien eine lange Scharfzeit gewährleistet, sie also se zu gestalten, daß ihre Verlustleistungen extrem klein sind, wobei eine Einrichtung vorhanden ist die in Abhängigkeit von der Größe der Speisespannung ein Signal bzw. einen Schaltvorgang am Ausgang des Gleichspannungswandlers ermöglicht

Ausgehend von einer Minenzündvorrichtung der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst daß der Oszillator aus zwei als Multivibrator geschalteten Transistoren besteht, in deren Steuerkreisen die Basiswiderstände von je einem weiteren Verstärkerelement in Form eines Feldeffekt-Transistors gebildet sind, daß sekundärseitig zwischen der aus Dioden gebildeten Gleichrichterschaltung und dem Ladekondensator ein Widerstand eingefügt ist daß der Übertrager eine zusätzliche Sekundärwicklung mit einem Abgriff aufweist, der über eine Diode und einen Widerstand mit einem Hilfskondensator verbunden ist, dem ein weiterer Widerstand parallel geschaltet ist, wobei der dem Abgriff zugewandte Anschluß der Parallelschaltung zusätzlich auf die Emitterelektroden der Feldeffekt-Transistoren geschaltet ist und der andere Anschluß am Anfang der zusätzlichen Sekundärwicklung anliegt

Die weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist aus den Unteransprüchen ersichtlich.

Durch die Verwendung von Feldeffekttransistoren als trägheitslos regelbare Basiswiderstände des oder der Oszillator-Transistoren wird eine vollständige, selbsttä-

tige Abschaltung des Oszillators und damit aller aktiven Elemente des Gleichspannungswandler während der Leerlaufphase, d. h. nach Erreichen der am Ladekondensator jeweils gewünschten Ausgangsspannung erzielt. Bei Absinken der am Ladekondensator anstehenden Ausgangsspannung unter einen vorgegebenen Wert schaltet sich der Oszillator selbsttätig wieder ein.

Selbsttätig ein- und ausschaltbare Gleichspannungswandler sind zwar bekannt So ist z. B. in der DE-AS 10 84 838 ein Gleichspannungswandler zur Erzeugung der Auslösespannung eines Elektronenblitzgerätes beschrieben, der jeweils bei Erreichen einer an einem Ladekondensator zur Verfügung stehenden gewünschten Ausgangsspannung abgeschaltet wird, um die Leerlaufverluste des im wesentlichen aus einem Oszillator bestehenden Spannungswandlers so klein wie möglich zu halten. Die Größe der am Ladekondensator anstehenden Ausgangsspannung wird mit Hilfe eines Hilfskreises überwacht, der einen weiteren Kondensator aufweist, der gleichzeitig mit dem Erreichen der gewünschten Ladespannung auf eine solche Spannung aufgeladen wird, daß eine Abschaltung des Oszillators bewirkt wird. Die Zeitdauer dieser Abschaltung wird dabei unabhängig von der tatsächlich am Ladekondensator anstehenden Ausgangsspannung nur von der Zeitkonstanten dieses Hilfskreises bestimmt, die in ihrer Größe jedoch so gewählt ist, daß der Oszillator in ausreichend kleinen Abständen immer wieder eingeschaltet wird, um ein Absinken der am Ladekondensator anstehenden Ausgangsspannung unter einen bestimmten Mindestwert zu verhindern.

Bei Gleichspannungswandlern ist es z. B. aus der DE-AS 10 76 816 gleichfalls bekannt, in den Steuerkreis eines dort als Oszillator geschalteten Transistors einen weiteren Transistor zu schalten, der als trägheitslos r> regelbarer Basiswiderstand für den Oszillator-Transistor wirkt

Bei einem anderen aus der DE-AS 11 76 257 bekannten Gleichspannungswandler ist es bekannt, in Abhängigkeit der Speisespannung das vom Gleichspannungswandle abgegebene Signal zu verändern bzw. ein zusätzliches Signal zu erzeugen. Bei diesem bekannten Gleichspannungswandler wird bei Absinken der Speisespannung unter einen bestimmten Wert der Oszillator abgeschaltet, so daß am Ausgang des Gleichspannungs-Wandlers keine Ausgangsspannung mehr zur Verfügung steht Die Größe der Speisespannung, bei der die Abschaltung vorgenommen wird, ist dabei durch eine Zenerdiode festgelegt, die eine zusätzliche Energiebelastung der Speisespannungsquelle darstellt. Diese be- so kannten Gleichspannungswandler sind in Verbindung mit aus Batterien gespeisten Elektronenblitzgeräten und für ähniiehe Anwendungen geeignet und ermöglichen durch die verminderten Leerlaufverlustleistungen eine zufriedenstellende Lebensdauer für die als Speise-Spannungsquellen verwendeten Batterien.

Bei militärischen Zündsystemen sind die von den bisher bekannten Gleichspannungswandler benötigten Speisespannungsquellen hinsichtlich ihrer Spannungsgröße, ihrer erforderlichen Ladungsmenge und ihrer dadurch bedingten Abmessungen jedoch immer noch zu groß. Dieser Nachteil wird durch die erfindungsgemäße Minenzündvorrichtung mit der vorteilhaften Ausbildung und Beschallung des Gleichspannungswandlers vermieden. ts

Durch einen über die getrennte zusätzliche Sekundärwicklung gespeisten Hilfskondensator wird erreicht, daß die am eigentlichen l.adekondensator anstehende Ausgangsspannung durch eine zur Überwachung ihrer Größe notwendige Messung nicht belastet wird. Vielmehr werden die Lade- und Entladezeitkonstanten des in seiner Kapazität kleineren Hilfskondensators entsprechend der des eigentlichen Ladekondensators gewählt, so daß die jeweils am Hilfskondensator anstehende Spannung eine Abschaltung bzw. Wiedereinschaltung des Gleichspannungswandlers bewirkt. Diese Maßnahme stellt zusätzlich zu der vorteilhaften Ausbildung des eigentlichen Oszillators eine weitere, die Verlustleistung des Gleichspannungswandlers verringernde Schaltungsmaßnahme dar.

Die Hinfügung einer Schaltungsanordnung mit zwei weiteren Hilfskondensatoren und einem dritten Verstärkerelement dient zur Auslösung eines Schaltvorganges der die Zündung der Mine kurz vor Beendigung der Betriebsbereitschaft zur Folge hat Eine solche Auslösung des Zünders ist z. B. insbesondere bei Minen erwünscht, die über einen normalerweise die Zündung auslösenden Annäherungs- bzw. Berührungsschalter verfügen. Bei seinem Schließen en'!2dt sich der die Atisgangsspannung des Gleichspannungswandlers führende Ladekondensator über einen elektrischen Zünder, so daß über diesen die Detonation der Sprengladung ausgelöst wird. Wird dieser Berührungs- oder Annäherungsschalter jedoch nicht innerhalb eines vorbestimmten Zeitraumes betätigt, nach dem die Betriebsbereitschaft infolge der nur endlichen Ladekapazität der Speisespannungsquelle nicht mehr aufrechterhalten werden kann, so wird durch die zusätzliche Schaltungsanordnung unmittelbar vor Beendigung der Betriebsbereitschaft die Detonation der Mine ausgelöst oder aber durch Zündung einer kleineren pyrotechnischen Ladung das Zündsystem zerstört so daß die Mine entschärft ist.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.

Eine Speisespannungsquelle Ub speist zwei als Multivibrator geschaltete Transistoren 71 und T₁, in deren Basisleitungen jeweils die Drain-Source-Strocken von Feldeffekttransistoren Tj und 7} geschaltet sind. Im Kollektorkreis des Transistors T₂ liegt die Primärwicklung Πι eines Übertragers O, dessen erste Sekundärwicklung in über eine aus den Dioden Q», Ch, Df, und D₇ gebildete Gleichrichterschaltung die Ausgangsspannung abgibt Der Ausgang der Gleichrichterschaltung ist über einen Widerstand Äs auf einen Ladekonc/ensator Ci geschaltet, der auf die vom Gleichspannungswandler abgegebene Ausgangsspannung aufgeladen wird. Dem Ladekondensator G, ist ein elektrischer Zünder Z über eine in Serie liegende Parallelschaltung aus einem mechanischen Schalter S und einem als steuerbarer Gleichrichter D$ ausgebildeten elektronischen Schalter parallel geschaltet.

Über eine zusätzliche Sekundärwicklung nz des Übertragers Ü werden über eine Diode D₁ und einen Widerstand R₂ ein Kondensator Q und über eine Diode Dj ein Kondensator G aufgeladen. Über eine mit einem Abgriff der Sekundärwicklung n₃ verbundene weitere Diode D\ und einen Widerstand Rs wird ein Kondensator Cj aufgeladen, dem ein Widerstand Äi parallel geschaltet ist Die am Kondensator Cj anstehende Spannung gelangt über eine mit ihm verbundene Leitung an die Steuerelektroden der Feldeffekt-Transistoren T] und T*. Mit dem Kondensator Cs ist die Basis eines als drittes Verstärkerelement wirkenden Transistors Ts verbunden, dessen Kollektor über einen Widerstand R* mit dem Kondensator G verbunden ist. Der Emitter des Transistors Ts ist mit dem Steuerein-

gang der als elektronischer Schalter wirkenden Diode O» und über eine Diode Ds und einen Widerstand Ri mit dem einen Anschluß der Spannlingsquelle Ub verbunden.

Die Wirkungsweise dieses Gleichspannungswandlers ist folgende: Bei Einschaltung hat der Kondensator G zunächst keine Ladung, so daß die Steuerelektroden der Feldeffekt-Transistoren Tj und Ti über den Widerstand Ry auf einer Spannung von 0 V liegen. Dadurch schwingt der aus den Transistoren Ti und T₁ gebildete astabile Multivibrator an, wodurch an den Sekundärwicklungen π? und n.i des Übertragers Ausgangsspannungen auftreten. Die an der Sekundärwicklung /J₂ auftretende Ausgangsspannung wirkt über die Gleichrichterschaltung und den Widerstand Rt, auf den Ladekondensator G. so daß dieser gemäß seiner Zeitkonstantc aufgeladen wird. Über die zusätzliche Sekundärwicklung n> wird der Kondensator Cj über die Diode D\ und den Widerstand /?s auf eine negative Spannung aufgeladen. Diese negative Spannung des Kondensators G setzt sich an die Steuerelektroden der Feldeffekt-Transistoren Ti und Ta durch. Die negative Spannung wächst dabei so lange, bis die Steuerelektroden der Feldeffekt-Transistoren Ti und Ta ausreichend negativ sind, um die Feldeffekt-Transistoren Tj und Ti und damit auch die Transistoren Tt und Tj zu sperren, so daß die Schwingungen des astabilen Muitivibrators abbrechen. Diese Aufladespannung des Kondensators G ist so festgelegt, daß zu diesem gleichen Zeitpunkt auch der Ladekondensator G eine ausreichende Ladespannung aufweist. Der Ladekondensator G entlädt sich nach Abbruch der Schwingungen des astabilen Multivibrators über seinen Isolationswiderstand und eventuell weitere im Schaltkreis vorhandene Leckwiderstände. Gleichzeitig entlädt sich aber auch der Kondensator G über den ihm parallelgeschalteten Widerstand R\, so daß auch die an ihm anstehende negative Spannung langsam absinkt und nach einiger Zeit einen solchen Wert erreicht, daß über die Feldeffekt-Transistoren T₃ und Ta der Multivibrator erneut eingeschaltet wird.

Durch diese Abschaltung und dauernde Wiedereinschaltung des Multivibrators wird sichergestellt, daß zu jedem Zeitpunkt am Ladekondensator G eine ausreichende Ausgangsspannung zur Verfügung steht. Gleichzeitig wird durch das Abschalten des Multivibrators die aus der Speisespannungsquelle Ub entnommene Leistung auf das erforderliche Mindestmaß begrenzt. Wird nun z. B. bei Verwendung des Gleichspannungswandler in einer Mine der mechanische Schalter 5 z. B. durch eine äußere Berührung oder über hier nicht dargestellte Mittel durch eine Annäherung eines fremden Objekts ι geschlossen, so entlädt sich der Kondensator G über einen Zünder Z und löst damit eine Detonation der in der Mine vorhandenen Sprengladung aus.

Sinkt die abgegebene Spannung der Speisespannung Ub unter einen vorbestimmten Wert ab, so ist auch die an den Sekundärwicklungen «2 und /jj des Übertragers (7 zur Verfügung stehende Ausgangsspannung entsprechend kleiner und reicht nicht mehr aus, den Kondensator G auf eine ausreichend negative Spannung aufzuladen, um die Feldeffekt-Transistoren T) und

i> Ta zu sperren. Dadurch wird der astabile Multivibrator nicht mehr abgeschaltet und außer dem Kondensator G werden über die zusätzliche Wicklung Oj die Kondensatoren G und G durch die länger anhaltende Einschalt phase des Multivibrators auf ».-inc höhere Spannung

2» aufgeladen als es beim normalen, d. h. bei Nennspannung der Speisespannungsquelle auftretenden Betrieb der Fall im.

Bei normalem Betrieb sind die Ladekreise der Kondensatoren G und G so ausgelegt, daß die an den

-'ϊ Kondensatoren G und G sich maximal ausbildenden Ladespannungen nur so groß werden, daß der Transistor T5 gesperrt ist. Steigen dagegen bei der !anger -!nhaltenden Finschaltphase des Multivibrators die Ladespannungen der Kondensatoren G und G über

w diese Größen an, so wird der Transistor T5 geöffnet und an seinem Emitter entsteht ein Ausgangssignal. Dieses Ausgangssignal öffnet den steuerbaren Gleichrichter D), so daß sich der Kondensator G unabhängig vom mechanischen Schalter 5 über den Zünder Z entladen

'"> kann. Damit wird bei Absinken der von der Speisespannungsquelle Ub abgegebenen Spannung unter einen vorgegebenen Wert, der das Ende der Betriebsbereitschaft ankündigt, der Zünder unabhängig von einer Betätigung des mechanischen Schalters Sausgelöst.

■"' Da in dieser zusätzlichen Schaltungsanordnung während des normalen Betriebs, also bei Nennspannung der Speisespannungsquelle, ebenfalls nur Kondensatoren aufgeladen werden, deren Leckverluste klein sind, wird eine nur minimale zusätzliche Belastung der 5 Speisespannungsquelle durch diese Schaltungsanordnung sichergestellt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche·.

1. Minenzündvorrichtung, bestehend aus einem Gleichspannungswandler mit einem aus einer Speisespannungsquelle von sehr geringer Ladungskapazität gespeisten Oszillator, der mindestens ein Verstärkerelement aufweist, in dessen Steuerkreis ein zweites Verstärkerelement eingefügt ist, das bei Absinken der von der Speisespannungsquelle abgegebenen Speisespannung unter einen vorbestimmten Wert die Schwingungen des Oszillators steuert, dessen Ausgangsspannung über die Sekundärwicklung eines im Ausgangskreis des Oszillators liegenden Übertragers und eine Gleichrichterschaltung an einem Ladekondensator anliegt, der parallel zu einem elektrischen Zünder geschaltet ist, wobei in Serie zu diesem elektrischen Zünder ein durch einen mechanischen Schalter überbrückbarer elektrisch gesteuerter Schalter liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator aus zwei als Multivibrator geschalteten Transistoren (71, 7}) besteht, in deren Steuerkreisen die Basiswiderstände von je einem weiteren Verstärkerelement in Form eines Feldeffekttransistors (T₃, 7;) gebildet sind, daß sekundärseitig zwischen der aus Dioden (D₄, D₅, D₆, Di) gebildeten Gleichrichterschaltung und dem Ladekondensator (Q) ein Widerstand (Re) eingefügt ist, daß der Übertrager (O) eine zusätzliche Sekundärwicklung (It₃) mit einem Abgriff aufweist, der über eine Diode (Di) und einen Widerstand (R₅) mit einem Hilfskondensator (C₃) verbunden ist, dem ein weiterer Widerstand (R,) pArallel geschaltet ist, wobei der dem Abgriff zugewandte Anschluß der Parallelschaltung zusätzlich auf die Emitterelektroden der Feldeffekt-Transistoren geschaltet ist und der andere Anschluß am Anfang der zusätzlichen Sekundärwicklung (/J₃) anliegt

2. Minenzündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die in Serie und parallel zu dem Hilfskondensator (C₃) geschalteten Widerstände (Rs, R,) bestimmten Lade- und Entladezeitkonstanten des Hilfskondensators (C₃) entsprechend den Lade- und Entladezeitkonstanten des die Ausgangsspannung führenden Ladekonden- « sators (G) gewählt sind.

3. Minenzündvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang der zusätzlichen Sekundärwicklung (nj) des Übertragers (Ü) zwei weitere Hilfskondensatoren (G, C₅) so vorgesehen sind, die über jeweils eigene Lade- und Entladekreise (n₃, D₂, R₂; n₃, D₃, R₄, T₅, Dt, R₇) gespeist sind, und als Speisespannungsquellen für ein drittes Verstärkerelement (T₅) dienen, dessen Ausgang mit der Steuerelektrode des als steuerbarer Gleichrichter (A) ausgebildeten elektrisch gesteuerten Schalters verbunden ist.