DE19926754C2

DE19926754C2 - Safety device for ammunition with an electrochemical cell as an energy source

Info

Publication number: DE19926754C2
Application number: DE1999126754
Authority: DE
Inventors: Thomas Boehler; Hans-Peter Bros; Andre Klasen
Original assignee: Buck Neue Technologien GmbH
Current assignee: Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Priority date: 1999-06-11
Filing date: 1999-06-11
Publication date: 2001-08-23
Anticipated expiration: 2019-06-12
Also published as: GB2347734B; GB0013207D0; DE19926754A1; GB2347734A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a safety device according to the Preamble of claim 1.

Moderne Munitionssysteme sind häufig mit elektronischen Schaltungen zur Zündung, Zündverzögerung oder zur Zielfindung ausgestattet. Derartige elektronische Schaltungen müssen jedoch mit einer Energieversorgung versehen sein. In der Regel umfaßt die Energieversorgung elektrochemische Zellen, insbesondere Batterien. In vielen Fällen eignen sich gerade wegen der hohen Energiedichte Lithiumzellen besonders gut, also Zellen, deren Anodenmaterial im wesentlichen aus Lithium besteht.Modern ammunition systems are often equipped with electronic circuits equipped for ignition, ignition delay or for target finding. Such electronic circuits, however, need a power supply be provided. As a rule, the energy supply comprises electrochemical ones Cells, especially batteries. In many cases, because of the high energy density lithium cells particularly well, i.e. cells whose Anode material consists essentially of lithium.

Bei Munitionssystemen, welche mit Batterien versorgt sind, sind hohe Sicherungsanforderungen zu stellen. So muß in jedem Fall gewährleistet sein, daß beispielsweise die Zündelektronik nicht versehentlich bei der Handhabung der Munition betätigt wird, um das Bedienungspersonal der Waffensysteme nicht zu gefährden.Ammunition systems that are supplied with batteries are high Make backup requests. So it must be guaranteed in any case that, for example, the ignition electronics are not accidentally handled the ammunition is operated by the weapon system operator not endangered.

Hierzu sind aus dem Stand der Technik eine Vielzahl von Sicherungseinrichtungen bekannt.For this purpose, a large number of Security devices known.

So beschreibt die DE 39 40 278 A1 eine Munition mit einem Anstichstößel für ein Initiierungselement einer Thermalbatterie, wobei der Anstichstößel zurückgehalten - also gesichert - ist, bis ein Entriegelungsbolzen durch ein Kraftelement freigegeben wird.DE 39 40 278 A1 describes ammunition with a tappet for an initiation element of a thermal battery, the tappet retained - that is, secured - until an unlocking bolt is inserted Force element is released.

Die DE 41 05 271 C1 beschreibt eine Sicherheitsvorrichtung zum Verhindern einer vorzeitigen Zündung einer Wirkladung eines Geschosses, das durch eine Außstoßladung aus einem Abschußrohr verschossen wird, welche auf einem mechanischen und einem pyrotechnischen Sicherungselement beruht. Dabei ist der Zündweg zwischen einem ersten beim Abschuß anzündbaren Verzögerungsstück und der Wirkladung des Geschosses durch einen quer zur Abschußrichtung verschiebbaren Rohrfühler sperrbar, der in seiner dem Zündweg sperrenden Stellung durch einen entgegen der Abschußrichtung verschiebbaren Beschleunigungsfühler und, so lange sich das Geschoss im Abschußrohr befindet, durch die Geschoßrohrwandung arretierbar ist. Ein zweites, ebenfalls beim Abschuß entzündbares Verzögerungsstück mit gegenüber dem ersten Verzögerungsstück verkürzter Verzögerungszeit belastet nach Ablauf seiner Verzögerungszeit den Rohrfühler durch Gasdruck in Richtung seiner Entsicherungsstellung.DE 41 05 271 C1 describes a safety device for Preventing premature ignition of a live charge of a projectile, which is fired from a launch tube by an ejection charge, which are based on a mechanical and a pyrotechnic Fuse element is based. The ignition path between a first one Launchable delay piece and the effective charge of the Projectile through a pipe sensor that can be moved transversely to the firing direction lockable, in its position blocking the ignition path by a against the launch direction movable accelerometer and, so as long as the projectile is in the launch tube through which Projectile tube wall can be locked. A second, also at the launch flammable delay piece with compared to the first Delay piece shortened delay time charged after its expiry Delay time the pipe sensor by gas pressure towards it Release position.

Des weiteren beschreibt die DE 41 27 020 A1 einen Sicherheitsschalter für ein Geschoß zum Einschalten der Energieversorgung von Geschoßkomponenten nach dem Abschuß mit einem Isolierelement, das axial in Abschußrichtung federvorgespannt und durch eine queraxial bewegliche Kugel gehalten, zwei Kontakte bis zum Abschuß getrennt hält, wobei die Kugel durch einen in Abschußrichtung federvorgespannten Bolzen bis zum Abschuß gesichert und eine Sperre gegen ein Verschieben des Isolierelements zwischen die Kontakte nach deren Kontaktierung vorgesehen ist.DE 41 27 020 A1 also describes a safety switch for a floor to switch on the power supply from Projectile components after firing with an insulating element that is axial spring biased in the firing direction and by a transverse axially movable Bullet held, two contacts held until launch, keeping the bullet by a bolt spring-biased in the firing direction until firing secured and a lock against moving the insulating element is provided between the contacts after their contacting.

Darüber hinaus beschreibt die DE 42 40 809 A1 eine Sicherungsvorrichtung für eine Munition, wobei die Sicherungsvorrichtung ein Gehäuse aufweist, in dem ein Schieberorgan zwischen einer Sicherstellung und einer Scharfstellung verstellbeweglich geführt ist. Das Schieberorgan ist mit einem Zündmittel versehen, das in der Scharfstellung mit einer Zündelektronikeinrichtung kontaktiert ist. Es ist mit Kontaktstiften ausgebildet, die mit dem Zündmittel kontaktieren und in der Sicherstellung mittels eines Kurzschlußelementes elektrisch kurzgeschlossen sind. In der Scharfstellung sind die Kontaktstifte mit Kontaktelementen kontaktiert, die am Gehäuse vom Kurzschlußelement entfernt vorgesehen und mit der Zündelektronikeinrichtung verbindbar bzw. verbunden sind.In addition, DE 42 40 809 A1 describes a Securing device for ammunition, the securing device being a Has housing in which a slide member between a fuse and a focus is guided adjustable. The gate valve is provided with an ignition device, which in the focus with a Electronic ignition device is contacted. It is designed with contact pins who contact with the primer and ensure by means of a Short-circuit element are electrically short-circuited. In focus the contact pins are contacted with contact elements on the housing from Short-circuit element provided away and with the electronic ignition device are connectable or connected.

Als Kurzschlußelemente kommen in diesem Stand der Technik Metallfolien, Reedkontakte sowie ein selbstleitender Feldeffekttransistor in Betracht. In this prior art come as short-circuit elements Metal foils, reed contacts and a self-conducting field effect transistor in Consideration.

Den genannten Sicherheitseinrichtungen des Standes der Technik ist es jedoch gemeinsam, daß sie einerseits erfassen, ob tatsächlich bereits eine Zündung einer Zündladung erfolgt ist und dann beispielsweise über Beschleunigungsmessung feststellen, ob eine speziell ausgestaltete Zündkette in Gang gesetzt werden soll oder nicht, mit anderen Worten, sie stellen fest, ob die Scharfstellung der Munition sinnvoll ist oder nicht.It is the aforementioned safety devices of the prior art however, they have in common that on the one hand they record whether there is already one Ignition has taken place and then, for example, via Acceleration measurement determine whether a specially designed ignition chain to start or not, in other words, they determine whether the focus of the ammunition makes sense or not.

Wird aber eine derartige Sicherung zunächst versehentlich ausgelöst und das System stellt fest, daß keine Initiierung der Zündfolge erfolgen soll, so ist die Munition unbrauchbar und muß für einen weiteren Einsatz in Stand gesetzt werden, um wiederverwendet werden zu können.But if such a fuse is accidentally triggered and the system determines that the firing order should not be initiated the ammunition is unusable and must be repaired for further use to be reusable.

Darüber hinaus berücksichtigt der Stand der Technik nicht spezielle Probleme, die mit Batterien und im besonderen mit Lithiumbatterien verbunden sind:In addition, the state of the art does not take special into account Problems associated with batteries and especially with lithium batteries are:

Die Versorgung eines Munitionssystems mit Batterien bringt mitunter folgende Probleme mit sich:The supply of an ammunition system with batteries sometimes brings the following problems:

Der Innenwiderstand der Batterien ist zu hoch, so daß eine gepulste Stromentnahme nur begrenzt möglich ist. Auch bei tiefen Temperaturen ist eine gepulste Stromentnahme ebenfalls nur begrenzt möglich.The internal resistance of the batteries is too high, so that a pulsed Current consumption is only possible to a limited extent. Even at low temperatures is one pulsed current draw is also only possible to a limited extent.

Um lange Lagerzeiten der Munition zu gewährleisten, sind oft nur Lithiumbatterien brauchbar. Lithiumbatterien passivieren sich jedoch bei langer Lagerdauer und sind somit nach langer Lagerzeit nicht sofort für hohe Energieentnahmen einsetzbar. Die Stromversorgung der Munitionssysteme muß ferner so sicher gestaltet sein, daß eine unbeabsichtigte Auslösung der Munition nicht möglich ist.To ensure long ammunition storage times are often only Lithium batteries usable. Lithium batteries, however, passivate themselves over a long period Storage period and are therefore not immediately for high after a long storage period Energy withdrawals can be used. The power supply of the ammunition systems must also be designed so that an unintended triggering of the Ammunition is not possible.

Ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik war es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für eine mit elektrochemischen Zellen betriebene Zündeinrichtung einer Munition eine Sicherheitseinrichtung vorzuschlagen, die zuverlässig handhabbbar ist. Based on the prior art mentioned at the beginning, it was therefore object of the present invention, for one with electrochemical Cell-operated ignition device of an ammunition a safety device propose that is reliably manageable.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt in Bezug auf eine Sicherheitseinrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.This problem is solved in relation to a Safety device by the characterizing features of claim 1.

Die erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung für Munitionen umfaßt ein mechanisch auslösbares Schaltelement für eine elektrische Energiequelle, wobei die Energiequelle eine elektrochemische Zelle ist und wobei das Schaltelement durch das Eigengewicht der Munition reversibel von einer Sicherstellung in eine Scharfstellung betätigbar ist und das Schaltelement die Energiequelle mit einem Energiespeicher verbindet, aus dem die so entsicherte Munition ihre Energie bezieht.The safety device for ammunition according to the invention comprises a mechanically triggerable switching element for an electrical energy source, where the energy source is an electrochemical cell and where Switching element reversible by the weight of the ammunition Ensuring can be actuated in an arming and the switching element Energy source connects with an energy storage from which the so unlocked Ammunition draws its energy.

Typischerweise wird eine Munition, insbesondere eine Patronenmunition, welche mit einer Batterie betrieben wird, in einen Werfer eingesetzt. Beim Erreichen des Werferbodens wird dann durch das Eigengewicht der Patrone selbst beispielsweise ein federbelasteter Werferfühler, der etwas aus der Patrone heraussteht, in die Patrone hinein bewegt. Dieser Fühler wiederum kann ein Schaltelement betätigen, welches einen elektrischen Kontakt schließt und einen Energiespeicher mit der Batterie oder den Batterien verbindet. Dieser Energiespeicher wird bei diesem Vorgang über die Batterien aufgeladen. Dabei werden folgende Vorteile ausgenutzt:Typically, ammunition, especially cartridge ammunition, which is powered by a battery, used in a launcher. At the The weight of the cartridge then reaches the launcher floor even a spring-loaded detector sensor, for example, which is somewhat out of the Cartridge protrudes, moves into the cartridge. This sensor in turn can actuate a switching element that closes an electrical contact and connects an energy storage device to the battery or batteries. This energy storage is used in this process on the batteries charged. The following advantages are exploited:

Die Batterie, insbesondere Lithiumbatterie, wird durch den beim Ladevorgang des Energiespeichers fließenden Ladestrom depassiviert.The battery, especially the lithium battery, is replaced by the Charging process of the energy storage flowing charge current depassivated.

Die Energie des Speichers und deren Verfügbarkeit ist weitgehend temperaturunabhängig.The energy of the storage and its availability is extensive independent of temperature.

Beim Verschuß der Munition steht sofort die gesamte Energie des Energiespeichers zur Verfügung.When the ammunition is fired, the entire energy of the Energy storage available.

Die Munition wird beim Beladen teilentsichert.The ammunition is partially unlocked during loading.

Nicht verschossene Munitionen können wieder entladen werden, der Energiespeicher wird dabei von der Batterie getrennt und entlädt sich z. B. beim Entladewiderstand selbst, wodurch die Munition wieder gesichert wird. Dieser Vorgang ist somit reversibel und die Munition kann mehrfach be- und entladen werden.Unused ammunition can be unloaded again Energy storage is separated from the battery and discharges z. B. at Unloading resistance itself, whereby the ammunition is secured again. This The process is reversible and the ammunition can be loaded and unloaded several times become.

Als Energiequelle gemäß Anspruch 2 eine Batterie, vorzugsweise Lithiumbatterie, zu verwenden, hat den Vorteil, daß insbesondere durch Lithiumbatterien lange Lagerzeiten erzielt werden, ohne daß eine signifikante Selbstentladung der Lithiumbatterie auftritt.As the energy source according to claim 2, a battery, preferably Lithium battery to use has the advantage that in particular Lithium batteries long storage times can be achieved without a significant Self-discharge of the lithium battery occurs.

Gemäß Anspruch 3 haben sich federbetätigte Schaltelemente, insbesondere Rohrfühler, als besonders geeignet herausgestellt, weil sie erstens kommerziell erhältlich sind und zweitens robust und zuverlässig arbeiten.According to claim 3, spring-actuated switching elements especially pipe sensors, found to be particularly suitable because they are commercially available and secondly robust and reliable work.

Einen Kondensator als Energiespeicher gemäß Anspruch 4 einzusetzen, hat den Vorteil, daß der Innenwiderstand von Kondensatoren weitaus geringer ist als derjenige von Batterien und insbesondere von Lithiumbatterien. Des weiteren können Kondensatoren hohe Ströme liefern, so daß sie für den Pulsbetrieb bestens geeignet sind.To use a capacitor as an energy store according to claim 4, has the advantage that the internal resistance of capacitors is much lower is that of batteries and especially lithium batteries. Of further capacitors can deliver high currents, so that they are for the Pulse mode are best suited.

Den Energiespeicher gemäß Anspruch 5 zur Wiedersicherung nicht verschossener Munition über einen Entladewiderstand zu entladen, hat den Vorteil, daß hiermit auf einfache und kostengünstige Weise sichergestellt wird, daß der Energiespeicher wieder vollständig entladen wird, um die Munition wieder zu sichern.The energy storage device according to claim 5 for restoration is not Unloading missed ammunition via a discharge resistor has the The advantage that this ensures a simple and inexpensive way that the energy storage is fully discharged to the ammunition back up again.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aufgrund der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Es zeigt:Further advantages and features result from the description an embodiment and with reference to the drawing. It shows:

Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch eine Patrone mit erfindungs gemäßer Sicherheitseinrichtung und durch den Werferboden; und Figure 1 is a partial longitudinal section through a cartridge with security device according to the Invention and through the launcher bottom. and

Fig. 2 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung. Fig. 2 is a circuit diagram of the safety device according to the invention.

In Fig. 1 ist mit 1 ein teilweiser Längsschnitt durch eine Patrone 2 als Munition im beladenen Zustand gezeigt. Das Mantelrohr der Patrone 2 ist mit 3 bezeichnet. Eine Werferfühlerbasiseinheit als Sicherheitseinrichtung 4 ist am in Fig. 1 unteren Ende 5 der Patrone 2 angeordnet.In Fig. 1, 1 shows a partial longitudinal section through a cartridge 2 as ammunition in the loaded state. The jacket tube of the cartridge 2 is designated 3. A launcher sensor base unit as a safety device 4 is arranged at the lower end 5 of the cartridge 2 in FIG. 1.

Im Inneren der Sicherheitseinrichtung 4 befindet sich im Beispielsfalle eine in Fig. 1 schematisch dargestellte Lithiumbatterie als Energiequelle 6. Im in Fig. 1 linken Teil der Sicherheitseinrichtung 4 ist ein federkontaktierter Werferfühler als mechanisch auslösbares Schaltelement 7 vorgesehen.In the interior of the safety device 4 , in the example, there is a lithium battery, shown schematically in FIG. 1, as an energy source 6 . In the part of the safety device 4 on the left in FIG. 1, a spring-contacted detector sensor is provided as a switching element 7 that can be triggered mechanically.

Das federbetätigte Schaltelement 7 ist als Rohrfühler ausgebildet. Das Schaltelement 7 umfaßt einen Stift 8 als mechanischen Fühler, welcher im gesicherten Zustand aufgrund der Kraftwirkung einer Feder 9 aus einer Bodenplatte 10 der Patrone 2 herausragt mit dem Schaltelement S1.The spring-actuated switching element 7 is designed as a pipe sensor. The switching element 7 comprises a pin 8 as a mechanical sensor, which protrudes in the secured state due to the force of a spring 9 from a base plate 10 of the cartridge 2 with the switching element S1.

Wird die Patrone 2 in einen Werfer eingebracht, so drückt der Werferboden 11 aufgrund des Eigengewichtes der Patrone 2 den Stift 8 gegen die Federkraft der Feder 9 nach innen. Durch diese Bewegung am in Fig. 1 oberen Ende 12 wird das Schaltelement S1 in eine geschlossene Position gebracht, mittels welcher die Lithiumbatterie mit Kondensator als Energiespeicher C1 (vgl. Fig. 2) in Kontakt gebracht wird. Der Kondensator wird nun durch Lithiumbatterie aufgeladen, die Lithiumbatterie wird durch den beim Ladevorgang des Kondensators fließenden Ladestrom depassiviert. Die Energie des Kondensators ist weitestgehend temperaturunabhängig, der Innenwiderstand des Kondensators ist weitaus geringer als derjenige der Lithiumbatterie. Der Kondensator kann hohe Ströme im Pulsbetrieb liefern und beim Verschuß der Patrone 2 steht sofort die gesamte Energie des Kondensators zur Verfügung.If the cartridge 2 is inserted into a launcher, the launcher base 11 presses the pin 8 inwards against the spring force of the spring 9 due to the weight of the cartridge 2 . This movement at the upper end 12 in FIG. 1 brings the switching element S1 into a closed position, by means of which the lithium battery is brought into contact with the capacitor as an energy store C1 (cf. FIG. 2). The capacitor is now charged by a lithium battery, the lithium battery is depassivated by the charging current flowing during the charging process of the capacitor. The energy of the capacitor is largely independent of temperature, the internal resistance of the capacitor is much lower than that of the lithium battery. The capacitor can deliver high currents in pulsed operation and when the cartridge 2 is fired, the entire energy of the capacitor is immediately available.

Die eigentliche Zündung der Munition erfolgt induktiv über Patronenspule 13, welche dann die am Kondensator angeschlossene Zündelektronik in Gang setzt.The actual firing of the ammunition takes place inductively via cartridge coil 13 , which then sets the ignition electronics connected to the capacitor in motion.

Wird die Munition aus dem Werfer entladen, so bewegt sich der Stift 8 durch die Kraftwirkung der Feder 9 wieder aus der Patrone 2 heraus und öffnet das Schaltelement S1, das die Spannungsversorgung des Kondensators mit der Lithiumbatterie unterbricht und Schalter S2 wird gleichzeitig geschlossen, so daß der Kondensator über Entladewiderstand R_E in Fig. 2 entladen wird und die Munition wieder gesichert wird. Bei einer hochohmigen Dimensionierung des Entladewiderstandes R_E kann - bei Bedarf - auf den Schalter S2 verzichtet werden.If the ammunition is discharged from the launcher, the pin 8 moves back out of the cartridge 2 by the force of the spring 9 and opens the switching element S1, which interrupts the voltage supply to the capacitor with the lithium battery, and switch S2 is closed at the same time, so that the capacitor is discharged via discharge resistor R _E in FIG. 2 and the ammunition is secured again. With a high-resistance dimensioning of the discharge resistance R _E , the switch S2 can be dispensed with if required.

Umgekehrt ist es für die Scharfstellung der Munition erforderlich, daß das Schalteelement S1 geschlossen und Schalter S2 gleichzeitig offen ist, damit der Kondensator mittels der Lithiumbatterie aufgeladen werden kann und damit der Zündelektronik die zur Zündung erforderliche Energie zur Verfügung steht.Conversely, it is necessary for the ammunition to focus Switching element S1 is closed and switch S2 is open at the same time, so the capacitor can be charged by means of the lithium battery and thus the ignition electronics the energy required for ignition is available.

Die erfindungsgemäße Munition kann somit reversible mehrfach be- und entladen werden und kann sicher über längere Zeit gelagert werden, ohne daß die dabei auftretenden Passivierungen der Lithiumbatterien sich nachteilig auf die Zuverlässigkeit der Munition im Einsatz auswirken.The ammunition according to the invention can thus be loaded and reversible several times can be discharged and can be stored safely for a long time without the passivations of the lithium batteries that occur disadvantageously affect the reliability of the ammunition in use.

Claims

1. Safety device ( 4 ) for ammunition with a mechanically triggerable switching element (S1, 7) for an electrical energy source ( 6 ), characterized in that
the energy source ( 6 ) is an electrochemical cell;
the switching element (S1, 7) can be actuated reversibly from a securing position to an armed position by the weight of the ammunition; and
that the switching element (S1, 7) connects the energy source ( 6 ) to an energy store (C1), from which the ammunition thus unlocked draws its energy.

2. Safety device according to claim 1, characterized in that the energy source ( 6 ) is a battery, preferably a lithium battery.

3. Safety device according to claim 1 or 2, characterized in that the switching element (S1, 7) is a spring-actuated switching element ( 7 ), in particular a pipe sensor.

4. Safety device according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the energy store (C1) is a capacitor.

5. Safety device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the energy store (C1) for the restoration of unused ammunition is discharged via a discharge resistor (R _E ).