DE2355107A1

DE2355107A1 - Elektromagnetischer generator fuer geschosse

Info

Publication number: DE2355107A1
Application number: DE19732355107
Authority: DE
Inventors: Uwe Brede; Heinz Dipl Chem Dr Gawlick
Original assignee: Dynamit Nobel AG
Current assignee: Dynamit Nobel AG
Priority date: 1973-11-03
Filing date: 1973-11-03
Publication date: 1975-05-07
Also published as: NO137918C; GB1479353A; NO137918B; FR2250094B3; NO743480L; US3973500A; NL7414289A; BE821758A; FR2250094A1; IT1023144B

Description

\'US-Hr ·; 73111

NOBSL AKTIEIiGSSELLSCHAFT Trolsdorf Bez. Köln

Elektromagnetischer Generator für Geschosse

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Generator für ein Geschoß, mit fest angeordnetem Spulensystem und Magnetkern

" sowie mit einem Umlaufkörper, der in einem kreisförmigen Laufbahnkanal relativ zum Magnetkern bewegbar ist und dabei das -Magnetfeld örtlich ändert.

Aus der deutschen Offenlegungssehrift 2.16G.294^; ist ein elektromagnetischer Generator für drallstabilisierte Geschosse bekannt, bei dem sowohl das Spulensystem als auch der Magnetkern relativ zum Geschoß fest angeordnet sind. Dem Magnetkern ist wenigstens eine relativ zu diesem auf einer kreisförmigen Bahn bewegliche und das magnetische Feld dabei örtlich ändernde Kugel zugeord?;et, wodurch eine entsprechende elektrische Spannung im Spulensystem des Generators induziert wird. Die Energie für die Relativbewegung zwischen dem Magnetkern, und der Kugel wird der Drallbev/egung, d.h. der Rotationsbewegung des Geschosses entnommen, da die Kugel aufgrund ihrer Massenträgheit gegenüber dem beim Abschuß zwangsweise in Rotation versetzten Geschoß nebst Magnetkern anfänglich -zurückbleibt und erst allmählich aufgrund von unvermeidbaren Reibungskräften die Geschoßdrc-hzahl"-erreicht, so daß keine Relativbewegung zwischen Magnetkern und Kugel mehr gegeben ist. " . -®

Dieser elektromagnetische Generator hat -in vorteilhafter Weise eine sehr kleine BaugröSe und hält auch den-beim Abschuß des Geschosses auftretenden hohen Axialbeschleunigungen, die bis zu 500.000 g (g --Srdbeschleiinigung) und mehr betragen können, einwandfrei stand» Dieser Generator ist jedoch bei nichtdrallstabilisierten Geschossen nicht anwendbar und ist auch bei drall-

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BAD

stabilisierten Geschossen in seiner Leistung u.a. durch die Größe des Geschoßdralls begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromagnetischen Generator für ein Geschoß, mit fest angeordnetem Spulensystem und Magnetkern sowie mit einem Umlaufkörper, der in. einem kreisförmigen Laufbahnkanal relativ zum Magnetkern bewegbar ist und dabei das Magnetfeld örtlich ändert, so weiter zu entwickeln, daß er auch bei nicht drallstabilisierten Geschossen anwendbar ist bzw. bei drallstabilisierten Geschossen die Erzeugung einer größeren elektrischen Energie ermöglicht. Dabei soll er möglichst einfach und klein in der Bauweise sein, sicher in der Funktion auch unter ungünstigen Umständen sein und die Erzeugung der elektrischen Energie bei möglichst geringen Verlusten ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dem Umlaufkörper eine beim Abschuß des Geschosses oder zu einem vorgegebenen späteren Zeitpunkt zündbare Pulvertreibladung zuzuordnen, deren Treibgase den Umlaufkörper in Bewegung versetzen. Der Umlaufkörper ist im Hinblick auf eine möglichst geringe Reibung und günstige Führungsmöglichkeiten vorzugsweise als Kugel ausgebildet. Er kann grundsätzlich aber auch z.B. als walzenförmiger Körper, der im Laufbahnkanal mehr oder weniger abrollt, oder als entsprechend dem Laufbahnkanal gekrümmter Ringsegmentkörper, der im Laufbahnkanal entlanggleitet, ausgebildet sein. Der Umlaufkörper wird in bekannter Weise vorzugsweise aus einem Werkstoff mit hoher Permeabilität und geringer Remanenz, etwa aus Mumetall oder relativ harten gesinterten Eisenoxyden hergestellt. Die letzteren werden beispielsweise von der Fa. SIEMENS AG, München, unter der Bezeichnung SIFERIT ^ bzw. von der Fa. VALVO AG, Hamburg, unter der Bezeichnung FXC vertrieben.

Mit der erfindungsgemäßen Maßnahme, den. Umlaufkörper mittels

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einer besonderen Pulvertreibladung anzutreiben, ist die Erzeugung der. elektrischen Energie in vorteilhafter V/eise nicht: mehr von der Geschoßrotation abhängig, so daß dieser Generator insbesondere für niehtdrallstabilisierte Geschosse geeignet ist. Selbstverständlich kann er aber auch bei drallstabilisierten Geschossen angewendet werden, sofern bei diesen eine Erhöhung der erzeugten elektrischen Energie gewünscht wird. Dabei wird dann die Anordnung zweckmäßigerweise so getroffen, daß die Rotationsbewegung des Umlaufkörpers aufgrund der Pulvertreibladung im gleichen Drehsinn erfolgt wie diejenige aufgrund seiner Massenträgheit. Durch die Wahl der Pulvertreibladung, d.h. deren Zusammensetzung,· Menge, Reaktionsgeschwindigkeit usw. hat man es dabei neben der Ausbildung von beispielsweise Laufbahnkanal und Umlaufkörper in der Hand, sich den Erfordernissen des jeweiligen Einzelfalles optimal anzupassen. Zweckmäßigerweise wird dabei die PulVertreibladung und ihre ,die Umsetzung beeinflussende Verdammung im allgemeinen so gewählt, daß sie dem Umlaufkörper bei möglichst kleiner erzeugter Gasmenge einen möglichst großen Anfangsimpuls erteilt, so daß der Umlaufkörper in seiner einmal eingeleiteten Rotationsbewegung durch in den Laufbahnkanal nachströmende Treibgase möglichstwenig beeinträchtigt wird. Für die Pulvertreibladung kommen beispielsweise Pulvor auf Nitröcellulosebasis öder auch Pulver der in der deutschen Auslegeschrift 1*646.313 genannten Art in Frage. Die Pulvertreibladung wird im allgemeinen in einer am vorderen Ende geschlossenen Kartuschhülse untergebracht» Bei einer Kugel als .Umlaufkörper wird diese vorzugsweise direkt in das vordere Ende der Kartuschhülse eingesetzt, so daß, sie selbst die Verdammung bildet. Damit ergibt sich eine, bauliche Einheit, die in ihrem Äußeren den bekannten Flobertpatronen mit Rundkugel entspricht.

Die Zündung der Pulvertreibladung kann unmittelbar beim Abschuß des Geschosses oder auch zu einem vorgegebenen späteren Zeitpunkt erfolgen. Letzteres wird im allgemeinen im Hinblick auf die üblicherweise geforderte Rohr- und Vorrohrsicherheit der

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Waffe vorgezogen. Die Zündung kann auf sehr verschiedene Weise erfolgen. Im Hinblick auf einen möglichst einfachen Aufbau des Geschosses und auch der Waffe ist in zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Pulvertreibladung mit Hilfe einer auf die Beschleunigung beim Abschuß ansprechenden Zündeinrichtung, insbesondere einem piezoelektrischen Zündelement, auslösbar ist. Die vom piezoelektrischen Zündelement durch die axiale Belastung beim Abschuß erzeugte elektrische Energie wird beispielsweise mittels eines elektrischen Kondensators gespeichert und nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne über entsprechende elektrische Zuleitungen zum elektrischen Zündelement der Pulvertreibladung geführt, wodurch deren Umsetzung ausgelöst v/ird. Statt des piezoelektrischen Zündelementes könnte beispielsweise aber auch ein auf den Abschußschock ansprechendes mechanisches Anstichzündelement verwendet v/erden, dessen Zündimpuls über eine pyrotechnische Verzögerungsstrecke vorgegebener Brenndauer auf die Pulvertreibladung für den Umlaufkörper übertragen wird.

Grundsätzlich ist es möglich, den Umlaufkörper von vornherein im Laufbahnkanal anzuordnen und gegenüber der PulVertreibladung definiert zu halten, beispielsweise mittels bei Erreichen eines bestimmten Treibgasdruckes abscherbaren Elementen, trennbarer Klebverbindungen o.dgl. Gemäß einem anderen Vorschlag der Erfindung ist statt dessen vorgesehen, daß der Umlaufkörper unter der Wirkung der Treibgase über einen Einschußkanal von der Seite her in den Laufbahnkanal eintritt. Beispielsweise kann dazu der Einschußkanal tangential In den ringförmigen Laufbahnkanal einmündend ausgebildet werden. Der besondere Einschußkanal bietet dabei den Vorteil, daß man hinsichtlich der definierten Positionierung des Umlaufkörpers freier ist und sich den im Einzelfall vorliegenden räumlichen Verhältnissen besser anpassen kann. Entsprechend einem weiteren Vorschlag der Erfindung ergibt sich damit aber auch die Möglichkeit, den Einschußkanal in der Weise in den Laufbahnkanal eintreten zu lassen, daß dessen Lauf-

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fläche für den Umlaufkörper vorn Einschußkanal nicht unterbrochen wird. Beispielsweise- kann dazu vorgesehen werden,- dai3 der Einschußkanal - im Längsschnitt betrachtet - von der Seite her in den Laufbahnkanal eintritt. Der Umlaufkörper wird dabei von außen mittels einer Pulvertreibladung über den Einschußkanal in den rotationssymmetrischen Laufbahnkanäl seitlich hineingeschossen und bewegt sich in diesem infolge der Zentrifugalkraft auf einer Laufbahnflache, die vom Einschußkanal nicht mehr unterbrochen ist, so daß in vorteilhafter Weise die Bewegung de3 Umlaufkörpers durch keine Absätze, Durchbrechungen o.dgl. in der Lauffläche gestört wird, die dadurch ansonsten bedingten Energieverluste also vermieden werden. Im Hinblick auf eine möglichst gleichmäßige Führung des Umlaufkörpers ist erfindungsgemäß des weiteren vorgesehen, den Einschußkanal "zumindest in seinem mittleren Bereich mit gleicher* Krümmung-wie"- der Laufbahnkanal schraubenlinienförmig auszubilden.

Sowohl der Laufbahnkanal als auch der gegebenenfalls vorhandene Einschußkanal können grundsätzlich im Magnetkern selbst ausgebildet werden. Zur weiteren Fertigungsvereinfachung ist erfindungsgemäß jedoch vorgesehen, den Laufbann- und den gegebenenfalls vorhandenen Einschußkanal in einem separaten Einsatzkörper aus magnetisch nicht leitendem Material auszubilden, in den die Pulvertreibladung mit Umlaufkörper in eine tan- · gential in den Laufbahn»- bzw. Einschußkanal übergehende Bohrung eingesetzt ist. Dieses separate Einsatzstück weist den weiteren Vorteil auf, daß dadurch den unterschiedlichen Anforderungen an Magnetkern und Laufbahn besser Rechnung getragen werden kann, indem die für den jeweiligen Zweck geeignetesten Materialien gewählt werden. So wird erfindüngsgemäß der Einsatzkörper aus Keramik, insbesondere Aluminiumoxyd-Keramik, hergestellt. Dieses Material ist im Vergleich zu beispielsweise auch verwendbarem Weicheisen sehr hart und verschleißfest, wodurch eine möglichst günstige, wenig .energieverzehrende Bewegung des Umlaufkörpers im Einsatzkörper erreicht ist. '

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' Die mechanische Beanspruchung zwischen Umlaufkörper und Laufbahn- εον/ie gegebenenfalls Einschußkanal ist hier wegen der außerordentlich hohen Umlaufzahlen pro Zeiteinheit des Umlaufkörpers von großer Bedeutung. Wie gefunden wurde, werden bei den üblichen Geschoßkalibern für den Umlaufkörper vorzugsweise Einschußgeschwindigkeiten zwischen etwa 40 und 100 m/s gewählt. Bei einem Laufbahnkanaldurchmesser von beispielsweise 15 mm bedeutet das aber, daß die Umdrehungszahlen pro Minute für den Umlaufkörper zwischen etwa 50.900 und 127.000 liegen. Kleinere Einschußgeschwindigkeiten haben sich im allgemeinen im Hinblick auf die geforderte elektrische Mindestenergie für die im Geschoß auszuführenden Zünderfunktionen wie beispielsweise Durchschlagverzögerung oder Selbstzerstörung bei Zielverfehlung als unzweckmäßig erv/iesen. Über 100 m/s liegende Einschußgeschwindigkeiten bedingen dagegen je nach dem Material der im Einzelfall vorliegenden Magnetkerne in diesen infolge der zeitlich äußerst schnellen Änderungen des magnetischen Flusses so stark ansteigende Eriergieverluste, daß die Steigerung der Einschußgeschwindigkeit praktisch kaum noch einen Nutzen hat.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel gezeigt und wird anhand dieses nachstehend noch näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Figur 1 einen Ausschnitt eines Geschosses im teilweisen Längsschnitt und

Figur 2 einen Querschnitt entsprechend der Linie II■ — II in Figur 1.

Gemäß Figur 1 ist das Geschoß 1 mit einer Ausnehmung 2 versehen, in welcher der elektromagnetische Generator angeordnet ist. Dieser weist den Ringmagneten 3 und den Topfmagneten 4 auf. Beide in der Ansicht gezeigte Magnete weisen in Umfangsrichtung aufeinanderfolgend abwechselnd magnetisch polarisierte Sektoren, z.B. acht oder zwölf, auf. Jeweils zwei davon sind in der Figur

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durch die. Bezeichnungen N und S für Nord- und Südpol angegeben. Die Magnetkerne 3, 4 sind im Hinblick auf die höhere Stoßfestigkeit vorzugsweise aus Alnico-Legierungen hergestellt, könnten aber beispielsweise auch aus gesinterten; Eisenoxyden gefertigt werden; Der Ringmagnet 3 ist auf den zentralen Zapfen 5 aus magnetisch leitendem Material, z.B. Weicheisen oder Muraetall aufgeschoben. Auf den Zapfen 5 ist ferner das in einer doppelwandigen Messinghülse untergebrachte Spulensystem 6 angeordnet. Die mit relativ dünnen Wänden ausgebildete Messinghülse dient dabei nur zum Schutz des Spulensystems 6 vor Beschädigungen beispielsweise bei der Montage des~ Generators. Zu Erhöhung der Stoßfestigkeit ist das Spulensystem 6 zweckmäßigerweise innerhalb der Messinghülse mit einem Künstharz, z.B. auf-Epoxydharzbasis, vergossen. Die aus zeichentechnischen Gründen nicht gezeigten magnetischen Feldlinien laufen von den Magnetpolen durch den Zapfen 5 hindurch und durchsetzen dabei auch das Spulensystem 6. Selbstverständlich kann-auch eine andere gegenseitige Anordnung und Ausbildung von Magnetkernen, Zapfen und Spulensystem gewählt werden, sofern sich das im Einzelfall als zweckmäßig erweisen sollte.

Zwischen den Magnetkernen 3, h ist der aus Aluminiumoxyd-Keramik hergestellte und auf den Zapfen 5 mitSpulensystem 6 aufgeschobene separate Einsatzkörper 7 angeordnet, in dem der Laufbahnkanal 8 und der schraubenlinienförmig gewundene Einschußkanal 9 nebst eingesetzter Pulvertreibladung 10 vorgesehen sind. Der Einschußkanal 9 verläuft in seinem Anfangsbereich unterhalb des Zapfens 5 und ist daher ebenso wie die Pulvertreiblädung 10 hier gestrichelt dargestellt. Um den Eintritt des Einschußkanals 9 in den Laufbahnkanal 8 darstellen zu können, ist hier auch die an sich weggeschnittene oberhalb der Zeichenebene liegende Halbwindung 9^f des Einschußkänals 9 gestrichelt angedeutet. Ein und derselbe IMLaufkörper 11, hier eine Kugel, ist dabei in verschiedenen zeitlich aufsinanderfolgenden Positionen gezeigt, Der gesamte Generator ist innerhalb der Ausnehmung 2 des Geschosses 1 mittels des EinschraubStückes 12; definiert festgelegt.

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Die Figur 2 zeigt deutlicher die Anordnung der Pulvertreibladung 10 mit Umlaufkörper 11, die in die Bohrung 13 eingesetzt sind. Die Bohrung 13 geht tangential in den Einschußkanal 9 über. Der besseren Übersichtlichkeit wegen ist bei dieser zeichnarischen Darstellung der Magnetkern 4 fortgelassen worden. Der Zapfen 5, auf den das Spulensystem 6 aufgeschoben ist, weist die Längsbohrung 14 auf. Die nicht gezeigten elektrischen Verbindungsleitungen des Spulensystems sind über die radiale Nut 15 im Magnetkern 4 (siehe Figur 1), die Längsbohrung 14, die Bohrung 16 zu einer vor dem Generator angeordneten nicht gezeigten elektronischen Steuereinheit für die Durchführung der .jeweiligen GeschoßSünderfunktionen geführt. Von dieser Steuereinheit gehen dann wieder entsprechende nicht gezeigte elektrische Verbindungsleitungen durch die Bohrungen 16, 14, 17 und 18 zu einer hinter dem Generator angeordneten nicht gezeigten Zündkette,welche in bekannter Weise beispielsweise die Initiierung einer Sprengladung bewirkt. Diese räumlichsAnordnung von Steuereinheit, Generator und Zündkette wird zweckmäßigerweise bei einer Unterbringung dieser Bauteile innerhalb der Geschoßspitze vorgesehen, während beispielsweise bei einer Anordnung am Geschoßboden die Zündkette ebenso wie die Sprengladung vor dem Generator angeordnet wird. Für die elektrische Zündung der Pulverlad\.ing 10 sind gleichfalls nicht gezeigte elektrische Verbindungsleitungen vorgesehen, die über entsprechende nicht gezeigte axiale und radiale Nuten im Einsatzkörper 7 und Magnetkern 4 zur Bohrung 17 und von hier zu einem im Geschoß an geeigneter Stelle angeordneten nicht gezeigten bekannten piezoelektrischen Zündelement geführt sind.

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OfHGJNAL INSPECTED

Claims

Pa tent a η s ρ r ü c h e. :

1./Elektromagnetischer Generator für ein Geschoß, mit fest angeordnetem Spulensystem und Magnetkern sowie mit einem Umlaufkörper, der in einem kreisförmigen Laufbahnkanal relativ zum Magnetkern bewegbar-ist und dabei das Magnetfeld örtlich ändert, dad u r c h g e k e η η ze i c hn e t , daß dem Umlaufkörper (11) eine beim Abschuß des Geschosses (1) oder zu einem vorgegebenen späteren Zeitpunkt zündbare Pulvertreibladung (10) zugeordnet ist, deren Treibgase den Umlaufkörper (11 ) in Bewegung versetzen.

2. Elektromagnetischer Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulvertreibladung (10) mit Hilfe einer auf die Beschleunigung beim Abschuß des Geschosses (1) ansprechenden Zündeinrichtung, insbesondere einem piezoelektrischen Zündelement, auslösbar is-t.

3. Elektromagnetischer Generator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlaufkörper (11) unter der Wirkung der Treibgase über einen Einschußkanal (9) von der Seite her in den Laufbahnkanal (8) eintritt.

4. Elektromagnetischer Generator nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß der Einschußkanal (9) in der Weise in den Laufbahnkanal (8) eintritt, daß dessen Lauffläche für den Umlaufkörper (11) vom Einschußkanal (9) nicht unterbrochen wird. ."■_.".'

5. Elektromagnetischer Generator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einschußkanal (9) zumindest in seinem mittleren Bereich mit gleicher Krümmung wie der Laufbahnkanal (8) schraubenlinienförmig ausgebildet ist.

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'-■-'■ QRlGlNAL INSPECTED

6. Elektromagnetischer Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufbahn- (8) und der gegebenenfalls vorhandene Einschußkanal (9) in einem separaten Einsatzkörper (7) aus magnetisch nicht leitendem Material ausgebildet sind, in den die Pulvertreibladung (10) mit Umlaufkörper (11) in eine tangential in den Laufbahn- (8) bzw. Einschußkanal (9) übergehende Bohrung (13) eingesetzt ist.

7. Elektromagnetischer Generator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatzkörper (7) aus Keramik, insbesondere aus Aluminiumoxyd-Keramik, hergestellt ist.

Troisdorf, den 31. Okt. 1973
Sc/Rl. 73111

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ORIGINAL INSPECTED